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案例頻道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(guó)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(dòng)轉(zhuǎn)矩，采用繞線式異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，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(lái)的繞線式異步電動(dòng)機(jī)，用PLC作為控制裝置進(jìn)行無(wú)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(jiǎn)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(dòng)系統(tǒng)、小車拖動(dòng)系統(tǒng)、吊鉤拖動(dòng)系統(tǒng)。
（1）大車拖動(dòng)系統(tǒng)拖動(dòng)整臺(tái)起重機(jī)順著車間方向左右移動(dòng)（以司機(jī)的坐向?yàn)閰⒖迹?/DIV>
（2）小車拖動(dòng)系統(tǒng)拖動(dòng)吊鉤及重物順著橋架作前后運(yùn)動(dòng)。
（3）吊鉤拖動(dòng)系統(tǒng)拖動(dòng)重物作吊起或放下的上下運(yùn)動(dòng)，下面這種介紹吊鉤拖動(dòng)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(dòng)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(shí)，電動(dòng)機(jī)處于再生發(fā)電制動(dòng)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(dòng)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(dòng)系統(tǒng)要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，起動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)在啟、停過程中容易出現(xiàn)“溜鉤”問題。
由于制動(dòng)器從抱緊到松開，以及從松開到抱緊的動(dòng)作過程需要時(shí)間（約0.6s），從而電動(dòng)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(dòng)器和電動(dòng)機(jī)在動(dòng)作的配合上極易出現(xiàn)問題。如電動(dòng)機(jī)已經(jīng)通電，而制動(dòng)器尚未松開，將導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)嚴(yán)重過載；反之，如電動(dòng)機(jī)已經(jīng)斷電，而制動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)中要有機(jī)械抱閘裝置（機(jī)械制動(dòng)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(huì)有下滑的危險(xiǎn)。因此，吊鉤電動(dòng)機(jī)軸上必須加裝制動(dòng)器。常用的有電磁鐵制動(dòng)器和液壓電磁制動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)對(duì)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(jiǎn)）；裝卸機(jī)吊鉤（提升機(jī)構(gòu)）拖動(dòng)系統(tǒng)要求有較高的起動(dòng)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(dòng)轉(zhuǎn)矩：無(wú)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(dòng)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(wú)PG矢量控制： 1：100；有PG矢量控制： 1：1000
d、速度控制精度：無(wú)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(dòng)和運(yùn)行力矩，故將變頻器的容量放大一個(gè)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(jiǎn)控制系統(tǒng)，本方案采用無(wú)PG矢量的控制方式
4.1.2 PLC、HMI的選擇
日本三菱的FX2N-40MR；臺(tái)灣“威綸”觸摸屏 MT506LV
4.1.3制動(dòng)單元的選擇
變頻器的制動(dòng)單元應(yīng)加大一個(gè)檔次，以便允許有較大的制動(dòng)電流，縮短制動(dòng)過程；制動(dòng)電阻的額定功率應(yīng)加大一倍。故選用：DBU-055-4（2個(gè)并聯(lián)）、制動(dòng)電阻：13.6?/9600W（2個(gè)）。（也可以放大一個(gè)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(shuō)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(hào)1（故障輸出），作為三菱FX2N plc的輸入信號(hào)。
PLC的輸出信號(hào)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。
（1-1）
系統(tǒng)控制原理圖
5、變頻器接線、調(diào)試要點(diǎn)及參數(shù)設(shè)置
5.1變頻器接線說(shuō)明
5.1.1變頻器多功能輸入端子S1-S7、HDI用于控制變頻器的啟動(dòng)、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、多段速、故障復(fù)位、緊急停止。
5.1.2繼電器1輸出作為“故障輸出”；繼電器2輸出（FDT電平輸出）作為“抱閘/松閘”信號(hào)輸出。
5.1.3變頻器直流母線上并聯(lián)兩個(gè)DBU-055-4制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻，用以消耗吊鉤下行過程中產(chǎn)生的能量，實(shí)現(xiàn)變頻器的四象限運(yùn)行。
（1-2）
變頻器接線圖
5.2調(diào)試要點(diǎn)
5.2.1矢量參數(shù)的手動(dòng)調(diào)節(jié)。由于現(xiàn)場(chǎng)不能脫離負(fù)載，無(wú)法進(jìn)行參數(shù)自學(xué)習(xí)，故需要手動(dòng)更改適量控制參數(shù)，優(yōu)化控制性能。一般來(lái)說(shuō)，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、定轉(zhuǎn)子電感和互感。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(dòng)態(tài)響應(yīng)和控制精度。
5.2.2抱閘與松閘的控制。無(wú)PG矢量控制方式在“0” Hz運(yùn)行時(shí)無(wú)法達(dá)到額定輸出轉(zhuǎn)矩，故需要借助一個(gè)FDT電平（繼電器2輸出）功能，來(lái)提升控制功能。即：設(shè)置一個(gè)合適的FDT電平檢測(cè)值，讓變頻器運(yùn)行到一定頻率后才打開機(jī)械抱閘裝置。FDT電平檢測(cè)值設(shè)置過高，容易跳“過載”或“過流”故障；FDT電平設(shè)置過低又不能提起重物，此處最終設(shè)定的FDT電平檢測(cè)值為5Hz。若采用有PG矢量控制方式則可以在“0” Hz運(yùn)行時(shí)輸出一個(gè)控制信號(hào)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(shí)間，盡量把減速時(shí)間設(shè)置得短些，此處設(shè)為0.1s。此外，PLC和變頻器時(shí)序邏輯的配合也相當(dāng)重要。
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)