艾默生大功率TD3000在抓斗行車上的應用
艾默生CT
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一、 前言<BR> 行車是工業現場常用裝備，用來實現貨物在三維空間中的轉運。其中水平面兩個方向的運動分別由大、小車完成，稱為行走系統；垂直方向的運動則由起升機構負責。大多數的行車通過釣鉤與被運物體相連，當被運物體為粉狀時，則需要通過抓料斗，這就是抓斗行車。該類行車在提升部分一般均配置兩臺電機，專門負責升降運動的電機稱為主卷電機，另一臺稱為閉合電機，除了負責抓斗的打開和閉合（丟料和抓料）外，還將配合主卷電機一起出力進行升降運動。<BR> 重鋼燒結廠現有抓斗行車均為串級調速加繼電器/接觸器控制方式，故障率高，維護費用及時間均很大，給生產造成不良影響，為此需對其技術改造，而采用變頻調速技術是解決上述問題的關鍵，現以其3#行車技術改造為例介紹有關情況。<BR> 二、 電氣系統配置<BR> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/2006420114320185.jpg" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/2006420114320185.jpg" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><BR> 提升/抓斗部分系統改造原理圖<BR> 行車系統機械參數<BR> 載重量（含抓斗自重）：20噸 起升高度：25.6米 跨度：31.5米<BR> 大車電機： 2* 15KW 小車電機：7.5KW <BR> 主卷電機:： 90KW 閉合電機：90KW<BR> 行走系統改造配置<BR> 大、小車分別選用EMERSON 公司EV2000-4T0300G和EV2000-4T0011G各一臺，分別配置15kw、30kw制動組件各一套，以消耗停車時返回變頻器的能量。由于較為簡單，本文不詳細描述。<BR> 主卷/閉合變頻器<BR> 對于提升所需變頻器，必須選用高性能矢量控制變頻器，這里選用了艾默生TD3000-4T1320G兩臺，分別控制主卷電機和閉合電機，考慮到系統的長期使用以及可能出現的超載情況，在變頻器選型方面我們相對電機功率放大2檔。由于抓斗上升和下降是由主卷電機和閉合電機共同出力完成，而且在抓料操作時，為了盡可能多抓料，必須使用“點動降”使主卷鋼繩保持松弛，因此，當抓料完成時，主卷鋼繩是松弛的。若兩臺變頻器都為速度控制方式，則不能解決主卷鋼繩和閉合鋼繩的受力平衡問題，容易導致閉合電機、閉合變頻器、閉合鋼繩過載，因此要解決好上述問題，主卷變頻器必須支持速度/轉矩控制在線切換功能，而且閉合電機用變頻器必須有轉矩輸出功能，兩者通過邏輯有效配合方可完成。<BR> 速度反饋（編碼器）<BR> 為了更好的實現空中起車和轉矩控制功能，本次改造選用配套編碼器，型號為E80H型，線數512P/R，編碼器與電機軸的連接采用軸套式安裝，這種配置可以充分利用TD3000 變頻器 0速200%的力矩以及內置的零伺服功能，確保消除啟/停時的“溜鉤”現象<BR> 制動單元和制動電阻<BR> 抓斗下降過程中，電機處于發電狀態，再生能量將導致變頻器的直流母線電壓上升到危險電壓，因此制動組件是必須選配的。經驗表明，制動組件配置容量應該相對于變頻器容量適當放大，具體情況與行車起升高度、制動單元的最大制動使用率、電機和變頻器的配置余量以及制動電阻散熱條件等環境因素有關。由于抓斗下降是可能持續較長時間的過程，我們選用的TD3000配套制動組件，該制動組件具備100%ED的制動能力， <BR> PLC<BR> 本系統中選用了PLC來實現整個系統的邏輯控制，主要功能如下：<BR> 1. 變頻器啟/停控制；<BR> 2. 控制抱閘，保證電機軸停止時抱閘才抱住，既不提前，也不延后；<BR> 3. 主卷變頻器控制方式切換（速度控制/力矩控制）。<BR> 4. 系統安全連鎖功能<BR> a) 行車上各個進出口的門以及操作室的門在打開狀態下，禁止操作。<BR> b) 大、小車軌道兩端設限位開關限制車體超越。<BR> c) 沖頂限位。<BR> d) 各操作手柄未處于零位置時，上電被禁止。<BR> e) 主卷和閉合變頻器中任意一臺變頻器報故障時，兩臺變頻器均立即停止輸出（自由停車），同時抱閘合閘。<BR> f) 任何時刻斷電，系統將立即停止，抱閘合閘。PLC故障時，各操作命令無效（PLC無輸出），這時，抱閘閉合，行車處于安全停止狀態。但不排除PLC誤輸出松閘信號，雖然這種概率極小，一旦出現這種情況，司機可按“急停”按鈕，切斷控制電源，使抱閘閉合。<BR> 系統原理圖見圖一。<BR> 三、 參數設置<BR> 主卷和閉合用變頻器參數如下：<BR> 3#抓斗行車變頻器主要參數表<BR> 主卷 閉合<BR> 參數號 設定值 說明 參數號 設定值 說明<BR> F0.02 1 閉環矢量 F0.02 1 閉環矢量<BR> F0.04 40 運行頻率 F0.04 40 運行頻率<BR> F0.05 1 端子控制 F0.05 1 端子控制<BR> F0.08 42.5 上限頻率 F0.08 42.5 上限頻率<BR> F0.10 2 加速時間(秒) F0.10 2 加速時間(秒)<BR> F0.11 2.5 減速時間(秒) F0.11 2.5 減速時間(秒)<BR> F1.01 90 額定功率(KW) F1.01 90 額定功率(KW)<BR> F1.02 380 額定電壓(V) F1.02 380 額定電壓(V)<BR> F1.03 183 額定電流(A) F1.03 183 額定電流(A)<BR> F1.05 585 額定轉速(RPM) F1.05 585 額定轉速(RPM)<BR> F1.11 0.048 定子電阻(Ω) F1.11 0.047 定子電阻(Ω)<BR> F1.12 7.6 定子電感(MH) F1.12 7.9 定子電感(MH)<BR> F1.13 0.029 轉子電阻(Ω) F1.13 0.032 轉子電阻(Ω)<BR> F1.14 7.6 轉子電感(MH) F1.14 7.9 轉子電感(MH)<BR> F1.15 7.3 互感(MH) F1.15 7.5 互感(MH)<BR> F1.16 90.7 空載電流(A) F1.16 88.2 空載電流(A)<BR> F3.00 1.5 P1 F3.00 1.5 P1<BR> F3.01 1.5 I1 F3.01 1 I1<BR> F3.02 2.5 P2 F3.02 2.5 P2<BR> F3.03 0.5 I2 F3.03 0.5 I2<BR> F3.07 160 電動轉矩限定 F3.07 160 電動轉矩限定<BR> F3.08 160 制動轉矩限定 F3.08 160 制動轉矩限定<BR> F5.05 32 X5速度/轉矩控制切換 F5.11 5 PA/PC速度高于信號<BR> F5.11 5 PA/PC速度高于信號 F5.15 14 FDT電平<BR> F5.15 12 FDT電平 F6.08 4 AO1輸出轉矩指令電流<BR> F6.03 0.012 模入濾波時間(S) F6.10 -90 AO1零偏<BR> FA.03 1 風機一直運行 F6.11 1.8 AO1增益<BR> FB.00 512 編碼器線數 FA.03 1 風機一直運行<BR> FB.04 5 零速檢測值(RPM) FB.00 512 編碼器線數<BR> FD.00 9 僅顯示運行頻率和電流 FB.04 5 零速檢測值(RPM)<BR> FD.00 9 僅顯示運行頻率和電流<BR> 為保證提升的平穩性，合理選擇加減速方式是非常必要的，實踐證明選用S曲線啟停方式非常適合提升，即：電機剛啟動時以極低速度運行一段時間，其間加速度也較小，然后再以與加速時間相對應的加速度將電機速度提高，接近設定速度時再以較小加速度運行至設定值。減速過程與加速過程類似。這種方式可有效地減小電機啟/停時的沖擊電流。<BR> 四、 總結<BR> 抓斗行車變頻改造后，很好地解決了主/閉鋼絲繩受力平衡問題，軟啟軟停方式大大降低了起制動時的沖擊電流，再加上變頻器本身具有完善靈敏保護功能，極大地提高了行車運行的可靠性，延長了系統的使用壽命。以下為改造后的有關數據：（以一年前改造的三臺行車為例）<BR> 鋼絲繩消耗僅為改造前的20%；<BR> 電機從未燒壞，改造前為平均1臺/月；<BR> 其它低壓電器及機械設備的壽命也得大大提高；<BR> 總維護成本為改造前的10~15%；<BR> 實際運行中，主卷和閉合電機二者的運行電流相差僅3A左右，出力均衡度極高，證明TD3000確實是優秀高性能矢量控制型變頻器<BR> 以下是新老系統的各項對比：<BR> 抓斗行車新老系統對比<BR> 項目 老系統 新系統<BR> 主要控制手段 串級調速，繼電器-接觸器硬件邏輯 變頻調速，PLC軟件邏輯<BR> 調速性能 有級，且調速范圍小 無級<BR> 速度控制 開環，精度低 閉環，精度高<BR> 最低運行頻率 較高頻率 可到0Hz<BR> 起/制動沖擊電流 直接投高速檔時，7Ie 2Ie<BR> 鋼繩受力平衡功能 無 有，且精度非常高<BR> 控制元件可靠性 繼電器-接觸器，低 PLC，高<BR> 控制元件壽命 繼電器-接觸器，低 PLC，高<BR> 故障率 高 低<BR> 維護技術要求 高 低<BR> 維護成本 高 低<BR> 綜合產能 低 高</P><P> <BR>
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