16噸行車卷揚變頻技術改造

摘 要：通過介紹ACS800變頻器與西門子S7-200PLC在軋鋼廠成品跨行車卷揚上改造上的成功應用案例，對變頻控制柜設計及變頻器關鍵參數設置、主要電氣元件選擇、制動參數計算和PLC部分程序進行了充分說明。

關鍵詞：卷揚 變頻器 PLC 制動

中圖分類號：U463 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）01（a）-0120-01

1 變頻控制柜設計

變頻柜組成：變頻柜由電源進線空開、接觸器、變頻器、輸出電抗器、制動電阻、可編程控制器PLC、中間繼電器和儀表等通過電氣連接組成。

變頻器容量計算：P>=K1KPm/ηcosφ

式中：cosφ為電動機功率因數，約0.75；

η為電動機的效率，約0.85；

K為電流波形的修正系數，PWM方式取1.05～1.10；

Pm為負載所需要的電機軸輸出功率，kW；

K1為容量補償系數，取1.1～1.2；

P為所需變頻器的容量，kV·A；

卷揚電機型號為YZR225M1—6，37 kW，根據公式計算可得變頻器容量為70 kV·A。

變頻器選型。

選用ABB公司的ACS800系列變頻器，變頻器型號：ACS800-04-0070-3+D150+P901，帶直接轉矩控制DTC。

輸入：上升、下降、速度編碼1檔、速度編碼2檔、速度編碼3檔、復位。

輸出：抱閘、故障、輸出電壓、輸出電流。

PLC選型。

輸入點11點：上升、下降、速度1檔、速度2檔、速度3檔、速度4檔、凸輪控制器零位、故障復位、上升限位、變頻器故障、主電源接通。

輸出點7點：上升、下降、速度編碼1檔、速度編碼2檔、速度編碼3檔、主接觸器吸合、故障復位。

出于性價比的考慮，選用S7-200系列CPU224可編程控制器，14點輸入，10點輸出，已能滿足要求。

電源進線空開選擇：為了避免斷路器的非正常跳閘，斷路器的容量選用變頻器額定電流的1.3倍，電磁脫扣整定值為斷路器額定值的5倍，以便在過電流或短路事故時自動切斷電源。

進線接觸器選擇：容量按變頻器額定電流選用，選170 A。

輸出電抗器選擇：選用與電機額定電流相等（72 A），電感量為0.059 mH的輸出電抗器。

中間繼電器選擇：選用OMRON的微型繼電器MY4NJ—DC24V。

2 變頻器設置

關鍵參數設置。

電機額定電壓380 V；電機額定電流71.9 A；電機額定頻率50 Hz；電機額定轉速37 kW。

直接轉矩控制DTC；識別時，應解開負載，只帶電機進行優化識別。

1檔的恒速值700 r/rpm；2檔的恒速值750 r/rpm；3檔的恒速值850 r/rpm；4檔的恒速值950 r/rpm。

恒定速度的選擇和取值DI3，4，5；速度1檔，速度2檔，速度3檔，速度4檔。

選擇直流勵磁功能=（起動轉矩大）CNST/DC/MAIN，3；電機啟動時預勵磁時間500 ms。

加速時間（從0速到給定最大速度）0.65 s；減速時間（從給定最大速度到0速）1.2 s。

速度控制的比例增量31。速度控制的積分時間0.2 s。

加速時間（從0轉矩到給定最大轉矩） 1.0 s。減速時間（從給定最大轉矩到0轉矩） 1.4 s。

制動電阻的電阻值80 hm；定義電阻器的熱時間常數60 s；最大連續制動功率值50 kW。

直流電壓>極限電壓且電機給變頻器供電時工作AS GENERATOR。

制動器打開的延時時間0.1 s；制動器閉合的延時時間0.2 s。

定義制動器開始閉合時的速度值設定450 rpm。

電機制動器釋放點上的起動轉矩160%；停止時電機保持勵磁重起時間55 s。

3 制動參數計算

3.1 制動電壓選擇

制動單元的電壓選擇范圍從630 V到800 V都有進口變頻器的參數選擇可以適應于不同電壓范圍，在國內使用時，必須按國內的電網特點進行選擇。

（1）制動電壓必須足夠高，不能因為電網電壓升高喊而使制動單元誤動作。

（2）制動電壓應該足夠低，盡量使變頻器工作在額定電壓附近，對設備安全運行有最大保證。

3.2 制動力矩計算

要有足夠的制動力矩才能產生需要的制動效果，制動力矩太小，變頻器仍然會過壓跳閘。制動力矩越大，制動能力越強，制動性能越好。但是制動力矩要求越大，設備投資也會越大。制動力矩精確計算困難，一般進行估算就能滿足工程要求。按100%制動力矩設計，可以滿足90%以上的負載。對電梯、提升機、吊車，按100%；開卷和卷起設備，120%計算。

3.3 制動電流計算

I=P（制動電流安培數）=電機千瓦數。

即每千瓦電動機需要1 A制動電流就可以有100%制動力矩。

3.4 制動電阻計算和選擇

制動電阻R=700（制動電壓）/P（電機功率）

電阻功率Q=電動機功率P×制動頻度Kc

3.5 制動單元安全極限

流過制動單元的電流值為700/R，這個電流不可以大于制動單元允許的最大電流。

綜合計算，制動電阻最終選用8 Ω，50 kW。

4 PLC部分程序功能

主鉤上升/正反速度1程序：

LD 主鉤上升輸入：I0.0

A 正反轉速度1：I0.2

LD 主令零位：I1.0

O 上限位：I1.2

NOT

LPS

A M21.0；正轉上升命令觸發中間變量M21.0。

= M21.0

LPP

ALD

O M21.0

= M21.0

= M10.0

TOF T33， 2；T33，從上升到零位時，延時20MS時間作為下降沿用。

TON T35， 12；上升切換下降或下降切換上升時延時120MS復位對方置位信號。

主鉤上升到零位時切換延時程序：

LD 主令零位：I1.0

A T33

ED

TOF T37， 200；T37定時器中的時間必與變頻器說明書中42.09參數時間相對應，時間不應用超過45S-60S。

S M20.1， 2

5 結語

16 t行車卷揚變頻改造后，系統可靠性大大提高了，而且滿足了生產快節奏的要求。運行以來，故障率明顯降低，電機壽命得到了顯著延長。實踐證明改造是成功的，值得進一步推廣。

參考文獻

[1]張建平，陳舜乾.變頻調速系統在50/10t橋式起重機上的應用[J].設備管理與維修，2006（4）：24.

[2]牛廣君.PLC、定子調壓裝置及變頻器在行車上的應用[J].科技資訊，2011（28）.