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案例頻道 摘 要：在起重機(jī)行業(yè)中，為了提高工作效率，起升機(jī)構(gòu)可以高于額定速度運(yùn)行，這樣可以提高起重機(jī)性能，縮短工作時(shí)間，該功能通過弱磁控制實(shí)現(xiàn)。
關(guān)鍵詞：西門子,起重機(jī), 弱磁控制, PLC, Masterdrive
Abstract: For close loop controlled drives, for increasing the performance and moving more loads in less time, an attempt is made to increase the speed above the rated speed. This is used, for example, for hoisting gear of cranes at partial loads. This function is implemented using the loaddependent fieldweakening.
Key Words: Siemens, Crane，F(xiàn)ieldweakening，PLC, Masterdrive
1 引言
我們知道,電流經(jīng)過電機(jī)繞組產(chǎn)生磁場(chǎng)而推動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng),在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中其變化的磁密又在定子繞組中產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì),轉(zhuǎn)速越高反電動(dòng)勢(shì)越強(qiáng),當(dāng)反電動(dòng)勢(shì)增強(qiáng)到與輸入電壓相比擬時(shí),電機(jī)繞組就無(wú)法獲得足夠的電流來(lái)克服阻轉(zhuǎn)力矩,轉(zhuǎn)速的增長(zhǎng)也就停滯了，這個(gè)就是電機(jī)能獲得的額定轉(zhuǎn)速。
可以通過提高電機(jī)輸入電壓和電流的方式，來(lái)使電機(jī)獲得更高的轉(zhuǎn)速。輸入電壓越高，電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，電機(jī)電壓與轉(zhuǎn)速是正比關(guān)系，此時(shí)為恒力矩調(diào)速，當(dāng)輸入電壓達(dá)到最大值不允許再升高時(shí)，此時(shí)如果要再升速，就需要弱磁控制，此時(shí)為恒功率調(diào)速，即，功率 = 轉(zhuǎn)速 * 力矩，轉(zhuǎn)速升高，則力矩下降。
對(duì)于起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)，只有當(dāng)負(fù)載小于額定負(fù)載的情況下，才能進(jìn)入弱磁狀態(tài)，電機(jī)才能以大于額定轉(zhuǎn)速工作，電機(jī)進(jìn)入弱磁工作時(shí)，可用輸出力矩減小。
2 弱磁理論基礎(chǔ)
靜態(tài)負(fù)載轉(zhuǎn)矩主要由：負(fù)載力矩，負(fù)載加速力矩，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量加速力矩和摩擦力矩幾部分組成，即：
MM = MLoad + MBLoad + MBrot + Mfriction
MM = 總的電機(jī)力矩
MLoad = 負(fù)載力矩
MBLoad = 負(fù)載加速力矩
MBrot = 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量加速力矩
Mfriction = 摩擦力矩
MM = MLoad + MLoad* kBload*dn/dt + kBrot*dn/dt + MfrictionkBload 和kBrot 是通過測(cè)量決定的比例系數(shù)，同樣的Mfriction 也必須通過測(cè)量來(lái)決定。MM = MLoad* (1 + kBload*dn/dt) + kBrot*dn/dt + MfrictionMLoad = MM - Mfriction - kBrot*dn/dt / (1 + kBload*dn/dt)此方程式只適用于上升方向加速時(shí)的正向dn/dt。
MLoad ~ ILoad = IM - Ifriction - kBrot*dn/dt / (1 + kBload*dn/dt)
因此，為了決定負(fù)載的大小，dn/dt和電機(jī)電流IM的測(cè)量是必須的。
測(cè)量的過程固定在設(shè)備正常速度的40% ~ 90%之間，用以計(jì)算弱磁的最大速度。
3 在PLC中的弱磁控制程序
在PLC程序中使用功能塊FB1605來(lái)測(cè)量負(fù)載啟動(dòng)時(shí)的加速電流。
當(dāng)測(cè)量結(jié)束后，負(fù)載經(jīng)過計(jì)算通過DB200.DBD72顯示出來(lái)。
如果采樣區(qū)間為正常速度的40%-90%，則采樣時(shí)間為約750ms，在這750ms期間，大約進(jìn)行20-30次測(cè)量。
測(cè)量期間，所有的dn/dt值和電流實(shí)際值都被相加，測(cè)量結(jié)束后，除以測(cè)量次數(shù)得出平均值。至少需要進(jìn)行20次測(cè)量，否則，計(jì)算值無(wú)效。
參數(shù)說明
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名 稱 |
格 式 |
說 明 |
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Current |
Real |
從逆變器傳送過來(lái)的實(shí)際電流/力矩，必須是電機(jī)額定電流的百分比 % |
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Acceleration |
Real |
加速dn/dt，以百分比 % 顯示，在正常的加速時(shí)間時(shí)，等于100%，如果加速時(shí)間加倍，則此值等于50% |
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Speed |
Real |
電機(jī)實(shí)際速度，相對(duì)于最大速度以百分比 %顯示，電機(jī)最大速度即弱磁速度 = 100% |
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Speed_Start |
Real |
采樣啟動(dòng)區(qū)間，以百分比 % 顯示，例如：
Nmax = 1800 rpm = 100%
Nnom = 900 rpm = 50%
起始采樣 = 40% * Nnom = 20%
結(jié)束采樣 = 90% * Nnom = 45% |
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Speed_Stop |
Real |
采樣結(jié)束區(qū)間，以百分比 % 顯示，例如：
Nmax = 1800 rpm = 100%
Nnom = 900 rpm = 50%
起始采樣 = 40% * Nnom = 20%
結(jié)束采樣 = 90% * Nnom = 45% |
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Adap_Acc_Load |
Real |
加速負(fù)載的調(diào)節(jié)系數(shù)，相對(duì)于額定負(fù)載以百分比 % 顯示
經(jīng)驗(yàn)值：5% - 10% |
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Adap_Acc_Rot |
Real |
轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的調(diào)節(jié)系數(shù)，相對(duì)于額定負(fù)載以百分比 % 顯示
經(jīng)驗(yàn)值：20% - 40% |
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Adap_Fric |
Real |
摩擦力的調(diào)節(jié)系數(shù)，相對(duì)于額定負(fù)載以百分比 % 顯示
經(jīng)驗(yàn)值：1% - 3% |
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Adap_Effic |
Real |
上升與下降時(shí)效率偏差的調(diào)節(jié)系數(shù)，相對(duì)于額定負(fù)載以百分比 % 顯示
經(jīng)驗(yàn)值：110% - 120% |
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Adap_K |
Real |
計(jì)算負(fù)載用的乘法系數(shù)，公式為：
負(fù)載 (噸) = 測(cè)量值 * Adap_K + Adap_Offset |
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Adap_Offset |
Real |
計(jì)算負(fù)載用的偏差系數(shù)，公式為：
負(fù)載 (噸) = 測(cè)量值 * Adap_K + Adap_Offset |
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Reset_Storage |
Bool |
該輸入信號(hào)用于復(fù)位上一次測(cè)量值，當(dāng)信號(hào)為“0”時(shí)，新的測(cè)量不能進(jìn)行并且上一次的測(cè)量值被保存。該功能主要用于負(fù)載下降時(shí)，由于在上升時(shí)已經(jīng)完成了負(fù)載的測(cè)量，因此下降時(shí)沒有必要再次進(jìn)行測(cè)量。只有當(dāng)該輸入信號(hào)被復(fù)位時(shí)，才能進(jìn)行新的測(cè)量，例如：吊具開閉鎖信號(hào)。 |
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Adjustment |
Bool |
該位用于釋放計(jì)算電流，當(dāng)負(fù)載上升時(shí)，計(jì)算電流必須被確定，此電流可以通過DBD78讀得（實(shí)數(shù)格式）。 |
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Load |
Real |
計(jì)算負(fù)載 （噸） |
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Load_Valid |
Bool |
“1” = 輸出端的計(jì)算負(fù)載是有效的 |
4 速度給定功能塊FC1630
此FC1630功能塊，可以根據(jù)計(jì)算的電流實(shí)際值給出相應(yīng)的速度。
首先，設(shè)定好Y1，Y7和X7的值，然后計(jì)算出X1的值，指定中間值X2到X6，最后再計(jì)算出Y2到Y(jié)6的值。
比如：
X1 = X7/Y1*Y7 = 50% Y1 = 最大速度 = 100%X2 = 55% Y2 = 91%X3 = 60% Y3 = 83%X4 = 70% Y4 = 71%X5 = 80% Y5 = 62%X6 = 90% Y6 = 56%X7 = 100% = 額定電流 Y7 = 額定速度 如：50%計(jì)算公式：Yx = X7*Y7/Xx如：Y2 = X7*Y7/X2 = 100*50/55 = 91弱磁曲線例子：（恒功率）
5 驅(qū)動(dòng)參數(shù)設(shè)置
6 總結(jié)
通過對(duì)PLC及驅(qū)動(dòng)參數(shù)的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)弱磁功能，起升機(jī)構(gòu)可以高于額定速度運(yùn)行，提高了設(shè)備的工作效率，提升了起重機(jī)性能，縮短了工作時(shí)間，因此弱磁功能被廣泛的應(yīng)用于各種場(chǎng)合。
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)