深圳市英威腾电气股份有限公司位于素有“深圳硅谷”美誉的高新技术产业园,始创于2002年,是集研发、制造与销售于一体的专业变频器制造商,公司坚持在创新中不断发展,在短短的几年时间内迅速成长为国内变频器行业的领先品牌。 在吸收国外先进技术的基础上,结合近十年变频推广的应用经验和当今电力电子最新控制技术,英威腾目前已开发研制出了CHV、CHE、CHF等几大系列、上百种规格型号的高性能变频器,形成了覆盖高、中、低端市场丰富的产品线,并在石化、钢铁、建材、油田、化工、纺织、印刷、塑胶、机床、矿山等行业领域大量成功应用。 公司在全国建立了系统的营销网络,在无锡、北京、西安、济南、沈阳、上海、武汉、泉州等地设立了二十余个办事处,与上百家渠道商建立了合作联盟,上千家用户建立了长期合作关系,产品并远销亚、非、欧美等海外国家地区。
标题 | INVT-CHV100在集装箱装卸机上的应用 |
技术领域 | 自动化软件 |
行业 | 物流仓储 |
简介 | 变频器是工业控制领域较为通用的自动化控制装置,性能稳定,可靠。变频器应用于集装箱装卸系统,可以大大提高其运行性能和可靠性,是目前集装箱装卸系统较为理想的设计模式。 关键词:矢量变频器(SVC、VC)、集装箱装卸机 |
内容 |
1、引言
集装箱装卸机是集装箱专用装卸设备之一,可用于20ˊ、40ˊ国际标准集装箱的装卸、转运及堆放等作业。其作业高度可以达到“堆六过七”。传统的集装箱装卸机为了提高起动转矩,采用绕线式异步电动机拖动,通过鼓形凸轮控制器的操作改变其转子所串电阻调速。随着电力电子技术发展和矢量控制技术的出现,现在人们普遍采用变频器作为调速电源,用多极变频异步电机取代原来的绕线式异步电动机,用PLC作为控制装置进行无触点控制。从而改善了调速性能,增加了系统的可靠性。本文以CHV100在赣州铁路局货运站的成功应用为例,阐述集装箱装卸机的变频调速过程。 2、系统简介
2.1集装箱装卸机的运行机构的构成。 主要由三部分组成:大车拖动系统、小车拖动系统、吊钩拖动系统。 (1)大车拖动系统拖动整台起重机顺着车间方向左右移动(以司机的坐向为参考) (2)小车拖动系统拖动吊钩及重物顺着桥架作前后运动。 (3)吊钩拖动系统拖动重物作吊起或放下的上下运动,下面这种介绍吊钩拖动系统。 2.2负荷特点
集装箱装卸机运行机构均属于恒转矩性质负载,且其吊钩拖动系统为位能性负载,当吊钩吊起重物下降或者快速减速运行时,电动机处于再生发电制动状态。需要将电能通过反馈装置反送给电网或者消耗在制动电阻上,以防止母线电压过冲,变频器过压。 3、控制要求
3.1吊钩拖动系统要求起动转矩大,起动运行平稳。能够实现正反运行且要有超载、限位、限流等多种保护。 3.2吊钩拖动系统在启、停过程中容易出现“溜钩”问题。 由于制动器从抱紧到松开,以及从松开到抱紧的动作过程需要时间(约0.6s),从而电动机转矩的产生或消失,是在通电或断电瞬间就立刻反应的。因此,制动器和电动机在动作的配合上极易出现问题。如电动机已经通电,而制动器尚未松开,将导致电动机严重过载;反之,如电动机已经断电,而制动器尚未抱紧,则重物必将下滑,即出现所谓的“溜钩”现象。因此要有相应的防止措施。 3.3吊钩拖动系统中要有机械抱闸装置(机械制动器)。当重物吊在空中出现突然停电的情况,如果不加装机械抱闸装置,重物就会有下滑的危险。因此,吊钩电动机轴上必须加装制动器。常用的有电磁铁制动器和液压电磁制动器等。 4、系统构成与控制原理
4.1系统构成 4.1.1变频器的选择。 集装箱装卸机的大、小车(平移机构)拖动系统对系统的性能要求不高,为了节省成本,选用V/F控制方式的通用变频器INVT-CHF100即可满足要求。(本文从简);装卸机吊钩(提升机构)拖动系统要求有较高的起动转矩和调速性能,必须采用矢量控制型变频器。本文采用INVT-CHV100系列矢量变频器。CHV100系列变频器具有以下技术特点: a、 起动转矩:无PG矢量控制0.5Hz/150%(SVC);有PG矢量控制0Hz/180%(VC)(零速全转矩功能,又称零伺服功能,即零速是电动机仍然能输出180%的额定转矩,使重物停在空中)。 b、过载能力:150%额定电流60s;180%额定电流10s c、调速比:无PG矢量控制: 1:100;有PG矢量控制: 1:1000 d、速度控制精度:无PG矢量控制:±0.5%最高速度;有PG矢量控制:±0.1%最高速度。 吊钩提升电机的功率为:75kw。为了保证足够的起动和运行力矩,故将变频器的容量放大一个规格。选用:INVT-CHV100-090G-4型变频器+I/O扩展卡。为了节省成本,精简控制系统,本方案采用无PG矢量的控制方式 4.1.2 PLC、HMI的选择 日本三菱的FX2N-40MR;台湾“威纶”触摸屏 MT506LV 4.1.3制动单元的选择 变频器的制动单元应加大一个档次,以便允许有较大的制动电流,缩短制动过程;制动电阻的额定功率应加大一倍。故选用:DBU-055-4(2个并联)、制动电阻:13.6?/9600W(2个)。(也可以放大一个规格,直接选用能量回馈单元:RBU-110-4。) 4.2系统控制原理
4.1系统控制原理说明 4.1.1主令开关、超载、限位开关及变频器的继电器输出信号1(故障输出),作为三菱FX2N plc的输入信号。 PLC的输出信号控制变频器的多功能输入端子(控制变频器的正反转、多段速、故障复位、紧急停止等。)和主电源电路的通断。 触摸屏和PLC通过RS422串行接口相连,PLC中的接口程序在PLC中为触摸屏设立数据读取区及相关状态标志,用于监视主钩的高度、载荷、运行状态、故障信息等。 (1-1)
系统控制原理图
5、变频器接线、调试要点及参数设置
5.1变频器接线说明 5.1.1变频器多功能输入端子S1-S7、HDI用于控制变频器的启动、停止、正转、反转、多段速、故障复位、紧急停止。 5.1.2继电器1输出作为“故障输出”;继电器2输出(FDT电平输出)作为“抱闸/松闸”信号输出。 5.1.3变频器直流母线上并联两个DBU-055-4制动单元和制动电阻,用以消耗吊钩下行过程中产生的能量,实现变频器的四象限运行。 (1-2)
变频器接线图
5.2调试要点
5.2.1矢量参数的手动调节。由于现场不能脱离负载,无法进行参数自学习,故需要手动更改适量控制参数,优化控制性能。一般来说,可以遵循以下规律:低频转矩不够,可以适当加大定子电阻;转差率大可以适当增加转子电阻。输出电压偏低,可以提高空载电流、定转子电感和互感。此外,还可以适当调节“电流环”和“速度环”PI参数,他们将直接影响系统的动态响应和控制精度。 5.2.2抱闸与松闸的控制。无PG矢量控制方式在“0” Hz运行时无法达到额定输出转矩,故需要借助一个FDT电平(继电器2输出)功能,来提升控制功能。即:设置一个合适的FDT电平检测值,让变频器运行到一定频率后才打开机械抱闸装置。FDT电平检测值设置过高,容易跳“过载”或“过流”故障;FDT电平设置过低又不能提起重物,此处最终设定的FDT电平检测值为5Hz。若采用有PG矢量控制方式则可以在“0” Hz运行时输出一个控制信号去打开机械抱闸装置。 5.2.3溜钩问题处理。为了减少系统的“溜钩”时间,尽量把减速时间设置得短些,此处设为0.1s。此外,PLC和变频器时序逻辑的配合也相当重要。 |