自2006年中国铁路开始进入高速发展时代以来，随着列车速度大幅提高，对钢轨焊接长度、焊接质量提出了新的要求，由此对钢轨的吊运提出了同步吊运、无扭曲变形、平稳的要求。传统的钢轨吊运采用多台电动葫芦加人工吊运的方式，在吊运过程中，不同步现象十分严重，使钢轨严重扭曲，易于产生附加应力及永久变形，无法满足高速铁路对钢轨的要求。
群吊集控系统能很好解决长钢轨同步吊运的问题，可满足钢轨吊运平稳运行、同步吊运、集中控制的要求。在不同的群吊集控系统的应用中，大多数集控系统运用了PLC与变频器相结合的技术。这样的组合方式在工业领域很常见，但在多组群吊集中控制应用中却是首次采用。由于集控系统特殊的应用场合、长钢轨的作业方式、多组群吊电机分组模式、系统控制精度以及作业频繁程度，给变频器的选择和应用带来了困难。
二、变频器选型
本文论述的群吊集控系统有一个7组小吊集控、一个32组小吊集控和一个36组小吊集控。每台小吊起升重量3吨，水平方向行走距离21米，垂直方面作业行程3米，走行速度0～15m/min，起升速度0～8m/min，水平位置精度20mm，升降位置精度30mm。走行三相电机（普通电机+电磁制动盘）的功率为0.55kw，转速为300 r/min。提升三相电机（锥型电机）的功率为4.5kw，转速为1380 r/min。变频器要求有群控/单控起升、群控/单控行走两种工作模式，并由PLC控制切换工作。从站PLC流程处理速度< 40ms，主站PLC流程处理速度< 2ms，单次作业时间（抓取-提升-走行-降落-摆放） <6分钟。
变频器作为群吊集控系统中的执行器，可改变电源频率，实现电机的变速运行，以达到自动化、高精度控制电机的目的。变频器的种类繁多，功能也越来越强大，在群吊集控系统中变频器的选型主要从以下几个方面考虑：（1）系统作业方式、电机分组模式及其变频器辅助电路设计要求；（2）变频器停车模式；（3）变频器控制模式；（4）变频器群控通信方式的实时性及响应性；（5）变频器一拖多台电机模式下，在功率容量上兼容行走电机和起升电机，并且可对行走电机闸进行实时控制。综合以上因素，该群吊集控系统选择了Sinamics G120变频器。其输入电压为380― 480VC 3AC，功率为7.5kw，供电类型为IT、TN、TT，输入频率为50 Hz/60 Hz，输出频率为0 Hz /650 Hz。
三、G120变频器性能特点
Sinamics G120是西门子新一代通用型变频器，分为控制单元CU和功率模块PM两部分，CU可独立电源供电。其特点如下：模块化设计，具有安全保护功能、通讯功能和能量回馈等功能；多种控制方式：V/f控制、线性V/f控制、抛物线特性V/f控制、可编程有传感器矢量控制、无传感器矢量控制、转矩控制；支持多种通信协议：RS485/USS、CU240S/CU240E、PROFIBUS、PROFINET；丰富的软件功能：转矩控制、捕捉再启动、滑差补偿、电源后自动再启动、逻辑计算的自由功能块、内部信号互联BICO技术动态缓冲、高精度PID过程控制器可制定上升斜坡时间、斜坡圆弧平滑复合制动、3组可切换参数；保护功能：过电压、欠电压、堵转保护、接地故障、电机过热、变频器过热、电机热保护。
四、制动电阻选择在交流电机和负载的减速过程中，大部分能量将由电机转化为电能回馈到变频器。由于变频器本身只能消耗很小一部分的回馈能量，需要提供一个制动单元来消耗掉多余能量。制动电阻就是将电动机的再生能量以热能方式消耗的载体，通常制动电阻是从阻值和功率两个参数来计算和选择。
G120变频器手册供有制动电阻选择表，省去了复杂的计算。详细的制动电阻计算方法有：（1）通过转动惯量计算制动电阻；（2）通过修正系数确定制动电阻；（3）通过降额系数确定制动电阻。
需要注意的是，电阻值越小，制动力矩越大，流过制动单元的电流越大。在快速制动出现过电压时，说明电阻值过大来不及放电，应减少电阻值。
五、系统通信网络组成及变频器通信方式选择
本群吊集控系统由主站、从站、高速通信网络等部分组成，如图所示。主站PLC负责运行整体控制策略，从各从站采集底层传感器的状态信息，并向从站下达运行指令、跟踪控制算法等。从站PLC负责接收上位机主站运行指令，控制吊车动图群吊集控系统示意图作，并根据相关算法和传感器信号，实现平稳快速同步运行，同时定时向主站发送相关运行状态信息。在通信方式的选择上，需综合以下因素。除了考虑系统成本，还要考虑系统的主从架构模式、从站点和外围设备的数量、从站PLC与变频器、主站PLC与从站PLC之间的通信数据量、系统实时性和响应性的要求。在群吊集控系统中，从站PLC与G120变频器通信采用了USS协议，USS构成单主站系统，通信波特率从9.6Kbit/s到12Mbit/s，因此适用于现场层的高速数据传送。
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