艾默生大功率TD3000在抓斗行车上的应用
艾默生CT
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一、 前言<BR> 行车是工业现场常用装备，用来实现货物在三维空间中的转运。其中水平面两个方向的运动分别由大、小车完成，称为行走系统；垂直方向的运动则由起升机构负责。大多数的行车通过钓钩与被运物体相连，当被运物体为粉状时，则需要通过抓料斗，这就是抓斗行车。该类行车在提升部分一般均配置两台电机，专门负责升降运动的电机称为主卷电机，另一台称为闭合电机，除了负责抓斗的打开和闭合（丢料和抓料）外，还将配合主卷电机一起出力进行升降运动。<BR> 重钢烧结厂现有抓斗行车均为串级调速加继电器/接触器控制方式，故障率高，维护费用及时间均很大，给生产造成不良影响，为此需对其技术改造，而采用变频调速技术是解决上述问题的关键，现以其3#行车技术改造为例介绍有关情况。<BR> 二、 电气系统配置<BR> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/2006420114320185.jpg" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/2006420114320185.jpg" border=0 alt=按此在新窗口浏览图片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><BR> 提升/抓斗部分系统改造原理图<BR> 行车系统机械参数<BR> 载重量（含抓斗自重）：20吨 起升高度：25.6米 跨度：31.5米<BR> 大车电机： 2* 15KW 小车电机：7.5KW <BR> 主卷电机:： 90KW 闭合电机：90KW<BR> 行走系统改造配置<BR> 大、小车分别选用EMERSON 公司EV2000-4T0300G和EV2000-4T0011G各一台，分别配置15kw、30kw制动组件各一套，以消耗停车时返回变频器的能量。由于较为简单，本文不详细描述。<BR> 主卷/闭合变频器<BR> 对于提升所需变频器，必须选用高性能矢量控制变频器，这里选用了艾默生TD3000-4T1320G两台，分别控制主卷电机和闭合电机，考虑到系统的长期使用以及可能出现的超载情况，在变频器选型方面我们相对电机功率放大2档。由于抓斗上升和下降是由主卷电机和闭合电机共同出力完成，而且在抓料操作时，为了尽可能多抓料，必须使用“点动降”使主卷钢绳保持松弛，因此，当抓料完成时，主卷钢绳是松弛的。若两台变频器都为速度控制方式，则不能解决主卷钢绳和闭合钢绳的受力平衡问题，容易导致闭合电机、闭合变频器、闭合钢绳过载，因此要解决好上述问题，主卷变频器必须支持速度/转矩控制在线切换功能，而且闭合电机用变频器必须有转矩输出功能，两者通过逻辑有效配合方可完成。<BR> 速度反馈（编码器）<BR> 为了更好的实现空中起车和转矩控制功能，本次改造选用配套编码器，型号为E80H型，线数512P/R，编码器与电机轴的连接采用轴套式安装，这种配置可以充分利用TD3000 变频器 0速200%的力矩以及内置的零伺服功能，确保消除启/停时的“溜钩”现象<BR> 制动单元和制动电阻<BR> 抓斗下降过程中，电机处于发电状态，再生能量将导致变频器的直流母线电压上升到危险电压，因此制动组件是必须选配的。经验表明，制动组件配置容量应该相对于变频器容量适当放大，具体情况与行车起升高度、制动单元的最大制动使用率、电机和变频器的配置余量以及制动电阻散热条件等环境因素有关。由于抓斗下降是可能持续较长时间的过程，我们选用的TD3000配套制动组件，该制动组件具备100%ED的制动能力， <BR> PLC<BR> 本系统中选用了PLC来实现整个系统的逻辑控制，主要功能如下：<BR> 1. 变频器启/停控制；<BR> 2. 控制抱闸，保证电机轴停止时抱闸才抱住，既不提前，也不延后；<BR> 3. 主卷变频器控制方式切换（速度控制/力矩控制）。<BR> 4. 系统安全连锁功能<BR> a) 行车上各个进出口的门以及操作室的门在打开状态下，禁止操作。<BR> b) 大、小车轨道两端设限位开关限制车体超越。<BR> c) 冲顶限位。<BR> d) 各操作手柄未处于零位置时，上电被禁止。<BR> e) 主卷和闭合变频器中任意一台变频器报故障时，两台变频器均立即停止输出（自由停车），同时抱闸合闸。<BR> f) 任何时刻断电，系统将立即停止，抱闸合闸。PLC故障时，各操作命令无效（PLC无输出），这时，抱闸闭合，行车处于安全停止状态。但不排除PLC误输出松闸信号，虽然这种概率极小，一旦出现这种情况，司机可按“急停”按钮，切断控制电源，使抱闸闭合。<BR> 系统原理图见图一。<BR> 三、 参数设置<BR> 主卷和闭合用变频器参数如下：<BR> 3#抓斗行车变频器主要参数表<BR> 主卷 闭合<BR> 参数号 设定值 说明 参数号 设定值 说明<BR> F0.02 1 闭环矢量 F0.02 1 闭环矢量<BR> F0.04 40 运行频率 F0.04 40 运行频率<BR> F0.05 1 端子控制 F0.05 1 端子控制<BR> F0.08 42.5 上限频率 F0.08 42.5 上限频率<BR> F0.10 2 加速时间(秒) F0.10 2 加速时间(秒)<BR> F0.11 2.5 减速时间(秒) F0.11 2.5 减速时间(秒)<BR> F1.01 90 额定功率(KW) F1.01 90 额定功率(KW)<BR> F1.02 380 额定电压(V) F1.02 380 额定电压(V)<BR> F1.03 183 额定电流(A) F1.03 183 额定电流(A)<BR> F1.05 585 额定转速(RPM) F1.05 585 额定转速(RPM)<BR> F1.11 0.048 定子电阻(Ω) F1.11 0.047 定子电阻(Ω)<BR> F1.12 7.6 定子电感(MH) F1.12 7.9 定子电感(MH)<BR> F1.13 0.029 转子电阻(Ω) F1.13 0.032 转子电阻(Ω)<BR> F1.14 7.6 转子电感(MH) F1.14 7.9 转子电感(MH)<BR> F1.15 7.3 互感(MH) F1.15 7.5 互感(MH)<BR> F1.16 90.7 空载电流(A) F1.16 88.2 空载电流(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 电动转矩限定 F3.07 160 电动转矩限定<BR> F3.08 160 制动转矩限定 F3.08 160 制动转矩限定<BR> F5.05 32 X5速度/转矩控制切换 F5.11 5 PA/PC速度高于信号<BR> F5.11 5 PA/PC速度高于信号 F5.15 14 FDT电平<BR> F5.15 12 FDT电平 F6.08 4 AO1输出转矩指令电流<BR> F6.03 0.012 模入滤波时间(S) F6.10 -90 AO1零偏<BR> FA.03 1 风机一直运行 F6.11 1.8 AO1增益<BR> FB.00 512 编码器线数 FA.03 1 风机一直运行<BR> FB.04 5 零速检测值(RPM) FB.00 512 编码器线数<BR> FD.00 9 仅显示运行频率和电流 FB.04 5 零速检测值(RPM)<BR> FD.00 9 仅显示运行频率和电流<BR> 为保证提升的平稳性，合理选择加减速方式是非常必要的，实践证明选用S曲线启停方式非常适合提升，即：电机刚启动时以极低速度运行一段时间，其间加速度也较小，然后再以与加速时间相对应的加速度将电机速度提高，接近设定速度时再以较小加速度运行至设定值。减速过程与加速过程类似。这种方式可有效地减小电机启/停时的冲击电流。<BR> 四、 总结<BR> 抓斗行车变频改造后，很好地解决了主/闭钢丝绳受力平衡问题，软启软停方式大大降低了起制动时的冲击电流，再加上变频器本身具有完善灵敏保护功能，极大地提高了行车运行的可靠性，延长了系统的使用寿命。以下为改造后的有关数据：（以一年前改造的三台行车为例）<BR> 钢丝绳消耗仅为改造前的20%；<BR> 电机从未烧坏，改造前为平均1台/月；<BR> 其它低压电器及机械设备的寿命也得大大提高；<BR> 总维护成本为改造前的10~15%；<BR> 实际运行中，主卷和闭合电机二者的运行电流相差仅3A左右，出力均衡度极高，证明TD3000确实是优秀高性能矢量控制型变频器<BR> 以下是新老系统的各项对比：<BR> 抓斗行车新老系统对比<BR> 项目 老系统 新系统<BR> 主要控制手段 串级调速，继电器-接触器硬件逻辑 变频调速，PLC软件逻辑<BR> 调速性能 有级，且调速范围小 无级<BR> 速度控制 开环，精度低 闭环，精度高<BR> 最低运行频率 较高频率 可到0Hz<BR> 起/制动冲击电流 直接投高速档时，7Ie 2Ie<BR> 钢绳受力平衡功能 无 有，且精度非常高<BR> 控制元件可靠性 继电器-接触器，低 PLC，高<BR> 控制元件寿命 继电器-接触器，低 PLC，高<BR> 故障率 高 低<BR> 维护技术要求 高 低<BR> 维护成本 高 低<BR> 综合产能 低 高</P><P> <BR>
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