矢量变频器在门式起升机构的应用.doc

矢量变频器在门式起升机构上的应用倪 浩中国葛洲坝集团机械船舶有限公司 湖北 宜昌 摘要：本文主要介绍了矢量变频的原理和特点，起升机构变频器的选型，并通过实例说明了矢量变频器在实际工作中的特点。 关键词：矢量变频器 电机控制 闭环控制 PLC前言：近年来，随着电力电子技术、计算机控制技术的迅速发展，交流变频调速技术得到了迅速的发展，当今它已成为节能、环保、改善工艺流程以提高产品质量、推动技术进步的一种主要手段。变频调速技术以其优异的调速和制动性能，高效率和节电效果，在各个行业的许多重要控制环节都有了比较广泛的应用。一、矢量变频器的原理和特点为了和矢量有个比较，先来简单介绍一下变频调速系统的标量控制。目前较为简单的一类变频器是V/F控制，它就是一种电压发生模式装置，对调频过程中的电压进行给定变化模式调节。其缺点在于低频转矩不够、速度稳定性不好，因此在重载设备使用过程中出于安全因素的考虑被逐步淘汰。矢量变频技术是基于DQ轴理论而产生的,它的基本思路是把电机的电流分解为D轴电流和Q轴电流，其中D轴电流是励磁电流，Q轴电流是力矩电流,这样就可以把交流电机的励磁电流和力矩电流分开控制，使得交流电机具有和直流电机相似的控制特性，是为交流电机设计的一种理想的控制理论，大大提高了交流电机的控制特性。因为电机转速与工作电源输入频率成正比的关系： n =60 f（1-s）/p 式中：n-转速f-电机输入频率s-电机转差率p-电机磁极对数，所以通过改变电动机工作电源频率可以达到改变电机转速的目的，从而控制电动机的对外输出状态，达到控制系统的目的。矢量控制是基于电动机多项静态和动态参数，经过复杂算法运算得到的高精度动态控制。由于采集的数据多，数据量大，且还有一定的时效性，实际工作中通常用可编程控制器（PLC）辅以各种类型的编码器来对它进行控制。通过各类编码器采集的实时数据，返回到PLC中进行计算处理，再对电机的各项输出性能进行调整，从而达到控制的目的。系统控制精度高、实时性好、动态响应快。二、起升变频器的选型起升机构的平均起动转矩一般来讲可为额定力矩的1.3-1.6倍。由于电源及超载等因素，要求最大转矩必须有1.8-2倍的负载转矩，而变频器的最大过载能力为150%IN时1分钟，在选择变频器时,根据以下计算进行选型,并对系统的最大转矩及变频器的额定电流进行校核。若要求在极低频运行时，还应考虑电动机的力矩此时是否满足负载要求。变频器的输出电流I变变应满足以下条件。I变IMN=K IN式中：IN电动机额定电流（A），IMN 电动机最大工作电流，为静载电流和动载电流之和。K过载能力，一般取1.25。三、矢量变频器的实际应用以埃塞GD-3工程2800KN门机起升机构为例，介绍矢量变频器在实际工作中的运用。1 起升机构的主要组成部分序号标识名称规格型号数量备注1M1,M2电动机YZP250M-6 37KW2速度 0.3-3m/min2A1,A2变频器CIMR-G7A4045231ZD,2ZD制动单元241RB,2RB制动电阻37KW 3.6欧251Y1,1Y2制动器26控制器PLC西门子S7-30017PG1,2传感器2测量速度8PG-B1,2速度卡29编码器EH40A210荷重仪1测量重量2起升机构的工作原理上图为起升机构闭环调速系统图起升机构由2台电机驱动，每台电机由一台变频器控制。变频器采用编码器反馈的闭环控制方式，调速比高。卷筒对应减速箱的高速轴安装一个进口绝对值型脉冲编码器，作为起升机构高度测量和同步运行的反馈，其输出数据信号送入PLC，由PLC进行数据处理，求出同步偏差值，根据预先设定的差值大小、正负，输出控制信号，控制变频器进行同步纠偏，使闸门的两吊点始终处于同步状态。其高度值及其差值，通过PLC处理后，在司机室的触摸屏上显示。同步调节主要根据同步偏差调节量来确定其模拟量输出，主机不设此环节，设定1号卷筒为主机，2号卷筒为从机，从机跟随主机作动态调整。起升机构配有荷重传感器，传感器检测到的荷重量分别以4-20mA模拟量的形式送到PLC模拟量输入口，通过PLC处理后在司机室的触摸屏上显示。变频器接到上升及下降指令后，首先进行零转速控制，使电机产生零速力矩。这时放开制动器抱闸，变频器锁定电机转子，使重物不会产生滑溜现象。正常停车时，通过电气制动，电机速度平稳降至接近零速后，再进行制动器抱闸。在起升机构卷筒上安装一套位置限位开关，用上升及下降行程控制。通过绝对值编码器监视起升高度，并在程序中设有高度保护功能。3起升机构的PLC设定在起升机构中，制动器不能直接接在电动机的输入端，对制动器必须单独控制，为了防止滑钩，起升机构中的制动器经过接触器接入变频器的上端，变频器输出的运行信号经过PLC处理后对制动器进行控制，这样就可防止制动器打开时，变频器还没有完全对电动机控制，而出现吊钩下滑的现象。下图中PLC输入口2-6为起升主令控制，7-8分别是上下限位输入口，9是相序保护输入口，12-13是制动器空开输入口，14是变频器复位输入口，15-16分别是电源启动与停止输入口，17-18分别是变频器A1-A2的运行信号输入口。4变频器的参数设定与调整41通用设定需设定参数设定值说明B1-011将该参数设为1，频率指令是由控制回路端子输入。B1-021将该参数设为1，运行指令是由控制回路端子输入。C1-101将该参数设为1，表示加减速时间的单位为0.1S。C1-015.0将该参数设为5.0，表示加速时间为5.0S。C1-026.0将该参数设为6.0，表示减速时间为6.0S。B1-030将该参数设为0，表示停车时减速停车。B1-040将该参数设为0，表示控制电机可以反转。42 PG矢量控制设定对于安川G7系列变频器的闭环控制，在硬件上一般选配增量式旋转编码器作为电机转度采集元件，还需选配一块变频器的插件：PG-2B速度采集卡，增量式编码器的脉冲信号通过PG-2B速度采集卡被送入变频器，以进行闭环控制。下表所示为进行PID闭环调速控制所必须设定的一些参数及说明。需设定参数设定值说明A1-023通过该参数可将变频器设置为带PG（增量式旋转编码器）的矢量控制模式。电机转度信号由PG测得送给变频器。B5-013将该参数设为3，意味着PID控制有效，并且PID的目标值由频率指令给定（多功能输入端子或模拟量输入端子给定），频率给定值与反馈值的偏差由D（微分，）控制。B5-111在电机有正、反向旋转的工况时，该参数应设为1。B5-122当PID反馈丧失时，变频器将控制自由停车，同时故障接点动作，该参数如不设置，当PID反馈丧失时，变频器输出频率将达到最大值。B5-1320变频器检测出PID反馈丧失的检出值，该设置以最高输出频率为100，如该参数设为20，变频器最高输出频率为50HZ，那么PID反馈丧失的检出值为10HZ ，即变频器的输出频率与检测到的反馈值相差10HZ，便认为PID反馈丧失。F1-01根据实际情况设定该参数用于设定所使用的旋转编码器对应电机旋转一圈对应的脉冲数。例如：您选用1000p/r的编码器，编码器与电机同轴安装，那么显然电机旋转一圈，编码器也旋转一圈，所以F1-01应该设为：1000；如果编码器的安装位置与电机之间存在减速机构，减速比为：1:2.5，那么F1-01应设为：400，意味着电机旋转一圈，编码器旋转0.4圈，转过400个脉冲；如编码器与电机之间存在增速机构，增速比为：2:1，那么F1-01应设为：2000。F1-50或1该参数用以设置编码器的方向。编码器输出2相脉冲列，A相和B相，变频器通过A、B相的相位关系来判断电机的旋转方向，如果电机实际旋转方向与编码器输出方向相反，可以修改该参数。5结论通过实际运行测试，矢量变频器对门机的起升稳定性有了很大的改善，变频器调速，调速范围大，低速性能较好，上下平滑无卡阻，动平衡好，启停动作非常及时