POWERFLEX700变频器在桥式起重机中的研究与应用

作者：济钢集团有限公司

欢迎访问e展厅 展厅 2 变频器展厅 矢量变频器, 变频调速设备, ... 绕型异步电动机,转子串多级电阻的电气传动是起重机最广泛的传动形式,是最简单的调速方案,但是具有以下的缺点： 1. 串电阻分级起动时,对起重机钢结构冲击大。 2.系统起动电流大,起动电流达3～6倍的定子额定电流。 3.调速性能差,效率低,且系有级控制,有电流冲击,转速一半以下工作时,机械特性软,不能稳定工作运行。 4.制动停止冲击大,采用电磁制动的机械制动,在较高速度下进行,制动惯性力矩和制动电流大,短时冲击力大于负载转矩3倍以上,对整个起重机钢结构冲击大。 由于以上因素的存在，对于济钢中板厂钢板表面质量存在较大的影响，严重的影响了我厂产品在客户心目中的形象。同时由于调速性能差，操控性较差，导致薄规格钢板钢板在调运过程中极易损伤板边，造成大量的资金用于质量异议赔付。 而当前控制领域，矢量变频技术已经成熟并且得到了极为广泛的成功应用，如果在新上板库天车中引入此技术，那么会为今后的长期运行带来“一劳永逸”的应用效果，会使得此天车为真正意义的“免维护”系统，大大地降低维护成本，节省人力资源。因此，基于以上考虑，决定对济钢中板厂20+20吨天车引入矢量变频控制技术。 2．ControlLogix系统的应用 根据控制要求，我们提出了使用ControlLogix系统集成构架来解决的方案。面向高性能和可伸缩性设计。它具有多处理器, 多任务, 多网络, 多语言；各种各样的模拟, 离散和特殊 I/O ；车间和信息系统之间最大的连通性；顺序, 过程, 传动和运动控制的高级集成的特点。 该控制系统是CONTROLLOGIX系统主机架、1794FLEX I/O分站、触摸屏、AB矢量变频器、交流变频电机YPG355M-10双轴变频电机一台组成的矢量控制调速系统。PLC主要完成对矢量变频器及大车及小车横移变频器的控制，接收由操作台1794FLEX I/O分站采集到信号并通过DeviceNET现场总线传输到CONTROLLOGIX控制器，由控制器做出运算后给通过DeviceNET现场总线送给AB矢量变频器做为给定信号。触摸屏主要负责和PLC进行通讯，对整个控制系统的状态进行监控。AB矢量变频器接收给定信号后，根据给定的的大小和正负来使得变频调速驱动电机运转的快慢和方向。电气控制系统网络示意图如图1所示。 3．增量型编码器的使用 增量式旋转编码器通过内部两个光敏接受管转化其角度码盘的时序和相位关系，得到其角度码盘角度位移量增加（正方向）或减少（负方向）。 由于天车系统为人工操作，且视现场情况改变给定，所以选用绝对值型编码器并不合适，对于增量型编码器接线方式简单，信号处理方便。工作电压为24VDC，返回信号为脉冲信号，可直接连接至变频器相应模板上进行处理的特点较为适合此控制系统使用。 我们对POWERFLEX700型矢量变频器的控制板端子设计接线入如图2所示： 由于采用现场总线控制，仅需要输入输出部分信号即可。 4、POWERFLEX700变频器在本套系统中的研究 该系统中变频器采用罗克韦尔公司AB系列POWERFLEX700型号，其矢量型变频器的功能有V/F控制和无速度传感器矢量控制及有速度传感器矢量控制。适合应用于重物提升机构，物料的处理及应用于挤压机及搅拌机。根据硬件接线要求与矢量控制要求对起升装置变频器进行参数优化设置，以下为该系统中部分参数设置简介： 电机控制参数 P53=4，P88=1,P412=0决定该系统为矢量控制，投用AB系列变频器的FORCE矢量控制技术。 P413=1024是编码器脉冲频率设置 P155，P163是变频器制动方式选择，由于设计制动功率远远大于内部制动功率，所以此处设置为P163=1，外接制动电阻。起升装置停车后变频器立刻停止输出会造成理论上的溜钩现象，所以设置P155=1,斜坡制动模式。 P140,P142为加减速时间的设定，这两个参数的设定，决定了系统动态响应时间，它将直接决定矢量变频调速系统的快速性。 AB系列变频器通过现场总线通讯有固定的控制字作为接口，但是如果需要读取变频器参数状态需要用DATALINK与变频器相连。 5．控制模型的建立思路 制约变频器在天车上使用的最大问题是变频器启动时力矩较小，使得在重载起动时，容易发生溜钩现象。控制溜钩时可以将系统的启动条件中加入达到溜钩时力矩的连锁，从而控制抱闸系统打开的条件，可在理论上消除溜钩的可能性。 根据POWERFLEX700变频器矢量控制原理图，我们可以发现，变频器最终输出的转矩电流来决定起升力距的大小，而所有的外部输入参数均是可变的。 根据交流电动机力矩特性，当电机为矢量控制方式时，如果电机在额定转速以下，其力矩电流的与定力矩电流的百分比也就是输出力矩与额定力矩的百分比。这样我们可根据变频器输出的转矩电流来作为控制溜钩的唯一变量。通过DATALINK的方法，将变频器的转矩电流采集至CONTROLLOGIX构架中，由1756-L61CPU进行处理后，在给变频器运行的指令，从而达到避免溜钩的目的。 起升变频器启动时，变频器输出速度，转矩电流和实际返回的速度曲线在一个象限中可，实际转速最低点做一条垂线，与转矩电流值交汇处转矩电流值即为力矩达到时所需电流值。 实际研究过程中，该数值的获取可以通过罗克韦尔的DRIVETOOLS软件的DriveObserver中采集。 连接相应的参数，进行在线监控，取得相应的数值即可。 将转矩电流DATALINK上的数据同得出的溜钩经验数值进行比较，串入抱闸控制连锁中，控制程序连锁如图6所示： 6．软件编程设计 本系统为罗克韦尔CONTROLLGIX集成构架，编程软件采用RSLOGIX5000软件进行编程，根据工艺要求和良好的硬件基础，软件设计实现了连锁合理、保护全面、程序简洁、容易读写、查询方便快捷等效果，同时也实现了起升装置，大车行走，小车行走，液压润滑系统连锁信号的顺畅传送。为新20+20吨天车矢量变频系统的长期稳定运行，提供了强大的软件支持。 7．应用效果评价 通过POWERFLEX700矢量控制变频器的应用，实现了设备精准定位，减小了设备的冲击，提高了主起升稳定性，实现了薄规格板及较长钢板的平稳吊运，有效防止了钢板表面划伤。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (5/29/2011)