西门子CPU 6ES7215-1HG40-0XB0安装调试

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 4 变频器的选用

    下面就起重机的起升、平移机构的变频器选用原则做以详细说明。

    4.1起升机构

    变频器的容量必须大于负载所需求的输出，即：

    kPM

    P0[KVA]≥————

    ηcosφ

    式中k——过载系数1.33

    PM——负载要求的电动机轴输出功率，kW

    η——电动机效率

    cosφ——电动机的功率因数

    起升机构要求的起动转矩为1.3—1.6倍的额定转矩，考虑到需有125%的超载要求，其

    大转矩需有1.6—2倍的额定转矩，以确保其安全使用。对于拖动等额功率电动机的变频器

    来说，可提供长达60秒、150%额定转矩的过载能力，因此过载系数k=2/1.5=1.33。

    在变频器容量选定后，还应做电流验证，即：

    ICN≥kIM

    式中k——电流波形修正系数（PWM调制方式时取1.05—1.1）

    ICN——变频器额定输出电流，A

    IM——工频电源时的电动机额定电流，A

    一般的大吨位起重机有两个独立驱动的起升机构，每个起升机构由2台电动机同步驱动

    各自的钢丝绳卷筒转动，再经过动滑轮组多级减速**吊钩。起升机构的变频调速传动方案采用一台变频器带一台电动机的“一拖一”方案，为了**低速传动时的动态特性和高转矩输出能力，每台电动机采用带脉冲编码器的速度闭环控制。每个起升机构的2台变频器之间采用CHV190变频器提供的具有功率平衡和速度同步控制功能的主从控制方案，这些控制方案可以实现2台电动机**的转矩平衡分配和2个起升机构的速度同步。

    4.2平移机构

    起重机的平移机构分大车机构和小车机构，两种机构一般采用多台电动机传动方案。由于起重机平移机构的转动惯量较大，为了加速电动机需有较大的起动转矩，因此起重机平移机构所需的电动机轴输出功率PM应由负载功率Pj和加速功率Pa组成，即：

    PM≥Pj+Pa

    由于平移机构采用一台变频器拖动多台电动机的通用U/f开环频率控制方式，因此在变频器容量选择时，还要满足以下公式：

    ICN≥knIM

    ICN——变频器额定输出电流，A

    IM——工频电源时单台电动机的额定电流，A

    n——一台变频器拖动的电动机数量

    由于在变频器“一拖多”通用U/f开环频率控制方式中，变频器提供的电子热继电器保护功能无法实现对单台电动机的过载保护，为此在每台电动机回路中串入带有热过载保功能的低压断路器，以实现对单台电动机的过载保护，电动机故障信号取自低压断路器的辅助触点。

   主要的功能及特点如下：

    （1）抱闸逻辑控制与监控

    准确的抱闸开启和闭合控制时序，通过抱闸实时状态反馈和起动预转矩补偿，确保控制的安全性和可靠性。

    （2）轻负载升速（电子副钩）

    起重机空钩或轻载时实现2倍速运行，**装卸效率。轻负载升速功能主要应用于起升高度较大的起重机：在起升机构空载运行时自动使速度上升，以缩短时间来**装卸效率；

    重载时自动降低速度以确保设备和人身的安全。变频器根据启动后一段时间内的平均电流值来判断负荷的大小：当负载重时，变频器自动降低输出频率；当负载轻时，变频器自动**输出频率。

    （3）控制回路电源和主回路电源可以分别控制**了用户调试时的安全性，便于故障诊断与维护。

    （4）主从控制功率平衡与速度同步技术

    在两个大功率电机通过减速箱刚性连接驱动一个起升机构时，主从控制功率平衡功能保证两个电机出力均匀；在双起升机构**一个重物时，主从控制速度同步功能保证两个起升机构同步**，确保安全。

    （5）第二电机控制及切换功能

    一台变频器通过参数自学习可以自动存储两套电机参数，通过切换指令实现对两组电机的高性能矢量控制；便于电气传动系统的控制，降低用户成本。

    （6）同时支持PROFIBUS-DP和MODBUS两种通讯协议支持PROFIBUS-DP和MODBUS两种通讯协议，能实现多个变频器和PLC之间的通讯连接。

    （7）危险速度监视、快速停车及超速保护变频器实时监测电机的运行速度，当电机速度大于设定的高允许速度或速度偏差值时，变频器发出故障报警并立即停止输出，机械制动器动作，使起重机处于安全状态。

    快速停车功能给用户提供以下三种方式供选择：

    方式1：电气制动的停车；方式2：电气制动加机械制动的停车；方式3：机械制动的停车。

    （8）预励磁及起动预转矩补偿

    预励磁功能是在启动之前自动地对电机实行直流励磁，以保证电动机快速地提供起动转矩，并通过调节励磁的时间使电动机的起动与机械制动器的释放时间相配合，避免出现“溜钩”现象。

    （9）松绳检测

    防止在起重机绳索松弛的情况下，轻负载升速功能误动作引发的不安全运行。

    （10）起重机操作模式——方便、灵活

    根据起重机不同的操作模式，为用户提供以下操作模式选择：操纵杆模式、遥控模式、电动电位器模式、分级操纵杆给定模式、分级遥控给定模式、通讯给定模式等。

    3.2应用范围

    CHV190起重机专用矢量变频器，具有优异的力矩控制性能，广泛适用于岸边集装箱起重机（STS）、轨道式集装箱龙门起重机(RMG)、轮胎式集装箱龙门起重机（RTG）、门座式起重机、造船用龙门起重机、装船机、卸船机、翻车机、堆取料机等各类港口机械，以及各类普通桥式、门式、塔式起重机和提梁机、架桥机等起重机械的起升、变幅、大车、小车、回转、抓斗等机构的交流无级调速

本文分析了起重机的运行特点，详细阐述了英威腾CHV190起重机专用变频器用于起重机调速时的选型原则和周边设备的容量计算方法，并介绍了CHV190变频器在门式起重机中的应用案例。

    关键词：英威腾 CHV190起重机 专用变频器 门式起重机 电气制动

    1 前言

    随着工业生产对起重机调速性能要求的不断**，常用传统的起重机调速方法如：绕线转子异步电动机转子串电阻调速、晶闸管定子调压调速和串级调速等共同的缺点是绕线转子异步电动机有集电环和电刷，它们要求定期维护，由集电环和电刷引起的故障较为常见，再加上大量继电器、接触器的使用，致使现场维护量较大，调速系统的故障率较高，而且调速系统的综合技术指标较差，已不能满足工业生产的特殊要求。

    交流变频调速技术在工业界的广泛应用，为交流异步电动机驱动的起重机大范围、高质量地调速提供了全新的方案。它具有高性能的调速指标，可以使用结构简单、工作可靠、维护方便的鼠笼异步电动机，并且高效、节能，其外围控制线路简单，维护工作量小，保护监测功能完善，运行可靠性较传统的交流调速系统有较大的**。所以，采用交流变频调速是起重机交流调速技术发展的主流。

    交流变频调速技术应用于起重机后，与市场上大量使用的传统的绕线异步电动机转子串电阻调速系统相比，可带来以下显著经济效益和安全可靠性：

    （1）采用交流变频调速技术的起重机由于变频器驱动的电动机机械特性硬，具有**定位的优点，不会出现传统起重机负载变化时电动机转速也随之变化的现象，可以**装卸作业的生产率。

    （2）变频起重机运行平稳，起、制动平缓，运行中加、减速时整机振动和冲击明显减小，安全性**，并且延长了起重机机械部分的寿命。

    （3）机械制动器在电动机低速时动作，主钩以及大、小车的制动由电气制动完成，所以机械制动器的制动片寿命大为延长，维护保养费用下降。

    （4）采用结构简单、可靠性高的鼠笼异步电动机取代绕线转子异步电动机，避免了因集电环、电刷磨损或腐蚀引起接触不良而造成电动机损坏或不能起动的故障。

    （5）交流接触器大量减少，电动机主回路实现了无触点化控制，避免了因接触器触头频繁动作而烧损以及由于接触器触头烧损而引起的电动机损坏故障。

    （6）交流变频调速系统可以根据现场情况，灵活调整各档速度和加、减速时间，使得变频起重机操作灵活、现场适应性好。

  在粘胶纤维的生产中，一道过滤和二道过滤反洗后的废胶再经废胶滤机回收后，仍然会产生部分的废胶，其主要成分为粘胶、碱液、残渣等。大部分厂家将此废胶排掉，不再加以回收利用，这样不仅会造成原料的浪费，也不利于环境保护。我公司利用DBP一50型离心机实现了对废胶的充分回收，降低了生产成本，减少了对环境的污染。生产实践表明，经废胶滤机过滤后放弃的废胶，用DBP一50型离心机充分分离其固体残渣，仍可使之达到回收再利用的目的。

    1DBP一50型离心机结构及分离原理

图一：离心机结构

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    DBP一50型离心机初应用于啤酒制造业生产中，主要用于成熟啤酒的预澄清和麦汁的澄清，对“啤酒一酵母”或“麦汁一凝固物”进行液一固二相分离。我公司引入此设备并稍加改造，将其应用于粘胶制备生产线的废胶回收，效果很好。它的主要构造为机械传动机构、分离筒、进出液装置及配水装置。如图一所示。

    DBP一50型离心机为碟片式分离机，离心机内部的分离筒内装有一组碟状分离盘，将分离筒的容腔隔成许多很薄的空间。当废胶进入高速旋转的分离筒时，废胶液体在薄层空间内的流动为层流，速度分布呈抛物线状，即在锥表面的液流速度为零；而固体微粒在薄层空间内受到离心力、液流粘滞阻力和液流作用，只需经过极短距离就能到达上一片分离盘的内锥表面而不被液流带走。此时，固体微粒在离心力的作用下，沿碟片组的内锥表面滑出薄层空间进入容渣腔，至一定时问后由排渣口排出。而分离后的胶水混合物沿碟片组向内运动流向粘胶回收出口，后沿回收出口排出进行回收。

    2离心机控制措施

    DBP-50型离心机采用了自动化程序控制排渣操作，即在不停止进料和分离工作正常进行的同时，周期性地打开排渣活塞，使积聚在分离筒容渣腔内的固体微粒及少量液体借助离心力的作用由排渣口喷射出去，实现自动排渣操作。

    我公司共有DBP一50型离心机四台，采用一台PLC控制。单台离心机的工作过程为：

    启动离心机达到稳定转速，大约需5—6min，然后打开密封水阀使分离筒密封，再打开进料阀并调整至所需**，此时离心机开始进行正常的分离工作，分离时间定为300s。当分离时间到达后，打开开启水阀，借助水流产生的压力打开排渣活塞进行排渣，时间为3s。关闭开启水阀，停止排渣并进入下一个循环。在整个循环过程中，密封水阀常开，形成液体密封。程序控制如图二所示。

图二：程序控制

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    我公司利用DBP-50型离心机回收废胶，自投入运行以来单台平均24h回收废胶15m，这不仅大大降低了成本消耗，而且减少了污染，社会效益和经济效益显著。