MC200E變頻器在集裝箱裝卸機(jī)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(jī)是集裝箱專用裝卸設(shè)備之 ，可用于20、40國際標(biāo)準(zhǔn)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(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)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(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(jī)的運行機(jī)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(jī)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(fù)荷特點
集裝箱裝卸機(jī)運行機(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行時，
電動機(jī)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(hù)。
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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(biāo)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(fù)載，無法進(jìn)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(jī)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(dá)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(jī)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
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F0-01 |
1 |
無PG矢量控制 |
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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(jī) |
載波頻率 |
|
F0-14 |
1 |
加速時間 |
|
F0-15 |
0.1 |
減速時間 |
|
F1-00 |
75 |
電機(jī)額定功率 |
|
F1-01 |
380 |
電機(jī)額定電壓 |
|
F1-02 |
機(jī)型確定 |
電機(jī)額定電流 |
|
F1-03 |
50 |
電機(jī)額定頻率 |
|
F1-04 |
機(jī)型確定 |
電機(jī)額定轉(zhuǎn)速 |
|
F1-05 |
機(jī)型確定 |
電機(jī)定子電阻 |
|
F1-06 |
機(jī)型確定 |
電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻 |
|
F1-07 |
機(jī)型確定 |
電機(jī)漏感抗 |
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F1-08 |
機(jī)型確定 |
電機(jī)互感抗 |
|
F1-09 |
機(jī)型確定 |
電機(jī)空載電流 |
|
F1-10 |
1 |
電機(jī)參數(shù)測試 |
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F4-00 |
1 |
多段速端子1 |
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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 |
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F4-24 |
19 |
緊急停止 |
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F5-00 |
15 |
故障輸出 |
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F5-18 |
3 |
任意頻率1到達(dá) |
|
F5-04 |
5 |
任意檢出頻率1 |
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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(hù)
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(hù)和故障輸出功能，對吊鉤拖動機(jī)構(gòu)來說，變頻器驅(qū)動一臺電動機(jī)，所以變頻器的輸出可以直接連接電動機(jī)而不必接熱繼電器作過載保護(hù)。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(hù)。司機(jī)可以通過聯(lián)動臺中的啟停按鈕控制總接觸器進(jìn)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(hù)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(jī)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(jī)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(jī)系統(tǒng)成為目前集裝箱裝卸機(jī)的典型設(shè)計模式，應(yīng)用越來越廣泛。
