变频器抱闸控制方法

在实际工程实践中，电气工程师[/URL]们经常会使用带有机械制动机构（“抱闸”）的电机。遇到此种电机时，均需要对电机的抱闸开启和闭合进行控制时机，以满足驱动设备的正常运行。抱闸的控制可以有多种控制方式，如继电器或接触器逻辑互锁控制，PLC编程控制以及变频器内部自带抱闸逻辑控制等。
一般利用变频器本身的控制功能实现，需要制动时变频器输出24VDC给继电器，继电器带动接触器控制抱闸线圈，输出信号时，电机抱闸就打开，不输出就处于制动状态。优点是变频器控制的电机速度在一个可以人为设置并且精确到达的时候才动作。满足了驱动设备的正常运行。
这种方法很简单，但过于依赖变频器本身，单从这一点来说，安全可靠性差一些。现在在一些关键场合，例如抱闸不参与控制设备运行，而是起安全保障作用的时候，尝试着将抱闸脱离变频器甚至PLC的控制直接做独立继电器控制回路来控制。不知道有没有类似于接急停按钮的“安全继电器”，这里应是“抱闸继电器”。但一般场合，如起重等行业用变频器本身的逻辑控制功能还是挺实用的。
实际项目中，抱闸分为常闭和常开两种，除了向吊车，起重机等特殊场合是常闭的（不工作时抱闸处于抱紧状态），一般我们的应用的都是常开的，即抱闸回路接通时抱紧。
我在项目中我用的是常开的，之所以用抱闸，是因为我的电机输出轴通过减速机带动一个很大的旋转圆盘，工作时线速度很高，转动惯量很大，避免停车后转盘上的刀台上的刀对已经加工好的工件表面的破坏。还用过的应用场合是要求我的设备停在一个比较精确的位置，所以用到抱闸。
控制方法是通过PLC程序控制，开启控制是驱动电机和抱闸同时得电，闭合是读取状态字，如果变频器的实际速度状态字的值不是0，抱闸回路接通，直到是0，即真正减速到0了抱闸抱紧，这样也可以避免有的6SE70或者MM440变频器，如果当初设计时没有制动单元和制动电阻，突然抱住变频器报警。
变频器与plc之间通过网络通讯控制抱闸也是一个办法，plc用于控制变频器的启动、停止、速度给定、抱闸的开关等。
变频器把运行参数反馈给PLC后，PLC通过获得的变频器实时参数控制抱闸，此外，PLC和变频器侧还应该作好通讯检测就更完善了。
PLC还可以通过设备侧速度或位置检测进行闭环控制，PLC通过获得反馈信号，分析判断实时位置和速度，计算给抱闸的输出信号，使控制更可靠、安全联锁更严密。
更重要场合还可以直接信号接至变频器使能信号、变频器急停信号中，甚至做完全独立的抱闸控制回路、安全的打开及关闭抱闸，防止意外带来的生产、设备及人身事故。
一、抱闸就是对电机的一种制动方法，制动的方法一般有两类：机械制动和电气制动。
（一）机械制动
利用机械装置使电动机断开电源后迅速停转的方法叫机械制动。
常用的方法：电磁抱闸制动。
1、电磁抱闸的结构：
主要由两部分组成：制动电磁铁和闸瓦制动器。
制动电磁铁由铁心、衔铁和线圈三部分组成。闸瓦制动器包括闸轮、闸瓦和弹簧等，闸轮与电动机装在同一根转轴上。
2、工作原理：电动机接通电源，同时电磁抱闸线圈也得电，衔铁吸合，克服弹簧的拉力使制动器的闸瓦与闸轮分开，电动机正常运转。断开开关或接触器，电动机失电，同时电磁抱闸线圈也失电，衔铁在弹簧拉力作用下与铁芯分开，并使制动器的闸瓦紧紧抱住闸轮，电动机被制动而停转。
3、电磁抱闸制动的特点
机械制动主要采用电磁抱闸、电磁离合器制动，两者都是利用电磁线圈通电后产生磁场，使静铁芯产生足够大的吸力吸合衔铁或动铁芯(电磁离合器的动铁芯被吸合，动、静摩擦片分开)，克服弹簧的拉力而满足工作现场的要求。电磁抱闸是靠闸瓦的摩擦片制动闸轮．电磁离合器是利用动、静摩擦片之间足够大的摩擦力使电动机断电后立即制动。
优点：电磁抱闸制动，制动力强，广泛应用在起重设备上。它安全可靠，不会因突然断电而发生事故。
缺点：电磁抱闸体积较大，制动器磨损严重，快速制动时会产生振动。
4、电动机抱闸间隙的调整方法
①停机。（机械和电气关闭确认、泄压并动力上锁，并悬挂"e;正在检修"e;、"e;严禁启动"e;警示牌。）
②卸下扇叶罩；
③取下风扇卡簧,卸下扇叶片；
④检查制动器衬的剩余厚度(制动衬的最小厚度)；
⑤检查防护盘:如果防护盘边缘已经碰到定位销标记时,必须更换制动器盘；
⑥调整制动器的空气间隙：将三个(四个)螺栓拧紧到空气间隙为零,再将螺栓反向拧松角度为120°,用塞尺检查制动器的间隙(至少检查三个点),应该均匀且符合规定值;不对请重新调整；（注：抱闸的型号不同，其反向拧松的角度、制动器的间隙也不一样）。
⑦手动运行，制动器动作声音清脆、停止位置准确、有效。
⑧现场6S标准清扫 。
(二）电气制动
1、能耗制动
1）能耗制动的原理：
电动机切断交流电源后，转子因惯性仍继续旋转，立即在两相定子绕组中通入直流电，在定子中即产生一个静止磁场。转子中的导条就切割这个静止磁场而产生感应电流，在静止磁场中受到电磁力的作用。这个力产生的力矩与转子惯性旋转方向相反，称为制动转矩，它迫使转子转速下降。当转子转速降至0，转子不再切割磁场，电动机停转，制动结束。此法是利用转子转动的能量切割磁通而产生制动转矩的，实质是将转子的动能消耗在转子回路的电阻上，故称为能耗制动。
2）能耗制动的特点：
优点：制动力强、制动平稳、无大的冲击；应用能耗制动能使生产机械准确停车，被广泛用于矿井提升和起重机运输等生产机械。
缺点：需要直流电源、低速时制动力矩小。电动机功率较大时，制动的直流设备投资大。
2、 反接制动
1）电源反接制动
电源反接，旋转磁场反向，转子绕组切割磁场的方向与电动机状态相反，起制动作用，当转速降至接近零时，立即切断电源，避免电动机反转。反接制动的特点：优点是制动力强、停转迅速、无需直流电源；缺点是制动过程冲击大，电能消耗多。
2）电阻倒拉反接制动
绕线异步电动机提升重物时不改变电源的接线，若不断增加转子电路的电阻，电动机的转子电流下降，电磁转矩减小，转速不断下降，当电阻达到一定值，使转速为0，若再增加电阻，电动机反转。
特点：能量损耗大。
二、西门子MM4系列变频器抱闸制动参数

参数        设定值     功能
P733（3）  52C         数字输出点3的功能为变频器抱闸使能
P1215                1            抱闸制动使能
P1216                1-20S    抱闸制动释放的延迟时间
P1217                1-20S    斜坡曲线结束后后的抱闸时间
P1080（3）  5HZ       最低频率，（ 斜坡曲线下降到预定点后按此频率运行时间 ）
（以MM440输出点3为例）
三、6se70抱闸功能参数设定
抱闸功能实现
U953.48=2 使能制动功能块
P605=2  带抱闸反馈的控制功能使能
P561=278  逆变器使能控制
P564=277  设定值允许控制
P651=275  从端子3输出控制抱闸开闭
P613=17   抱闸闭合反馈
P612=16  抱闸打开反馈
P615=148  实际速度作为抱闸控制源2
P616=1.5    最高速度的1.5%作为抱闸门限值，此参数设定要大于P800参数设定。
P800=0.5   实际速度的0.5%作为装置封锁门限。
P607=0.1    抱闸接触器反馈动作延时
P617=0    抱闸信号延时
注意：P801>P617+P607
P801=0.2S  
P610=184  
P608.01(B) =104
P611=0  转矩门槛值设定

抱闸打开过程
控制字一中的BIT0为“1”，由抱闸闭合功能块推导出B0278=“1”， 控制字一中的BIT3位为“1”，
装置在进入14状态（使能）&
电机磁化过程完成&
电机的转矩电流大于设定门槛（P610，P611）
=OPEN BRAKE COMMAND
P651=275  从端子3输出控制抱闸打开命令控制接触器动作，P612=16将抱闸接触器反馈接点送给装置，P606设定等待抱闸打开的延时，在其设定时间内若反馈信号未动作，产生报警A036。若一切正常，将控制字一的BIT6=“1”，速度给定使能，电机运转。


抱闸闭合过程
满足下列任一条件后抱闸动作
1．当实际速度小于门槛值一定时间后（P615，P616，P617）&
[装置在进入OFF1或OFF3状态（控制字一中的首位和第三位控制）OR 装置故障状态OR 外部抱闸命令(P614)]
2．装置退出14状态
3．装置首次上电
=BRAKE CLOSE COMMAND
将控制字一的BIT6=“0”，速度给定禁止。
P651=275  从端子3输出控制抱闸打开命令控制接触器动作，P613=17将抱闸接触器反馈接点送给装置。
P607设定等待抱闸闭合的延时，在其设定时间内若反馈信号未动作，产生报警A037。若一切正常，由抱闸闭合功能块推导出B0278=“0”， 控制字一中的BIT3位为“0”，装置进入封锁状态。