变频控制技术在飞机装配起重机上的应用分析

2022-03-19任向阳

现代制造技术与装备 2022年2期

任向阳

（航空工业陕西工业集团有限公司，汉中 723200）

现如今，随着工业生产设备的自动化、智能化水平越来越高，机械控制手段也在不断更新换代。在这一过程中，变频控制技术得到了广泛应用，为满足生产机械的复杂控制需求提供了保障。对于飞机装配起重机而言，优化起重机械控制方式是保障吊装生产质量和安全的必要手段，在其中融入变频控制技术会为优化生产带来帮助。

1 飞机装配工作特点

从飞机制造的角度来看，飞机装配是十分重要的生产工序，实践中必须实现零件、工装之间的有效协调。通常来说，飞机零件都具有体积大、价值高的特点，而且其外形结构各异，装配时工作难度大、复杂性强、干扰多且质量要求高，在吊装环节往往需要出动多台起重机协同作业。因此，飞机装配工作对起重设备控制精度的要求极高[1]。在飞机装配过程中，相关工作人员必须基于科学方法保证外形和位置的准确度，因此装配生产环节必须强调装配动作、业务工作、设备维护的标准化以及工装夹具通用化。当前，飞机装配工作对传统起重机械的依赖性较高，使用中操作员需要进行高空作业，安全性相对较差。此外，现有的飞机装配系统运行环节容易低速运行，存在不稳定、设备故障率高且效率低的情况。在实践工作中，不仅需要强调人为操作的规范性，更应该突出起重机的不可替代性，尽量降低机械故障概率，从而提升飞机装配起重机控制水平，增强飞机装配吊装工作质量。

2 应用变频控制技术的必要性

使用飞机装配起重机时，大多需要基于传统控制方式作业，因此需要实现凸轮控制器、转子串接电阻和绕线式电动机的联合运用，才能有效控制起重机[2]。但在这种控制模式中，起重机的工作效率、定位精度、运行稳定性都难以保障，容易出现故障和安全问题，而且需要耗费大量时间、精力和成本开展设备维护。为适应飞机制造业的实际需求，强化飞机装配吊装质量，必须优化飞机装配起重机的控制方式。因此，可引入变频控制技术，通过合理运用变频器推动起重机控制方式优化升级。应用变频控制技术可提升机械设备的运行平稳性、整体稳定性、动作平滑性和定位准确性，更有助于降低维护与排障成本，提升起重机耐久性[3]。由此可见，应用变频控制技术控制飞机装配起重机十分必要。

3 基于变频控制技术的飞机装配机械控制

对于飞机装配起重机控制而言，应用变频控制技术可提升单一起重机控制和多台起重机联合控制的精度，提升吊装质量和效率。

3.1 技术应用路径

飞机装配起重机的变频控制方式将基于“可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）+变频器+编码器”实现，如图1所示。这3种控制元件的有效组合将搭建位置控制系统，从而为飞机装配起重机提供标准运动控制指令，并且可利用轴定位功能保证起重机吊装精度[4]。在此环节，还可以预留出PLC的可编辑、可扩展功能，以便于随时根据实际需要扩展系统，从而从机械控制角度出发满足飞机装配的功能扩展需求。

3.2 技术应用功能

将变频控制技术应用到飞机装配起重机控制中可发挥多种作用。与传统控制方式相比，变频控制技术的合理应用能够使飞机装配起重机的可靠性得到迅速提升。在该技术的支持下，起重机动作的平稳性、平滑性以及精准性也有所增强，设备运维管理和故障报修方面的成本大幅下降。从现实角度来看，在飞机装配起重机控制环节合理应用变频控制技术，有助于提升设备应用的经济性、稳定性、安全性及耐久性。本文将结合变频控制技术的应用实践，从电机运行速度、转矩监控、转矩验证、自动记忆转矩、速度控制、报警保护以及同步运行等角度出发，对该技术的应用功能加以分析。

3.2.1 电机监控

监视功能是指应用变频控制技术后，飞机装配起重机控制系统具备的矩阵监视功能和速度监视功能，这一监视工作将由变频器来完成[5]。在此环节，位于电机侧的编码器可将电机的运行速度信息反馈给变频器，变频器采集相关信息后可对电机状态进行判断。例如：变频器接收到电机超速运行信息后，可判断电机存在的故障，从而自动切断其运行使能。基于变频器的速度监视功能能够及时切断电机供能，从而减少飞机装配起重机的运行事故，避免卷扬机构失控引发的人力、物力损失。同时，变频器采集信息后，还可实现电机矩阵监控，一旦出现异常将立即切断使能保障吊装安全。

3.2.2 转矩验证

传动控制中包含转矩验证功能模块，这一功能的根本目的是保证电机在机械抱闸施放前产生转矩。在实际作业环节，变频控制技术的应用将有效提升转矩验证质量，从而为验证起重机卷扬机构的功能提供帮助。飞机装配起重机控制环节，释放机械抱闸以前卷扬系统将承受正向转矩，如果被成功验证就代表电机的输出转矩等级达标，此时机械抱闸将会放松；反之，转矩验证失败会导致变频控制失败，此时设备无法正常启动。当系统受到“TURE”指令时，转矩验证功能将被激活，而后系统将比对目标转矩与实际转矩，当变频器启动时转矩验证功能开始执行。

3.2.3 自动转矩记忆

变频控制技术在飞机装配起重机中的应用，必须充分发挥变频器的功能。对飞机装配起重机而言，如果卷扬机构停摆，那么该阶段的电机参数将会被变频器自动记录，如电机电流、输出矩阵以及直流电压等。当再度启动卷扬机构时，变频器的电机励磁水平将会增加，从而确保机械抱闸顺利施放，此时电机转矩必须与停机前相同，以免引发溜钩、倒拉风险。从现实角度来看，变频器对电机转矩的自动记忆，既满足了转矩验证与吊装安全需要，又避免了机械损耗。

3.2.4 速度控制

飞机装配起重机控制的精度要求不仅表现在位置精度上，还表现在速度精度上。只有保持吊装速度均匀，才能有效避免吊装风险。变频控制技术在机械控制中的应用，发挥了其速度控制功能。借助于变频器，速度控制器能够充分发挥调节功能，从调整速度控制参数的角度出发，保障电机速度控制的稳定性和设备运行的平稳性。同时，给定管理器也将受此影响，基于变频器实现平滑控制，从而提升电机运行稳定性，保证吊装环节不会出现大幅度速度波动或阶跃情况。

3.2.5 保护报警

变频控制技术在飞机装配起重机中的应用，起到了延长机械使用寿命和保障机械运行安全的作用。基于变频器的数据采集和检测功能，起重机的变频控制系统可以及时捕获电机运行的异常信息，从而及时切断使能以避免机械损伤或吊装事故[6]。在这一过程中，变频器不仅发挥着电机保护功能，而且可发挥监控功能。在变频控制环节，变频器将全程监控机械寿命，一旦机械出现严重故障或损伤将立即报警。应用变频控制技术后，飞机装配起重机控制系统的报警信息输出指令将通过变频器输出，而PLC和触摸屏则发挥警报信息读取和呈现作用。另外，应用变频控制技术可以监控操纵装置的状态、限制设备行程，并在跟进故障维修的过程中实时显示故障情况，从而为机械设备维修提供帮助。

从现实角度来看，飞机装配起重机的电机故障主要由超高温、过载或缺相等因素引起，所以在这些方面做好电机保护至关重要。为保证保护质效，必须强调电机运行的电流、电压、温度以及转速监控，此时变频器必须承担实时检测责任，为充分发挥超温、过载以及缺相保护功能做好充足准备。基于变频器检测，若电机运行异常，则需要迅速进入保护状态，此时变频器必须立刻切断运行使能。不仅如此，从安全保护方面来看，变频器的合理应用还能实现对飞机装配起重机的使用寿命的实时监控。根据以往的飞机装配吊装事故不难发现，设备使用寿命过载是引发事故的主要原因，所以施工人员必须实时监控设备状态和使用寿命，以免酿成大祸。此时，变频器需要基于飞机装配起重机的机械寿命、工作总时长（设计时长）、电机额定速度以及额定荷载等参数准确计算设备的机械寿命，并在监控中以10%为节点进行长效化监控。若飞机装配起重机的机械寿命大于10%，则表示设备可继续使用。反之，若该数值低于10%，则需要立即报警，严格检查设备状态并着手开展设备换新工作。在报警功能方面，变频器的合理应用可以实现电机和设备系统异常运行信息的自动输出与读取，从而使故障报警处理效率大幅提升。在实际应用环节，触摸屏的有效运用充分展现了人机交互的优势，能够保障飞机装配起重机的运维管理准确性和高效性。

3.2.6 同步运行

由于飞机装配零件的类型多、体积大且形状各异，吊装时需要多台起重机协同作业，无疑加剧了起重机的控制难度，若控制不当，将会导致飞机装配精度下降。在这种情况下，保证多台起重机之间的信息互换实时性与准确性至关重要。在传统控制技术下，飞机装配起重机的多台同步控制质效并不高，但基于变频控制技术这一问题将得到有效解决。应用变频控制技术后，可基于无线通信装置在多台起重机之间开辟互联通道，从而实现实时数据交换，确保起重机的同步运行。在这一环节，PLC、无线通信装置、变频器以及编码器共同组成了飞机装配起重机联合变频控制系统，能统一、同步控制多台起重机，使各起重机的运行精度保持一致，从而有效避免因起重机运行速率、精度差异而引发的飞机部件损伤或吊装事故。