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新型式调频机在冶炼起重机里的应用。

2016-8-26 22:14| 发布者: 龙辉起重陈鑫| 查看: 230| 评论: 0

摘要: 冶炼起重机 1动力系统组成  1.1硬件组成  冶金起重机由于工作环境恶劣,工作要求频繁起制动且平稳运行,目前起升机构多采用矢量控制的变频器,运行机构则根据使用环境和使用要求采用通用变频器或者矢量控制变频 ...

冶炼起重机

    1动力系统组成

  1.1硬件组成

  冶金起重机由于工作环境恶劣,工作要求频繁起制动且平稳运行,目前起升机构多采用矢量控制的变频器,运行机构则根据使用环境和使用要求采用通用变频器或者矢量控制变频器。硬件组成有两种方式:一是由变频器、制动单元、制动电阻组成的调速系统(如为攀钢轨梁厂7跨起重机起升机构回路),这种调速系统中,运动物体制动时的动能或起升机构下放时的势能通过制动单元制动电阻转变成热能释放;另一是由整流回馈单元、公共直流母线及多个逆变器组成的调速系统(如为攀钢热轧板厂7跨吊车整流部分及起升机构回路),这种调速系统中,运动物体制动时的动能通过整流回馈单元回馈到电网。

  1.2变频器及配套设备的选型

  (1)变频器/逆变器的选型

  变频器/逆变器的容量根据负载大小和实际工况进行选择,对于成组传动的情况(比如冶金吊车的大车走行机构),应将电机折算为单组传动计算其净功率和容量,同时使用平衡电抗器,如果所连接的电机有两个电位完全隔离的绕组在相同相位具有相同电压,这两个磁耦合的绕组就象一台平衡电抗器,可以不再附加平衡电抗器。

  一般说,起升机构平均起动转矩为额定转矩1.3-1.8倍,运行机构的平均起动转矩为额定转矩的1.1-1.3倍。同时还应考虑下面五个因素,电源电压波动因素,起重机需要通过125%超载试验,保证安全使用的安全系数、电机的效率和功率因数、海拔高度及变频器本身的过载能力。对使用频繁、环境恶劣的冶金起重机,还需要考虑到变频器的降容使用的情况,在完成选定后还应进行电流效验和转矩功率效验。在效验中功率一律以净功率为准,即:

  (2)制动单元/制动电阻的选型

  制动单元及制动电阻的选择主要考虑工况,一般按以下选择:先计算制动转矩,其中G1为电机转动惯量,G2为负载折算到电机侧的转动惯量,V1为制动前的速度,V2为制动后的速度,通常取变频器3HZ时的速度,t为制动时间,通常取1.5-3秒,M t为负载阻转矩。一般情况下,在进行电机制动时,电机内部存在一定的损耗,约为额定转矩的18-22%,如计算的结果小于这一范围可以不接制动装置。

  接着计算制动电阻其中U为制动单元动作电压值(按说明书中的取,西门子为540V),M1为电机额定转矩。在制动单元工作中,直流母线的电压升降取决于常数RC,R为制动电阻的阻值,C为变频器内部电解电容的容量。

  在进行制动单元的选择时,制动单元的工作最大电流即制动电流瞬时值,即制动单元直流母线电压值/制动电阻阻值。最后计算制动电阻的标称功率,由于制动电阻为短时工作制,根据电阻的特性和技术指标,电阻的标称功率小于通电时的消耗功率,一般用制动电阻标称功率=制动电阻降额系数×制动期间平均消耗功率×制动使用率。

  通常走行机构的电机拖动大惯量负载并要求急剧减速或停车,起升机构的电机拖动位能负载,在重载下降时电机处于被拖动状态,电机不仅运行于电动状态(一三象限),还运行于发电制动状态(二四象限),采用电阻制动完全能满足使用要求,短时频繁的制动将消耗大量的能量,故制动电阻的容量将比转子串电阻调速的电阻器容量大。

  (3)整流/回馈单元、公共直流母线多个逆变器的调速系统

  采用整流/回馈单元、公共直流母线带多个逆变器的调速系统电路简洁、紧凑,该系统能量能够得到充分应用,如采用该系统设计的起重机可以用起升机构下降时的制动能量驱动小车机构的行走。在设计整流/回馈系统时,为了保证能量回馈到电网应采用AFE装置,如采用可控硅式的回馈装置必须采用多个集电器的设计方案以确保冶金起重机的高速行走要求。

  (4)其他备件的选型

  由于冶金起重机的特殊性要求和安全性可靠性要求,同时冶金起重机一般都在高温高粉尘的工作环境下作业,一般来说应有以下配套备件,备件的选型可以按DA65.10样本选用:

  ①为了防止污染电网的电抗器装置,如果所在电网系统中有其他对电磁干扰较为敏感的设备还需要设置抑制滤波器。

  ②大跨度或特殊专用冶金起重机对从变频器到电机的连线距离较远的情况下(一般从实践使用在大于50米的距离)必须设置出线侧电抗器或滤波器。

  ③在变频器的进线端已安装有快熔熔断器,但经过实践使用发现在冶金起重机上必须外设导线保护快熔熔断器,以防止电网波动或设备故障引起的变频器烧毁。

  2控制系统的组成

  目前起重机的控制系统多采用PLC控制系统,为了减少可能的干扰,点对点连接方式在冶金起重机上采用较少,即使采用这一方式也对线路的布设有严格要求,目前在冶金起重机上多采用现场总线系统。

  2.1PLC控制系统组成

  PLC硬件组成为CPU模块,输入输出模块,电源模块等,在工作环境较好且使用频率不高的情况下,走行机构采用通用变频器的起重机(一般不推荐升降机构采用通用变频器)可以采用点对点连接方式,这时PLC都采用直流24伏供电,在其他冶金起重机上多采用总线结构的交流220伏供电,以避免电缆故障引起交直流短路烧毁变频器。

  2.2现场总线通讯系统组成

  所示为炼钢方坯冶金行车的PROFI BUSDP现场总线通讯网络,3号站为司机室ET200远程I/O站,4号5号站为起升小车机构变频器,6号7号为绝对值编码器,用于系统定位和传动链的监测。

  采用现场总线通讯系统一方面可以减少电缆布设,减少故障点,同时可以减少冶金起重机中常发生的干扰故障。PLC与变频器间的数据交换可以通过STEP7提供的系统功能块SFC14,SFC15完成,简单的数据交换也可以用MOVE指令来编制。针对冶金起重机的工作环境,在系统中加入了诊断中断OB82,机架故障OB86(DP从站故障时调用),I/O访问错误块OB122,对瞬间出现的通讯故障进行屏蔽以确保起重机的安全运行,使系统运行抗干扰能力加强,同时在生产用冶金起重机上,往往还设有端子控制方式,以在出现通讯故障导致PLC停机时切换,确保冶金起重机运行的安全性和可靠性。

  2.3监控系统的组成

  在冶金起重机的司机室内设有起重机状态和故障显示的计算机综合监控系统。该系统由工业控制计算机、系统软件组成,对简单小型监控也可以由TP及OP组成。该系统具有综合故障监控功能,可以对各种运行信号、保护信号、监测信号、故障信号显示、诊断、报警。故障监测系统通过PLC将检测信息采集回来,以PROFIBUSDP方式传输给工业控制计算机。

  2.4工业以太网和INTERNET网

  在两台起重机并车运行时,可以通过MPI方式将两台PLC连接起来,通过全局数据包的通讯方式或调用系统功能SFC65-69来实现两台PLC的数据交换,从而实现控制两台起重机的功能。目前,INTERNET、工业以太网、3PLC系统及PROFIBUS网络的组成1变频器、制动单元组成的调速系统2整流/回馈单元、直流母线组成的调速系统工业现场的设备网发展很快,在PLC中安装通讯模块,就可以利用INTERNET实现远程调试和监控。

  3使用西门子变频调速的冶金起重机与普通调速起重机的性能比较

  3.1使用维护性能

  普通调速的机械特性均较软,变频调速的冶金起重机机械特性硬,调速比高(可达到1:10,一般转子串电阻调速的调速比为1:2到1:3),体现在使用上运行明显的平稳,可低速定位,也可以高速运行保证生产。在维护方面,由于变频器具有过流、过热、过载等保护,减少了继电器和接触器,维护工作量大副减少,同时,通过变频器及PLC的监控、辩识功能查找故障更快。

  3.2使用经济性能

  一般转子串电阻调速都采用反接制动方式,对能源浪费极大,同时电阻、接触器等元器件更换频繁,对机械部分冲击大。采用变频调速后机械冲击小,元器件的使用寿命得到延长,采用回馈方式后更节约能源。

  3.3使用范围和可拓展性

  使用变频调速的冶金起重机的运行平稳性和调速比大特性使其使用范围得到很大拓展,起重机可以完成多种方式作业,不仅能很好完成生产作业,在设备的检修作业中也可充分利用其低速精确作业。同时,通过增加其他附属装置能实现诸如多车并车、自动定位等其他专用特殊起重机才能具备的作业功能。

  3.4安全性可靠性比较

  一般转子串电阻调速的起重机由于无法采集监控信息,系统的安全性和可靠性主要依靠操作人员的经验和安全设备的安全性能,变频调速冶金起重机由于增加了监控系统,通过变频器的辩识、计算、监控功能通过PLC集中采集反映到司机室,对作业中的工作状态及故障信息进行分析,安全性和可靠性都有很大提高。

  4结语

  西门子产品种类众多,功率范围宽,由于冶金起重机的作业状况的差异性,可根据不同的需求作出不同的选择。特别是西门子变频器系统功能图对用户开放,我们可以按照不同的功能使用自由功能块使工业型变频器变成专用型变频器,在冶金起重机中达到各种专用功能。近几年,攀钢不少公司、厂对于西门子变频器的相关性能逐渐认识,并已经开始广泛使用,攀钢目前已经订制并在使用的变频吊车达到40余台,使用良好,受到欢迎,掀起一股“变频热”,已经证实了变频器在冶金起重机中的运用是很有前景的。

2016-8-26 22:14| 发布者: 龙辉起重陈鑫| 查看: 230| 评论: 0

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