MC200E變頻器在集裝箱裝卸機上的應用
bmller 2021-04-02
摘要：變頻器是工業控制領域較為通用的自動化控制裝置，性能穩定，可靠。變頻器應用于集裝箱裝卸系統，可以大大提高其運行性能和可靠性，而四象限變頻器在普通變頻器的基礎上，不僅提高了其性能，而且還 將裝卸時多余的能量回饋到電網，實現了真正的綠色應用，是目前集裝箱和起重、行車上非常理想的模式。
1、 引言
集裝箱裝卸機是集裝箱專用裝卸設備之 ，可用于20、40國際標準集裝箱的裝卸、轉運及堆放等作業。其作業高度可以達到“堆六過七”。傳統的集裝箱裝卸機為了提高起動轉矩，采用繞線式異步電機拖動，通過鼓形凸輪控制器的操作改變其轉子所串電阻調速。隨著電力電子技術的發展和矢量控制技術的出現，現在人們普通采用變頻器作為調速裝置，用多極變頻異步電機取代原來的繞線式異步電動機，用PLC作為控制裝置進行無觸點控制。從而改善了調速性能，增加了系統的可靠性和穩定性。
2、系統簡介
2.1集裝箱裝卸機的運行機構的構成。
主要由三大部分組成：大車拖動系統、小車拖動系統、吊鉤拖動系統。
（1)大車拖動系統拖動整臺起重機順著車間方向往反行走。
（2)小車拖動系統拖動吊鉤和物料順橋架作前后運動。
（3) 吊鉤拖動系統拖動重物作吊起或放下的上下運動，下面這種介紹吊鉤拖動系統。
2.2負荷特點
集裝箱裝卸機運行機構均屬于恒轉矩性質負載，且其吊鉤拖動系統為位能性負載，當吊鉤吊起重物下降或者快速減速運行時，
電動機處于發電制動裝態，變頻器通過控 制逆變電壓相位和幅值將能量回饋到電網。
3、控制要求
3.1吊鉤拖動系統要求啟動轉矩大，啟動運行平穩。能夠實現正反運行且要有超載、限位、限流等多種保護。
3.2吊鉤拖動系統在啟、停過程中容異出現“溜鉤”問題，因此要有相應的防止措施。3.3吊鉤拖動系統中要有機械抱閘裝置
4、系統構成與控制原理
4.1系統構成
4.1.1變頻器的選擇
集裝箱裝卸機的大、小車拖動系統對性能的要求不高，為了節省成本，選用通用型變頻器MC200T按1:1選型即可。裝卸機吊鉤拖動系統要求有較高的啟動轉矩和調速性能，并且要有能量回饋裝置，必須采用矢量 控制型四象限變頻器。此次改造采用MC200E矢量型四象限變頻器。
吊鉤提升電機功率為：75KW,為了保證桌夠的啟動和運行力矩，故將變頻器的容量放大一個規格，選用MC200E0900T4規格變頻器。
4.1.2PLC、HMI的選擇
西門子S7-200；臺灣“威綸”觸摸屏
4.2系統的控制原理
4.2.1主令開關、超載、限位開關及變頻器的繼電器輸出信號作為PLC的輸入信號。
4.2.2PLC的輸出信號控制變頻器的正反轉、多段速、故障復位等 和系統的緊急停止、主電路的通斷。
4.2.3觸摸屏和PLC通過RS232串行接口相連，PLC中的接口程序號在PLC中為觸摸屏設立數據讀取區及相關狀態標志，用于監視吊鉤的高度、載荷、運行狀態、故障信息等。
（1-1）系統控制原理
5、變頻器接線、調試要點及參數設置
5.1變頻器接線說明
5.1.1變頻器的RUN、F/R和多功能輸入端子用于控制變頻器的正、反轉啟停和多段速度、故障復位
5.1.2變頻器的繼電器輸出端子用于變頻器的故障輸出和“報閘/松閘”信號輸出。
(1-2）變頻器接線圖
5.2調試要點
5.2.1矢量參數的手動調節。由于現場不能脫離負載，無法進行參數自學習，故需要手動更改適量控制參數，優化控制性能。一般來說，可以遵循以下規律：低頻轉矩不夠，可以適當加大定子電阻；轉差率大可以適當增加轉子電阻。輸出電壓偏低，可以提高空載電流、電機電感和互感。此外，還可以適當調節“電流環”和“速度環”PI參數，他們將直接影響系統的動態響應和控制精度。
5.2.2抱閘與松閘的控制。無PG矢量控制方式在“0” Hz運行時無法達到額定輸出轉矩。若采用有PG矢量控制方式則可以在“0” Hz運行時輸出一個控制信號去打開機械抱閘裝置。
5.2.3溜鉤問題處理。為了減少系統的“溜鉤”時間，盡量把減速時間設置得短些，此處設為0.1s。此外，PLC和變頻器時序邏輯的配合也相當重要。
5.3參數設置
|
F0-01 |
1 |
無PG矢量控制 |
|
F0-02 |
4 |
多段速運行 |
|
F0-03 |
1 |
外控端子給定 |
|
F0-13 |
隨機 |
載波頻率 |
|
F0-14 |
1 |
加速時間 |
|
F0-15 |
0.1 |
減速時間 |
|
F1-00 |
75 |
電機額定功率 |
|
F1-01 |
380 |
電機額定電壓 |
|
F1-02 |
機型確定 |
電機額定電流 |
|
F1-03 |
50 |
電機額定頻率 |
|
F1-04 |
機型確定 |
電機額定轉速 |
|
F1-05 |
機型確定 |
電機定子電阻 |
|
F1-06 |
機型確定 |
電機轉子電阻 |
|
F1-07 |
機型確定 |
電機漏感抗 |
|
F1-08 |
機型確定 |
電機互感抗 |
|
F1-09 |
機型確定 |
電機空載電流 |
|
F1-10 |
1 |
電機參數測試 |
|
F4-00 |
1 |
多段速端子1 |
|
F4-01 |
2 |
多段速端子2 |
|
F4-02 |
3 |
多段速端子3 |
|
F4-03 |
4 |
多段速端子4 |
|
F4-04 |
9 |
故障復位 |
|
F4-24 |
19 |
緊急停止 |
|
F5-00 |
15 |
故障輸出 |
|
F5-18 |
3 |
任意頻率1到達 |
|
F5-04 |
5 |
任意檢出頻率1 |
|
F5-05 |
0.5 |
任意檢出頻率1寬度 |
|
FC-01 |
20 |
多段速2 |
|
FC-02 |
30 |
多段速3 |
|
FC-04 |
40 |
多段速4 |
|
FC-08 |
50 |
多段速8 |
6、系統保護
該系統中，變頻器本身具有短路、過載、過壓、缺相、失速等多種保護和故障輸出功能，對吊鉤拖動機構來說，變頻器驅動一臺電動機，所以變頻器的輸出可以直接連接電動機而不必接熱繼電器作過載保護。線路主回路中接有總接觸器和分接觸器，它們除了通斷線路的作用外，還兼有短路、過載、欠壓等多種保護。司機可以通過聯動臺中的啟停按鈕控制總接觸器進而控制總電源的通斷，在無法用接觸器通斷電路的情況下，可以通過急停開關接通總斷路器分勵脫扣線圈來斷開電源電路。另外在總電源控制回路中還串有門限位開關和鑰匙開關作為安全保護措施。
7、結束語
有了功能完善、性能穩定可靠的四象限變頻器和PLC的有力支持，集裝箱裝卸機在可靠性、調速性能、節能和運行效率等方面與傳統的集裝箱裝卸機相比有了很大的提高，四象限變頻器和PLC構成的集裝箱裝卸機系統成為目前集裝箱裝卸機的典型設計模式，應用越來越廣泛。
