起重提升 - 变频器 - 深圳市新科瑞电气技术有限公司

起重提升

摘要　　新科瑞C500系列变频器助力晋州某拉丝机现场两条生产线稳定生产，一台22kw，8台18.5kw，1台15kw，精准控制，节能增效。　　　　引言　　拉丝机是金属线材生产的重要设备，主要是将金属线材拉拔成各种规格的细丝。从产品规格上可分为：大拉机、中拉机、小拉机以及细微拉。从机械结构上可分为：滑轮式、活套式、水箱式和直进式。在电线电缆行业，双变频细微拉应用十分广泛。相对而言，其要求的控制性能也较低，而对大部分钢丝生产企业，针对材料特性，其精度要求和拉拔稳定度高，因此使用直进式拉丝机较多。特别是焊材生产企业，气体保护焊丝、埋弧焊丝、铝焊丝、氩弧焊丝、不锈钢焊丝、高强度焊丝以及最先进的药芯焊丝，其对拉丝机的电气控制要求很高。变频器作为主要的电气控制部分，它的性能，特别是张力控制的精度直接影响到产品的质量和产量。　　一、工艺需求　　1、穿模　　整机启动前，须手工将原材料前端打磨并逐级通过模具。现场一般是通过脚踏开关实现电机点动低速转动，同时采用工具将丝线从模具的前端牵拉到后端，通过模具后的丝线为了能够通过下一级模具，先要将其前端打磨或拉细，后才可以通过下一级模具。在这个工艺环节里，要求电机在启动和低速运行时力矩大且稳定，运行转速稳定，而且在减速停机时电机没有反转。　　2、拉丝　　手工完成穿模后就可以整机运行实现连续的拉伸了。直进式拉丝机通常是由多台电机控制，经过多个拉伸模具后一次性把原材料拉到所需线径大小的成品。在这个工艺环节里，要求电机响应速度快，线材张力恒定，张力平衡杆波动小，不断丝不松丝。　　3、收卷　　收卷部分由一台独立的电机驱动，经过拉伸后的成品需要同步地缠绕在工字轮上。随着缠绕在工字轮上的线材越来越厚，电机转速相应变慢。当收卷的厚度达到设定值时，系统提供自动检测停机功能。在整个工艺过程中，不管是启动加速、停机减速还是稳定恒速的情况下都要求收卷电机和前端电机运行的线速度同步，不断丝不松丝，要求收卷电机调速响应快，速度控制精确。　　4、排线　　通常成品线材是层绕在工字轮上的，在工字轮的横轴上，线材应该一圈一圈平行紧密地排列。在这个工艺环节里，要求有一个排线装置来完成线材在横轴上端到下端往复的排列成品线材。排线装置来回往复的速度可以是定速也可以根据收卷电机的速度来控制。根据机械设计的要求，排线的实现有很多种方案，比如机械，变频等。　　二、系统解决方案　　1、急停抱闸　　设备运行过程中，若出现紧急情况，要求整个设备快速停下来。该工艺过程要求停机过程结束后丝线不会被拉断，这样才可以保证下次可以顺利启动。　　设备运行过程中，若设备检测出断线或者其它故障，整个设备需要马上停止工作。设备外部可提供抱闸电路，由设备输出抱闸信号控制抱闸电路工作，以使得机器能快速停下来。当然也可以在变频器内部增加制动电阻来控制整机快速停止。　　　　2、系统组成　　系统由N台通用变频器和一台张力专用变频器组成。　　每一台通用变频器控制一台独立的电机，线材通过不同的模具逐级拉伸。根据线材体积不变的原理，随着线材越拉越细，线材将会越变越长，这样就要求后端电机线速度要高于前端电机线速度。前一级电机的主频率来源于后一级电机，变频器可使用脉冲方式或者模拟电压方式传输当前电机运行的频率。　　第N台电机以固定的频率运行，频率给定可以来源于通信RS485设定，外部电位器或者数字设定，第1~N-1台电机使用复合A B频率运行的方式，主频率来源于后一级电机的运行频率，辅给定都是来源于气臂平衡杆PID控制。　　气臂主要用来感应线材张力，通过AI信号传入变频器，系统使用PID功能微调变频器速度。若张力过大，变频器将适当降低频率，若张力过小，变频器将适当增加频率。这样可以使得线材拉丝过程更加平稳，不会断丝松丝。　　收卷电机由一台张力专用变频器控制，支持带张力摆杆的闭环调节模式和不带张力摆杆开环调节模式。　　系统通过一个DI信号控制第N台电机的运行，而前一级电机的运行信号来源于后一级电机的运行状态，收卷电机的运行信号也是来源于第N台电机的运行状态。　　每一台变频器都提供断线(故障)检测功能，若系统检测出断线会马上输出一个信号到抱闸电路，抱闸电路控制整机停止运行，同时该信号会以外部故障的状态传递给每一台变频器。断线检测的方式有PID反馈检测和DI信号输入。　　3、点动　　为实现手动穿模，系统支持点动功能。用户可以通过设置点动频率(E0.00)，点动加速时间(E0.01)和点动减速时间(E0.02)来实现穿模的速度。　　现场通常使用端子来控制点动，用户通过设置X端子功能为正转点动或者反转点动即可。　　点动停止的方式可以通过点动减速模式(E0.03)来控制。　　4、闭环控制模式　　收卷变频器接有张力气臂平衡杆，系统可以使用张力控制模式，或者是VF/矢量控制。　　使用张力控制模式时，控制方式与之前开环张力模式类似，只是系统多了一个PID闭环进行张力微调，以保证线上张力更加平稳。　　若使用VF/矢量控制，系统可以根据线速度恒定原则进行卷径计算，V=f*PI*R，其中V是前端线速度，f是变频器参考频率，R是卷盘半径。同时张力气臂平衡杆接入变频器AI，通过PID进行闭环微调。随着卷径的变大，而其前端的线速度稳定的情况下，变频器的参考的频率是越变越小的。　　当卷盘的卷径到达最大卷径时，系统可以设置变频器停机或者继续运行。　　系统提供卷径复位功能，当用户换卷时，可以通过一个DI信号将当前卷径复位到空卷卷盘卷径。　　三、产品特点　　工作效率高，可一次将线材拉成成品。　　低速点动穿模，运行速度稳定，力矩大。　　同步响应速度快。　　整个系统只需要一台张力专用变频器，其它的使用通用变频器即可，较大的缩减了成本。　　张力专用变频器提供闭环张力控制和开环张力控制两种不同的控制方式。　　提供卷径计算功能，使得卷线过程更加平稳，张力摆杆摆幅小，不断丝不松丝。　　提供多种断线检测功能。　　提供换卷卷径复位功能。　　提供满卷停机功能。

新科瑞变频器在门式起重机上的应用

一、前言　　门式起重机是通过桥架两侧支腿支撑在地面轨道上运行的桥架型起重机，又称龙门吊，是一种将吊钩或其它取物装置上的重物通过垂直升降和水平移动来实现物料转移的重载起重设备。门式起重机具有场地利用率高、作业范围大、适应面广、通用性强等特点;广泛应用于建筑工程及桥梁施工、电力、船舶、汽车制造、冶金、矿山、建筑、桥梁等基础设施的建设。　　二、变频器控制应用方案　　门式起重机主要由主吊钩、副钩、大车行走机构、小车行走机构和电气控制系统构成;动力驱动机构均采用变频无级调速控制，改善其启动和停止时的冲击，提高运行平稳性和定位的准确性。　　　　1、提升机构：采用新科瑞C500系列起重专用变频器进行控制，选择无PG开环矢量控制模式控制单台或多台电机实现提升机的上升和下降，用多段数实现高、低速的转换。　　2、大、小车行走机构：采用新科瑞起重专用变频器同时控制2台或多台电机实现正反转和高、低速转换。　　　三、结束语　　门式起重机经电气改造后经6个月的运行检测节能27%;起动平滑,机械冲击小;定位准确。全国约800台门式起重机中500台左右有变频改造的可能。这种改造尚有进一步性能提升的可能:如加装一台变频器拖动副钩;加装编码器作死循环控制;配置触摸屏监控运行状态。

矿井提升机的应用

一、提升机概述我国提升机设备中，普遍使用TKD系统，这种控制系统是采用继电器有触点的逻辑控制，以磁放大器为核心组成模拟量闭环调节。在继电器控制系统中，要完成一个控制任务，支配控制系统工作的“程序”是由各分立元件(继电器、接触器、电子元件等)用导线连接起来加以实现的，这样的控制系统称为接线程序控制系统。在接线程序控制系统中，控制程序的修改必须通过改变接线来实现。几十年来，这种控制系统由于受元件水平的限制而存在着缺陷，突出表现在:（1）挡位调节，调速不连续，运行中机械振动大，矿车冲击大，制动不安全；（2）启动及换挡时冲击电流大，启动电流一般是额定电流的2-3倍，有时会更大，如果加速快，甚至会引起总开关跳闸；（3）调速时大量的电能消耗在电阻上，不但浪费严重，也造成工作环境的恶劣，空间噪声大；（4）维修量大，不方便。由于操作时交流接触器频繁动作，易造成触点及线圈的烧坏，转子更换碳刷频繁；（5）耽误生产。矿井是连续24小时工作，生产量大，任务繁重，由于电控系统设计落后，制造工艺落后，即使是短时间的维修，也会给生产带来损失。二、变频调速方案2.1）矿井提升机变频调速概况变频调速以其节能和可平滑调速，调速范围宽等优点在提升机上得到了广泛的应用，矿井提升机一般对变频器有以下要求：1：矿用电网波动较大，变频器在380V±20% 能正常工作。2：运行平稳，加减速平滑，运行速度曲线加速段、减速段为S型，在加减速过程中可做到加速度连续，无撞击感。3：对回馈能量的处理方法：回馈制动或能耗制动。4：变频器在整个工作过程中提供所需要的力矩特性：启动力矩大于2倍额定转矩，尤其是当矿车停在井筒中间时，启动转矩比额定转矩大得多。低频转矩在3HZ时大于1.6倍额定转矩。5：有足够的加速力矩，适应重车提升时的加速过程。6：运行过程中由于道轨不平整或滚筒偶尔出现钢丝绳绞绳，会引起电机力矩的跳变，变频器能承受这种跳变。7：运行过程中若出现偶然事件，要求快速停车时能给出大于额定转矩的制动力矩，这时会有较大的能量馈送给变频器。8：停车状态下，能给出大于额定转矩的制动力矩，防止重车下滑。2.2）变频调速改造方案此次改造的提升机为TKD型单绳缠绕式矿井提升机，原系统配置为2m滚筒，采用单钩式，矿井为竖井，井深400m，提升重量为10吨，电机为380V/200KW/8级绕线转子三相异步电动机，电机减速比20，制动方式为液压站盘型制动器。系统改造配置为SH-ZTK-BP操作台，变频器为C500 280KW，制动单元为BR-DR-5HA 280KW(客户自配)，制动电阻为3Ω/144KW。矿井提升机变频调速控制系统由操作台、变频系统、液压站、润滑站、安全保护和控制监视系统组成，系统框图如下。变频器控制示意图系统工作原理：当司机听到开车信号时，按下启动按钮，PLC控制将380V动力电源接入变频器。再松开液压制动闸并将主令控制器推到正向（或反向），提升机开始运行。在提升过程中，控制提升机运行的主速度给定S形速度曲线由PLC编程产生，经过A/D转换，由模拟量输出口输出，以驱动变频器工作；对变频器输出频率的调整控制，也可根据现场的工况需要，由操作台速度控制手柄以辅助给定的方式进行控制。旋转编码器可以检测主电动机的转速，并将此信号传送给可编程控制器，PLC通过该信号可以累计计算提升机的速度及行走距离，监视器可以时时显示提升机速度和位置。制动单元的制动电压设置为625V。2.3）C500变频驱动优势:第一、强大的低频力矩消除了溜钩现象。即使再上升过程中途进行了刹车，在中途就可以把重物拉起来，不需要把重物放到平地上重新启动，启动力矩开环状态下达到0速180%，闭环0速到达180%。第二、超强的系统保护功能和环境适应能力。 C500多达30种保护功能，确保系统安全稳定运行。强大的电网适应能力，电网电压波动320V~480V，变频器正常工作。第三、超速限制保护功能当绞车速度超过一定程度的时候，自动限制最高速度，大大提高了安全性。第四、车斗脱轨故障率明显降低平稳的加速和减速，避免了绞车掉道的可能性，也大大减少了机械和钢绳的磨损。第五、可靠的抱闸时序控制功能启动的时候预先给足够的力矩再松开抱闸，确保不会下溜，当快要完全停机的时候但还有力矩输出的时候抱闸抱紧，当发生故障或者安全回路出现问题的时候，能够自动的实现机械刹车，确保安全。第六、能够和机械刹车以及安全回路完美配合使用能够与原来的系统的安全回路兼容，同时和各种类型机械刹车完美配合，最大限度地保障了整个系统的安全。第七、自动检测断线故障并抱闸停机。系统能够通过运行电流检测是否处于断线状态，并与机械制动进行配合使用。第八、显示相关参数和键盘拷贝通过设置，可以屏蔽不相关参数，显示相关参数，和键盘拷贝功能，使调试更加方便快捷。三、新系统与原系统比较1）技术性能变频调速属无级调速，闭环控制，调速范围大，调速精度高，爬行速度易控制，重物下放操作时易操作，安全性能好，对提升机等相关机械设备在运行和停止过程中冲击比较小。电阻调速属有级调速，开环控制，调速精度低，爬行速度不易控制。重物下放操作时，需动力制动与转子电阻配合操作，全凭司机的经验和感觉，很难准确控制，安全性能差对提升机等相关机械设备在运行和停止过程中冲击比较大。2）间接效果（1）变频系统无需原电控调速用的交流接触器及调速电阻，提高了系统的可靠性，改善了操作人员的工作环境，使噪音及室温降低。（2）调速连续方便，连续平滑调节。（3）实现了低频低压地软起动和软停止，使运行更加平稳，机械冲击小。（4）启动及加速过程冲击电流小，加速过程中最大电流不超过1.3倍的额定电流，提升机在重载下从低速平稳无级平滑的升至最高速，没有大电流出现，减小了对电网的冲击。（5）采用变频控制后，可采用原绕线式电机，不需要作任何改动。3）绞车保护变频调速装置本身具有过压、欠压、过流、过负荷、缺相等保护，同时与操作台的数字式深度监视器配合，可实现绞车过卷、过速、减速、限速等重要保护的双线制保护功能，满足安全规程要求。转子串电阻调速装置内的鼓形控制器、正反向接触器通过电流大，又频繁动作，触点易烧损；电阻发热量大、接头多、易氧化或接触不良而发热，所以维护量极大。变频调速装置采用无触点控制，电机的正转、反转采用计算机控制，加上变频调速装置的功率器件及控制计算机模件均采用进口产品，产品质量优良可靠，维护量极低。四、结语　　提升机在使用变频调速后，节电率在30-40%左右，且控制质量大为提高，实现无级调速。同时由于电动机不再需要频繁地起动和停止，不必再由继电器、接触器进行控制，使整个系统的寿命大为延长。实现软停和软起，消除了电动机硬起动过程中对电网的冲击。另外操作简便，省时省力。矿用绞车绕线电机改用变频调速方式后，系统具有一定的节电效果，更重要的是具有柔性化控制，使系统的性能大大提高和机械部份寿命延长的同时使提升机获得平稳、安全、可靠的运行状态。