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(yùn)行性能和可靠性，是目前集裝箱裝卸系統(tǒng)較為理想的設(shè)計模式。

關(guān)鍵詞：矢量變頻器（SVC、VC）、集裝箱裝卸機(jī)

1、引言

集裝箱裝卸機(jī)是集裝箱專用裝卸設(shè)備之一，可用于20ˊ、40ˊ國際標(biāo)準(zhǔn)集裝箱的裝卸、轉(zhuǎn)運(yùn)及堆放等作業(yè)。其作業(yè)高度可以達(dá)到“堆六過七”。傳統(tǒng)的集裝箱裝卸機(jī)為了提高起動轉(zhuǎn)矩，采用繞線式異步電動機(jī)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)發(fā)展和矢量控制技術(shù)的出現(xiàn)，現(xiàn)在人們普遍采用變頻器作為調(diào)速電源，用多極變頻異步電機(jī)取代原來的繞線式異步電動機(jī)，用PLC作為控制裝置進(jìn)行無觸點(diǎn)控制。從而改善了調(diào)速性能，增加了系統(tǒng)的可靠性。本文以CHV100在贛州鐵路局貨運(yùn)站的成功應(yīng)用為例，闡述集裝箱裝卸機(jī)的變頻調(diào)速過程。

 

2、系統(tǒng)簡介

2.1集裝箱裝卸機(jī)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)的構(gòu)成。

主要由三部分組成：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(jī)順著車間方向左右移動（以司機(jī)的坐向為參考）

（2）小車拖動系統(tǒng)拖動吊鉤及重物順著橋架作前后運(yùn)動。

（3）吊鉤拖動系統(tǒng)拖動重物作吊起或放下的上下運(yùn)動，下面這種介紹吊鉤拖動系統(tǒng)。

 

2.2負(fù)荷特點(diǎn)

集裝箱裝卸機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)均屬于恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)負(fù)載，且其吊鉤拖動系統(tǒng)為位能性負(fù)載，當(dāng)?shù)蹉^吊起重物下降或者快速減速運(yùn)行時，電動機(jī)處于再生發(fā)電制動狀態(tài)。需要將電能通過反饋裝置反送給電網(wǎng)或者消耗在制動電阻上，以防止母線電壓過沖，變頻器過壓。

 

3、控制要求

3.1吊鉤拖動系統(tǒng)要求起動轉(zhuǎn)矩大，起動運(yùn)行平穩(wěn)。能夠?qū)崿F(xiàn)正反運(yùn)行且要有超載、限位、限流等多種保護(hù)。

3.2吊鉤拖動系統(tǒng)在啟、停過程中容易出現(xiàn)“溜鉤”問題。

由于制動器從抱緊到松開，以及從松開到抱緊的動作過程需要時間（約0.6s），從而電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生或消失，是在通電或斷電瞬間就立刻反應(yīng)的。因此，制動器和電動機(jī)在動作的配合上極易出現(xiàn)問題。如電動機(jī)已經(jīng)通電，而制動器尚未松開，將導(dǎo)致電動機(jī)嚴(yán)重過載；反之，如電動機(jī)已經(jīng)斷電，而制動器尚未抱緊，則重物必將下滑，即出現(xiàn)所謂的“溜鉤”現(xiàn)象。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(jī)械抱閘裝置（機(jī)械制動器）。當(dāng)重物吊在空中出現(xiàn)突然停電的情況，如果不加裝機(jī)械抱閘裝置，重物就會有下滑的危險。因此，吊鉤電動機(jī)軸上必須加裝制動器。常用的有電磁鐵制動器和液壓電磁制動器等。

 

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(jī)的大、小車（平移機(jī)構(gòu)）拖動系統(tǒng)對系統(tǒng)的性能要求不高，為了節(jié)省成本，選用V/F控制方式的通用變頻器INVT-CHF100即可滿足要求。（本文從簡）；裝卸機(jī)吊鉤（提升機(jī)構(gòu)）拖動系統(tǒng)要求有較高的起動轉(zhuǎn)矩和調(diào)速性能，必須采用矢量控制型變頻器。本文采用INVT-CHV100系列矢量變頻器。CHV100系列變頻器具有以下技術(shù)特點(diǎn)：

a、 起動轉(zhuǎn)矩：無PG矢量控制0.5Hz/150%（SVC）；有PG矢量控制0Hz/180%（VC）（零速全轉(zhuǎn)矩功能，又稱零伺服功能，即零速是電動機(jī)仍然能輸出180%的額定轉(zhuǎn)矩，使重物停在空中）。

b、過載能力：150%額定電流60s；180%額定電流10s

c、調(diào)速比：無PG矢量控制：  1：100；有PG矢量控制：  1：1000

d、速度控制精度：無PG矢量控制：±0.5%最高速度；有PG矢量控制：±0.1%最高速度。

吊鉤提升電機(jī)的功率為：75kw。為了保證足夠的起動和運(yùn)行力矩，故將變頻器的容量放大一個規(guī)格。選用：INVT-CHV100-090G-4型變頻器+I/O擴(kuò)展卡。為了節(jié)省成本，精簡控制系統(tǒng)，本方案采用無PG矢量的控制方式

4.1.2 PLC、HMI的選擇

日本三菱的FX2N-40MR；臺灣“威綸”觸摸屏 MT506LV

4.1.3制動單元的選擇

變頻器的制動單元應(yīng)加大一個檔次，以便允許有較大的制動電流，縮短制動過程；制動電阻的額定功率應(yīng)加大一倍。故選用：DBU-055-4（2個并聯(lián)）、制動電阻：13.6Ω/9600W（2個）。（也可以放大一個規(guī)格，直接選用能量回饋單元：RBU-110-4。）

 

4.2系統(tǒng)控制原理

4.1系統(tǒng)控制原理說明

4.1.1主令開關(guān)、超載、限位開關(guān)及變頻器的繼電器輸出信號1（故障輸出），作為三菱FX2N plc的輸入信號。

PLC的輸出信號控制變頻器的多功能輸入端子（控制變頻器的正反轉(zhuǎn)、多段速、故障復(fù)位、緊急停止等。）和主電源電路的通斷。

觸摸屏和PLC通過RS422串行接口相連，PLC中的接口程序在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(biāo)志，用于監(jiān)視主鉤的高度、載荷、運(yùn)行狀態(tài)、故障信息等。

5.1.3變頻器直流母線上并聯(lián)兩個DBU-055-4制動單元和制動電阻，用以消耗吊鉤下行過程中產(chǎn)生的能量，實現(xiàn)變頻器的四象限運(yùn)行。

 

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。