6ES7223-1HF22-0XA8规格参数

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1引言

　　铸造起重机用于冶金行业，其工作任务是为冶炼炉运送钢水。一般有5大机构：主起升，副起升、大车、主小车、副小车机构。由于起重机的位能负荷特性有更为苛刻的安全要求，各机构的大转动惯量、短时工作、频繁的起制动运行，对调速方案更加苛刻，近十年来随着直接力矩控制理论的成熟及大功率矢量变频器的成功制造，使得变频调速技术在起重机上得以成功应用。但是，当采用变频器传动的起升机构拖动位能性负载下放或平移机构急减速、顺风运行时，异步电动机将处于再生发电状态，以往大部分都通过在中间直流回路设置电阻器，让连续再生能量通过电阻器以发热的形式消耗掉，这种方式称为动力制动。本文介绍了采访罗克韦尔自动化PowerFlex 700S变频器及控制系统在炼钢厂200吨铸造吊车上的应用，同时由于采用罗克韦尔自动化的集成架构控制系统及软件，设计和调试都变得更简单，为用户节省了时间和人力。

2冶金起重机系统简介

　　本起重机为“冶金铸造起重机”，代号为“YZ200/65t-19m A7”。主钩负荷200吨，副钩负荷65吨，跨度为19m，为四梁结构，分上下小车。

　　主起升部分包括两台250kW电机，三台减速机；每一台电机有两个制动器，制动器形式为液压推杆式；此主起升机构的减速机为冶金铸造用棘轮棘爪减速机，两台电机输出到棘轮棘爪减速机，再通过棘轮棘爪减速机输出到两台普通减速机，通过两台普通减速机控制两台钢丝绳卷筒，每个卷筒上安装两根钢丝绳，总计四根，通过四根钢丝绳带动下面的吊具（吊钢包的板钩）。副起升为一台160kW电机驱动，利用两台液压推杆减速机进行制动。

　　主小车部分为两台22kW电机分别驱动两边的减速机以带动车轮旋转，通过每台电机一个液压推杆制动器进行制动。副小车运行电机为一台15kW电机带动一台减速机进行驱动两边的车轮进行工作，通过一个制动器进行制动。大车部分为四角四台45kW电机分别驱动四台减速机，带动各部分的车轮进行工作，每个电机上面一台制动器。

3罗克韦尔自动化PowerFlex 700S变频器

　　PowerFlex700S是罗克韦尔自动化公司推出的高性能系统型变频器，它采用书本式结构设计，零间距安装（Zero Stacking™)，大大减少了变频器安装空间，从而节省大量的盘柜安装空间，节约成套成本和安装成本。内置了输入EMC滤波器，直流母线电抗器和输出共模滤波器，同时160kW以下变频器内置了制动单元，大大方便了用户的选型。因现场故障而需更换变频器时，PowerFlex700S的可插拔控制端子排可以帮助客户轻而易举地恢复控制线路。虚拟背板概念使得程序具有可移植其他Logix平台的能力，实现NetLinx™体系结构的无缝集成和直接通讯驱动。

　　PowerFlex 700S采用是自有专利的、FORCETM磁通矢量控制技术，加上速度闭环控制，确保负载始终处于受控状态。PowerFlex 700S具有TorqProveTM力矩校验功能，TorqProveTM确保停车后机械报闸可靠的控制负载，和当收到运行命令，机械抱闸打开时变频器能控制负载；TorqProveTM and Force TechnologyTM帮助消除人们对V/F标量型、传统矢量型变频器在抱闸时控制的不定因素的担忧，并可以解决起重应用中的关键问题：

（1）溜钩保护

　　当负载移动停止，机械抱闸闭合，变频器将斜坡降低输出转矩，同时监测编码器反馈，确认负载被控制。如果监测到编码器反馈有变化(溜钩)，变频器会马上增加输出转矩，重新控制负载，按照预先设定的速度下放负载。变频器会重复以上的周期，直到抱闸能控制负载或负载安全下放到地面。

（2）速度偏离保护（失速保护）

　　变频器会连续的监测速度命令和速度反馈，比较其偏差，如果偏差超出所允许的范围，那么变频器将变为故障状态，同时，抱闸投入工作。

（3）输出缺相保护

　　三相输出接线端被监测，确保输出每有缺相。一旦TorqProve 使能，这项功能不能被屏闭。

（4）编码器丢失

　　变频器会连续的监测编码器反馈，确保编码器工作正常。只要出现编码器丢失变频器马上变为故障状态，同时，抱闸投入工作。一旦TorqProve使能，这项功能必需使能.

（5）基于负载大小的速度限制

　　允许高于基速运行（轻载时更快运行）；在基速时测量负载大小，若低于额定负载，则可超速。

PowerFlex 700S变频器的力矩校验时序图如图1所示。

以上所有的时间设置的分辩率为0.1秒

图1 力矩校验时序图

4冶金起重机系统控制方案

　　本系统全部采用罗克韦尔自动化公司生产的PowerFlex 700S变频器，它采用ForceTM磁通矢量控制方式。这种控制方式采用实时计算的电动机转矩和转速构成转矩转速双闭环系统，其动、静态精度高（速度控制精度高达±0.001%，转矩控制精度高达±2%）；在转矩响应方面，比非ForceTM控制方式变频器快许多（转矩响应响应时间≤5ms），并克服了传统调速系统和转矩开环变频器低速段输出转矩不足的问题，其零速转矩可达200%。这些特点充分保证了位能性负载的要求。

　　系统具体配置如下：大车行走机构采用两台变频器，分别驱动一台电动机。其中一台为主机，另一台为从机。利用主从应用软件，保证两台电动机的速度同步和负荷平衡，防止大梁扭动和啃轨。小车机构变频器采用一台变频器。主起升机构和副起升机构，分别采用一台变频器，并分别采用一台光电编码器，做速度反馈和控制检测用。系统采用能耗制动的方式将连续再生能量消耗点实现制动。所有变频器配有各类标准的现场总线接口。大车和小车的控制系统图如图2所示，主钩和副钩的控制系统图如图3所示。

图2 大车和小车的控制系统图

图3 主钩和副钩的控制系统图

　　两台主起升变频器采用主从方式，通过光纤通讯方式传递力矩信号，采用力矩跟随的方法保证两台电机出力均匀。采用力矩跟随方式作负荷分配具有力矩分配精度高、动态响应快、调速范围宽等优点。力矩跟随方式示意图如图4所示。

图4 力矩跟随方式示意图

　　本系统采用Compact Logix作为核心控制器，采用工业控制现场总线，将PLC、远程I/O、各机构变频器、触摸屏联结起来，减少电缆投资，减少接线和维护工作量，减少故障点。远程I/O和触摸屏安装于司机室。接受操作人员的指令，显示系统各种工况信息，以利于操作人员监视、操作和方便维护人员故障诊断与维修。PLC安装于控制柜内。接收现场检测器件的状态信息、变频器等状态信息，控制系统运行。PLC控制柜、变频控制柜，以及电阻制动柜安放在大梁上。

项目介绍

　　世博会期间，清洁能源将并入电网，其发电量能够满足世博园区用电的30％，将减少二氧化碳排放约16万吨、二氧化硫排放约1200吨、氮氧化物排放约670吨。据悉，智能电网解决了清洁能源并入电网的“瓶颈”，世博园智能电网工程将展示9个示范工程和4个演示工程。其中9个示范工程围绕着世博主题，在世博园区内开展智能变电站、配电自动化工程、故障抢修管理系统、电能质量监测、用电信息采集系统、储能系统、新能源接入研究、智能用电楼宇/家居以及电动汽车充放电站等示范应用。

　　而其中的新能源接入研究项目——海上测风塔实时数据监控系统已于2010年2月9日在上海世博园调试成功，顺利并入中国电力科学研究院的世博园新能源SCADA系统。这套实时数据监控系统，实现了从海上测风塔到东大桥升压站的实时数据无线传输，继而通过光纤从升压站将数据实时传输到世博园并入电科院的综合SCADA系统。这套先进的无线+光纤混合实时数据监控系统填补了国内风电行业的空白。

系统需求

　　由于测风塔是位于离岸边12.5公里的海上，与岸边升压站的网络通讯无法利用有线的方式，因此需要通过无线方式进行数据传输，并要求通讯网络实时、准确和稳定。

　　由于数据传输量大，对对无线传输带宽的要求非常高，要求无限带宽可以达到9M/bps。

　　由于设备应用在海上，环境条件比较恶劣（低温、震动、盐蚀等），要求产品必须具备高可靠性。

Moxa解决方案

　　在该系统的无线通讯AP采用了Moxa的AWK-4121，这是一款满足IEEE 802.11a/b/g标准的工业级户外型无线AP/Bridge/Client，完全适用于现场对于无线AP的需求。在海面测风塔和岸边升压站中各设置一台AWK-4121，从而架构一个无线传输网络。AWK-4121装有可拆卸天线，用户可以根据实际应用需要更换天线，因现场相互距离较远，高达12.5km，所以加配高增益天线，确保长距离传输的需求。

　　AWK-4121是一款专为户外应用而设计的无线产品，金属外壳具备IP67等级，提供M12连接头保护振动冲击，支持多种安规和电磁兼容认证，可在-40 ~ 75℃环境下工作，确保设备在海上恶劣环境下的稳定运行。这套系统1秒钟采样一次，1分钟、5分钟以及10分钟数据包需要源源不断的传输到中控室。AWK-4121在实测过程中的无线带宽达到了9M/bps，确保数据包实时稳定的传输。

　　在该应用中，除了采用AWK-4121作为无线AP之外，海面测风塔采集的数据通过Moxa NPort 5110串口服务器接入AWK-4121，利用建立起来的无线链路把采集的数据传到岸边的升压站。然后，在岸边升压站把无线AP接收下来的采集数据通过网线传到DA682嵌入式计算机上，DA682嵌入式计算机在进行前置的数据处理之后，通过路由器负责把采集到的测风数据传送到上海世博会现场。从而完成了整套海上测风塔实时数据监控系统的架构，目前该系统的运行非常稳定。

系统配置图

为什么选择Moxa？

　　AWK-4121支持IEEE 802.11a/b/g标准，是一款工业级户外型无线AP/Bridge/Client

　　AWK-4121可自行选购增益天线，确保12..5km的长距离传输

　　在实测中，AWK-4121提供高达9M/bps的无线带宽，确保无线数据传输

　　AWK-4121具备IP67防护等级、M12连接头、-40 ~ 75℃宽温等工业等级设计，产品稳定可靠，适用于恶劣的海上作业环境

　　 NPort系列和DA系列产品作为通讯服务器和协议网关，确保底层测风数据采集设备采集的数据可以准确无误的传送至世博园区

应用产品介绍

　AWK-4121

1）兼容IEEE 802.11a/b/g标准

2）支持冗余电源输入和以太网供电PoE

3）WEP/WPA/WPA2/802.11X安全协议和强大的地址过滤功能，提供更高的安全性

4）Turbo Roaming™实现无缝无线连接　

5）支持远距离通讯

6）宽温操作能力，IP67等级金属外壳封装，适合严苛环境

NPort 5110

1）立即使您的串口设备联网　

2）自动侦测10/100 Mbps Ethernet

3）所有串口信号皆内建15 KV ESD保护

4）点对点连接模式，可在不使用PC的情况下经由网络连接两个串口设备

5）可利用简单易用的bbbbbbs Utility执行大量安装

DA-682

1）Inbbb赛扬1 GHz处理器，前端总线频率400/533 MHz

2）内置DDR2 SDRAM 和工业级闪盘

3）4个千兆网口，支持冗余网络

4）软件可选的RS-232/422/485串口，带2 KV隔离保护

5）19英寸机架安装，2U高度

6）无风扇设计