MC200E變頻器在集裝箱裝卸機上的應(yīng)用
bmller 2021-04-02
摘要：變頻器是工業(yè)控制領(lǐng)域較為通用的自動化控制裝置，性能穩(wěn)定，可靠。變頻器應(yīng)用于集裝箱裝卸系統(tǒng)，可以大大提高其運行性能和可靠性，而四象限變頻器在普通變頻器的基礎(chǔ)上，不僅提高了其性能，而且還 將裝卸時多余的能量回饋到電網(wǎng)，實現(xiàn)了真正的綠色應(yīng)用，是目前集裝箱和起重、行車上非常理想的模式。
1、 引言
集裝箱裝卸機是集裝箱專用裝卸設(shè)備之 ，可用于20、40國際標準集裝箱的裝卸、轉(zhuǎn)運及堆放等作業(yè)。其作業(yè)高度可以達到“堆六過七”。傳統(tǒng)的集裝箱裝卸機為了提高起動轉(zhuǎn)矩，采用繞線式異步電機拖動，通過鼓形凸輪控制器的操作改變其轉(zhuǎn)子所串電阻調(diào)速。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和矢量控制技術(shù)的出現(xiàn)，現(xiàn)在人們普通采用變頻器作為調(diào)速裝置，用多極變頻異步電機取代原來的繞線式異步電動機，用PLC作為控制裝置進行無觸點控制。從而改善了調(diào)速性能，增加了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。
2、系統(tǒng)簡介
2.1集裝箱裝卸機的運行機構(gòu)的構(gòu)成。
主要由三大部分組成：大車拖動系統(tǒng)、小車拖動系統(tǒng)、吊鉤拖動系統(tǒng)。
（1)大車拖動系統(tǒng)拖動整臺起重機順著車間方向往反行走。
（2)小車拖動系統(tǒng)拖動吊鉤和物料順橋架作前后運動。
（3) 吊鉤拖動系統(tǒng)拖動重物作吊起或放下的上下運動，下面這種介紹吊鉤拖動系統(tǒng)。
2.2負荷特點
集裝箱裝卸機運行機構(gòu)均屬于恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)負載，且其吊鉤拖動系統(tǒng)為位能性負載，當(dāng)?shù)蹉^吊起重物下降或者快速減速運行時，
電動機處于發(fā)電制動裝態(tài)，變頻器通過控 制逆變電壓相位和幅值將能量回饋到電網(wǎng)。
3、控制要求
3.1吊鉤拖動系統(tǒng)要求啟動轉(zhuǎn)矩大，啟動運行平穩(wěn)。能夠?qū)崿F(xiàn)正反運行且要有超載、限位、限流等多種保護。
3.2吊鉤拖動系統(tǒng)在啟、停過程中容異出現(xiàn)“溜鉤”問題，因此要有相應(yīng)的防止措施。3.3吊鉤拖動系統(tǒng)中要有機械抱閘裝置
4、系統(tǒng)構(gòu)成與控制原理
4.1系統(tǒng)構(gòu)成
4.1.1變頻器的選擇
集裝箱裝卸機的大、小車拖動系統(tǒng)對性能的要求不高，為了節(jié)省成本，選用通用型變頻器MC200T按1:1選型即可。裝卸機吊鉤拖動系統(tǒng)要求有較高的啟動轉(zhuǎn)矩和調(diào)速性能，并且要有能量回饋裝置，必須采用矢量 控制型四象限變頻器。此次改造采用MC200E矢量型四象限變頻器。
吊鉤提升電機功率為：75KW,為了保證桌夠的啟動和運行力矩，故將變頻器的容量放大一個規(guī)格，選用MC200E0900T4規(guī)格變頻器。
4.1.2PLC、HMI的選擇
西門子S7-200；臺灣“威綸”觸摸屏
4.2系統(tǒng)的控制原理
4.2.1主令開關(guān)、超載、限位開關(guān)及變頻器的繼電器輸出信號作為PLC的輸入信號。
4.2.2PLC的輸出信號控制變頻器的正反轉(zhuǎn)、多段速、故障復(fù)位等 和系統(tǒng)的緊急停止、主電路的通斷。
4.2.3觸摸屏和PLC通過RS232串行接口相連，PLC中的接口程序號在PLC中為觸摸屏設(shè)立數(shù)據(jù)讀取區(qū)及相關(guān)狀態(tài)標志，用于監(jiān)視吊鉤的高度、載荷、運行狀態(tài)、故障信息等。
（1-1）系統(tǒng)控制原理
5、變頻器接線、調(diào)試要點及參數(shù)設(shè)置
5.1變頻器接線說明
5.1.1變頻器的RUN、F/R和多功能輸入端子用于控制變頻器的正、反轉(zhuǎn)啟停和多段速度、故障復(fù)位
5.1.2變頻器的繼電器輸出端子用于變頻器的故障輸出和“報閘/松閘”信號輸出。
(1-2）變頻器接線圖
5.2調(diào)試要點
5.2.1矢量參數(shù)的手動調(diào)節(jié)。由于現(xiàn)場不能脫離負載，無法進行參數(shù)自學(xué)習(xí)，故需要手動更改適量控制參數(shù)，優(yōu)化控制性能。一般來說，可以遵循以下規(guī)律：低頻轉(zhuǎn)矩不夠，可以適當(dāng)加大定子電阻；轉(zhuǎn)差率大可以適當(dāng)增加轉(zhuǎn)子電阻。輸出電壓偏低，可以提高空載電流、電機電感和互感。此外，還可以適當(dāng)調(diào)節(jié)“電流環(huán)”和“速度環(huán)”PI參數(shù)，他們將直接影響系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)和控制精度。
5.2.2抱閘與松閘的控制。無PG矢量控制方式在“0” Hz運行時無法達到額定輸出轉(zhuǎn)矩。若采用有PG矢量控制方式則可以在“0” Hz運行時輸出一個控制信號去打開機械抱閘裝置。
5.2.3溜鉤問題處理。為了減少系統(tǒng)的“溜鉤”時間，盡量把減速時間設(shè)置得短些，此處設(shè)為0.1s。此外，PLC和變頻器時序邏輯的配合也相當(dāng)重要。
5.3參數(shù)設(shè)置
|
F0-01 |
1 |
無PG矢量控制 |
|
F0-02 |
4 |
多段速運行 |
|
F0-03 |
1 |
外控端子給定 |
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F0-13 |
隨機 |
載波頻率 |
|
F0-14 |
1 |
加速時間 |
|
F0-15 |
0.1 |
減速時間 |
|
F1-00 |
75 |
電機額定功率 |
|
F1-01 |
380 |
電機額定電壓 |
|
F1-02 |
機型確定 |
電機額定電流 |
|
F1-03 |
50 |
電機額定頻率 |
|
F1-04 |
機型確定 |
電機額定轉(zhuǎn)速 |
|
F1-05 |
機型確定 |
電機定子電阻 |
|
F1-06 |
機型確定 |
電機轉(zhuǎn)子電阻 |
|
F1-07 |
機型確定 |
電機漏感抗 |
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F1-08 |
機型確定 |
電機互感抗 |
|
F1-09 |
機型確定 |
電機空載電流 |
|
F1-10 |
1 |
電機參數(shù)測試 |
|
F4-00 |
1 |
多段速端子1 |
|
F4-01 |
2 |
多段速端子2 |
|
F4-02 |
3 |
多段速端子3 |
|
F4-03 |
4 |
多段速端子4 |
|
F4-04 |
9 |
故障復(fù)位 |
|
F4-24 |
19 |
緊急停止 |
|
F5-00 |
15 |
故障輸出 |
|
F5-18 |
3 |
任意頻率1到達 |
|
F5-04 |
5 |
任意檢出頻率1 |
|
F5-05 |
0.5 |
任意檢出頻率1寬度 |
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FC-01 |
20 |
多段速2 |
|
FC-02 |
30 |
多段速3 |
|
FC-04 |
40 |
多段速4 |
|
FC-08 |
50 |
多段速8 |
6、系統(tǒng)保護
該系統(tǒng)中，變頻器本身具有短路、過載、過壓、缺相、失速等多種保護和故障輸出功能，對吊鉤拖動機構(gòu)來說，變頻器驅(qū)動一臺電動機，所以變頻器的輸出可以直接連接電動機而不必接熱繼電器作過載保護。線路主回路中接有總接觸器和分接觸器，它們除了通斷線路的作用外，還兼有短路、過載、欠壓等多種保護。司機可以通過聯(lián)動臺中的啟停按鈕控制總接觸器進而控制總電源的通斷，在無法用接觸器通斷電路的情況下，可以通過急停開關(guān)接通總斷路器分勵脫扣線圈來斷開電源電路。另外在總電源控制回路中還串有門限位開關(guān)和鑰匙開關(guān)作為安全保護措施。
7、結(jié)束語
有了功能完善、性能穩(wěn)定可靠的四象限變頻器和PLC的有力支持，集裝箱裝卸機在可靠性、調(diào)速性能、節(jié)能和運行效率等方面與傳統(tǒng)的集裝箱裝卸機相比有了很大的提高，四象限變頻器和PLC構(gòu)成的集裝箱裝卸機系統(tǒng)成為目前集裝箱裝卸機的典型設(shè)計模式，應(yīng)用越來越廣泛。
