基于矢量控制型變頻器的卷揚機控制系統(tǒng)的改進(jìn)

基于矢量控制型變頻器的卷揚機控制系統(tǒng)的改進(jìn)

高質(zhì)量材料制造商的料貴元材料是上料系統(tǒng)的核心設(shè)備，其可靠性直接影響到生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。本文對該系統(tǒng)應(yīng)用西門子矢量控制型變頻器改造的情況，以及該系統(tǒng)的傳動控制部分進(jìn)行分析。一、系統(tǒng)組成1空車重量平衡由一臺卷揚機拖動兩臺料車，料車位于軌道斜面上，工作過程中，當(dāng)裝滿爐料的料車上升時，空料車下行?？哲囍亓肯喈?dāng)于一個平衡錘，平衡了重料車的自重。兩料車交替上料，運行過程中電機始終處于負(fù)載狀態(tài)。2復(fù)合拓展數(shù)據(jù)送出與主站系統(tǒng)由一臺S7-400的PLC做主站，主令控制器用普通導(dǎo)線傳輸。西門子變頻器、卷揚低速軸（同軸安裝絕對式編碼器）通過Profibus與主站進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。通信介質(zhì)采用雙絞帶屏蔽的銅芯電纜。操作指令由WINCC人機界面發(fā)送到PLC（如圖1）。3驅(qū)動裝置的工作原理圖2中VVVF為西門子70變頻器；KM1為輸入接觸器；KM2為輸出接觸器；KM3為抱閘接觸器；M為卷揚電機；M1為液壓推動器；CBP2為變頻器通信板；24V輔助電源用于當(dāng)網(wǎng)側(cè)電壓中斷時，支持裝置的通信功能和診斷功能；制動單元的制動電阻在電機制動或加/減速時把動能轉(zhuǎn)換成熱能。工作原理：操作工發(fā)出料車1上行指令，上位機通過控制字發(fā)出開機及正轉(zhuǎn)命令，同時主給定值HSW給出變頻器的高速頻率45Hz，變頻器由0Hz開始提頻，PLC控制開啟抱閘，料車上行，直到全速運行。隨著電機的轉(zhuǎn)動，主令控制器的K1閉合至PLC（如圖3），由PLC發(fā)出低速指令，同時主給定值HSW給出變頻器的低速頻率10Hz，電機以低速運行；當(dāng)主令控制器的K3閉合時，說明料車已經(jīng)達(dá)到終點，變器封鎖輸出，同時關(guān)閉機械抱閘，料車1送料完畢。料車2重復(fù)如上過程（主令點改變）。二、系統(tǒng)通信原理1變壓器輸出端誤差變頻器掛現(xiàn)場總線，通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交換，對應(yīng)Profibus總線形式，配用CBP2接口板。PLC的PPO類型設(shè)為4，其數(shù)據(jù)傳送特征為：變頻器接收1個控制字，5個設(shè)定字；發(fā)送2個狀態(tài)字，4個實際值設(shè)定字。由于頻率是通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)定，故具有通信速率高，精度高、穩(wěn)定可靠、接線簡單等優(yōu)點。而在模擬量控制時，PLC輸出端經(jīng)過一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過導(dǎo)線，進(jìn)入變頻器輸入端又經(jīng)過一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器才能參與控制。兩個轉(zhuǎn)換器位數(shù)不同和導(dǎo)線損耗都可能造成一定誤差。而網(wǎng)絡(luò)通信傳遞直接是數(shù)字量不需要轉(zhuǎn)換、沒有誤差，在傳輸過程中不會造成損耗，而且響應(yīng)速度率也會很高。2浮點數(shù)和開關(guān)量西門子S7400作為主站，主卷揚變頻器作為從站。主要通信信息有兩種（1）浮點數(shù)主要為設(shè)定速度、電流、轉(zhuǎn)矩、頻率等；（2）開關(guān)量主要是正/反轉(zhuǎn)、開機指令、運行狀態(tài)和一些故障報警的指示等。變頻器發(fā)送與接收的報文如圖（4）、圖（5）。三、系統(tǒng)保護(hù)1絕對式編碼器在卷揚同軸安裝一只掛在Profibus網(wǎng)上的絕對式編碼器，上位PLC讀取編碼器的實時數(shù)據(jù)，通過計算設(shè)定為極限保護(hù)點，是防止主令控制器失靈時的最后保護(hù)，防止料車“沖頂”事故的發(fā)生。2料車速度監(jiān)控編碼器另一個重要功能是測定料車的實時速度，通過主令控制器的配合，完成對料車的超速保護(hù)、低速檢查和反向保護(hù)。(1）超速保護(hù)。料車運行中，PLC根據(jù)編碼器測得的料車實際速度，全程監(jiān)控料車不得超過最高速度，否則PLC輸出急停，關(guān)閉變頻器，同時機械抱閘制動并輸出報警。(2）反向保護(hù)。反向保護(hù)是當(dāng)電機啟動時啟動力矩不能克服料車重力矩，形成重料車下滑時，PLC根據(jù)編碼器測得的料車實際速度方向，判斷料車運行方向是否錯誤，從而起到保護(hù)作用。啟動完后料車具有慣性，形成反向的可能性很小，但反向保護(hù)也是全程的。(3）低速檢查。當(dāng)主令控制器的K2閉合時（圖3）,PLC根據(jù)編碼器測得的料車實際速度，檢查變頻器是否已減速。若否，立即停止變頻輸出，抱閘制動；若是，繼續(xù)運行。3.對于變頻器自身故障由PLC通過Profibus網(wǎng)采集，當(dāng)故障發(fā)生時，立即關(guān)閉機械抱閘，以防止料車下滑。4.變頻器X9端子7/9輸出變頻準(zhǔn)備好接點信號，有故障時斷開輸入接觸器KM1，切斷變頻器電源。四、解決方法中的問題1電機運行電流過考慮到冶金系統(tǒng)的設(shè)計特點，變頻器選配160kW，電機選配110kW。由于冶煉強度增加使每車料加重，電機運行電流過大，發(fā)熱嚴(yán)重，后改為132kW電機，才滿足生產(chǎn)要求。由于加/減速時有再生能量，故選配制動單元和制動電阻。2．調(diào)整料車速度由于機械減速箱傳動比偏小，調(diào)試初期高速時50Hz運行，料車速度太快，在做料車高速急停試驗時，鋼絲繩松弛致使料車出軌，故高速時改為45Hz，把第一次減速時主令控制點推后，但保證每車上料時間40s。3驅(qū)動電機力學(xué)性能當(dāng)變頻器收到正轉(zhuǎn)(或反轉(zhuǎn))指令后，為防止變頻器低頻啟動力矩偏小，不足以克服裝料重車而下滑。變頻器通過狀態(tài)字將電機力矩反饋到上位機PLC。當(dāng)電機力矩達(dá)設(shè)定值時（力矩值設(shè)定按最重料車啟動時不下滑為準(zhǔn)），且經(jīng)過0.5s延時后，PLC才打開抱閘。在低速段，電機處于爬行狀態(tài)，當(dāng)PLC檢測到終點信號時，發(fā)出停車命令，變頻器封鎖輸出執(zhí)行停止，同時關(guān)閉抱閘。如此控制抱閘既防止變頻器過流，又防止料車下滑。五、電氣部分未出故障以上述方案改造的韶鋼