安川變頻器的應用第9講 安川A1000變頻器在大型高效起重機中的應用

安川變頻器的應用第9講 安川A1000變頻器在大型高效起重機中的應用

浙江工商職業技術學院 李方園

在大型起重機中，電機調速系統要求控制功率大、調速范圍寬、故障維修快，安川A1000變頻器正好符合這些要求，結合西門子的分布式I/O控制系統，可以構成高效性、安全性更高的控制系統。

安川變頻器；ET200分布式I/O；高效起重機

1 概述

物料搬運成了人類生產活動的重要組成部分，距今已有五千多年的發展歷史。隨著生產規模的擴大，自動化程度的提高，作為物料搬運重要設備的起重機在現代化生產過程中應用越來越廣，作用愈來愈大，對起重機的要求也越來越高。

起重機的更新和發展，在很大程度上取決于電氣傳動與控制的改進。將機械技術和電子技術相結合，將先進的計算機技術、微電子技術、電力電子技術、光纜技術、液壓技術、模糊控制技術應用到機械的驅動和控制系統，實現起重機的自動化和智能化。大型高效起重機的新一代電氣控制裝置已發展為全電子數字化控制系統。主要由全數字化控制驅動裝置、可編程控制器、故障診斷及數據管理系統、數字化操縱給定檢測等設備組成。

本文主要介紹安川A1000變頻器與西門子S7-300 PLC在大型高效起重機中的應用。

2 大型高效起重機的電氣系統設計

大型高效起重機電氣系統的控制包括：大車的左、右行及速度檔；小車的前、后行及速度檔；吊鉤的升、降及速度檔等。圖1所示為主要的硬件接線圖。起重機的控制器采用西門子S7-300 CPU315-2DP，通過PROFIBUS-DP現場總線，既將電氣房I/O和司機室I/O連接起來，也將3臺安川A1000（即起升/1#大車變頻器、2#大車變頻器和小車變頻器）連起來。

圖1 大型高效起重機的硬件接線示意

在實際系統應用中，西門子S7-300 PLC根據手柄編碼器的碼值變化，利用PLC特有的曲線功能，根據不同的工況作出不同的輸出曲線，向變頻器提供初級速度給定信號，并根據變頻器反饋的力矩、電流信號，結合轉動慣量、負載轉矩、速度反饋、加速時間等在PLC內部進行運算，配合手柄信號、保護信號，向變頻器提供最終的給定信號，并不斷根據變頻器的反饋信號進行精確的閉環調整，使變頻器能在PLC的精確控制下線性地運行于恒功率狀態，提高生產效率。同時S7-300 PLC實時根據變頻器反饋的信息監控變頻器及周邊元件的運行狀態，對任何影響設備安全的微小的異常（如速度反饋、電壓、電流、力矩、編碼器、通訊、運行精度的異常）及時檢出，以保證設備的安全穩定運行。

由于安川A1000變頻器需要配置SI-P3通訊卡，采用與西門子PLC進行PROFIBUS-DP進行通訊。

3 安川A1000變頻器的閉環矢量控制

閉環矢量控制方式，主要用于高精度的速度控制、轉矩控制、簡單伺服控制等對控制性能要求嚴格的使用場合。在該方式下采用的速度傳感器一般是旋轉編碼器，并安裝在被控電動機的軸端。閉環矢量控制方式的變頻調速是一種理想的控制方式，它有許多優點，比如可以從零轉速起進行速度控制，即使低速亦能運行，因此調速范圍很寬廣，可達1000:1；可以對轉矩實行精確控制；系統的動態響應速度甚快；電動機的加速度特性很好等優點。因此，在大型高效起重機采用閉環矢量控制不失為一種好辦法。

在圖1所示的起重機控制系統中，安川A1000變頻器進行閉環矢量控制一般應遵循如下步驟：

（1）上電前檢查變頻器接線是否正確，編碼器接線是否對應。

（2）確認電機是否脫離減速機，做電機自學習功能，選擇控制模式A1-02=3（帶PG矢量控制），進入變頻器菜單模式后顯示：T1-01=0（旋轉型自學習），T1-02~T1-08按電機參數和編碼器參數進行設置。

自學習結束后變頻器顯示自學習完畢?？梢钥吹紼2（電機1的設定參數）電機參數和以前有變化，說明自學習成功。

（3）自學習結束后，接上負載運行變頻器看U1-01（頻率指令）與U1-02（輸出頻率）是否正常，包括電機方向信號。

（4）起重機變頻器通常情況下為速度控制（即d5-01=0時），確認正反轉是否正常。同時注意監視參數U1各參數是否正常。如果速度控制時不正常，檢查編碼器和相關參數設置是否正確。

（5）為確保1#大車和2#大車同步運行，可以建議2#大車為轉矩控制（即d5-01=1時），設定端子A1功能選擇為轉矩指令/速度限制時轉矩極限（H3-06=13時）。

如果出現電機只有正轉無反轉，反轉時無信號反饋不正常（U1-02不等于U1-01），此時可以將電機轉矩極性取反。具體做法：①將參數外部轉矩指令的極性反轉指令（H1-07=78時）；②變頻器多段速接線S2、S7，短接后引出一根線接開關，SC引出一根線接開關另一端，當變頻器正轉運行時開關斷開，當變頻器需要反轉時開關閉合。變頻器運行時可以監視參數U1-09轉矩指令是否在正常范圍。

表1 所示為起升/1#大車變頻A1000的參數列表。

表1 起升/1#大車變頻A1000的參數

4 高效起重機電控系統分布式I/O的設置

組建高效起重機的自動化系統時，通常需要將過程的輸入和輸出集中集成到該自動化系統中。如果輸入和輸出遠離可編程控制器，將需要鋪設很長的電纜，對于移動式的起重設備來說尤其不易實現，并且可能因為電磁干擾而使得可靠性降低。分布式 I/O設備（這里采用ET200M）便是起重機系統的理想解決方案，即控制 CPU （西門子S7-300）位于中央位置，而I/O 設備（輸入和輸出）在不同的地方分布式運行（此處有電氣房和司機室），同時通過功能強大的 PROFIBUS-DP 的高速數據傳輸能力，可以確保控制 CPU 和 I/O 設備穩定順暢地進行通訊。

ET 200M電氣接線按照圖2所示進行。

圖2 ET 200M 電氣接線

如果該ET200M為唯一的一個分布式I/O，或者最后一個分布式I/O，必須打開連接器上的終端電阻。如圖3所示，啟動SIMATIC管理器，然后建立一個帶有DP主站的新項目，除了OB1之外，還為項目創建OB82。接著從硬件目錄中插入PROFIBUS-DP上的 IM 153-2，并設置 IM 153-2上的 PROFIBUS地址為 3，最后將各個模塊從硬件目錄拖放到組態表上。

Application of Yaskawa A1000 Inverter in the Large-scale Efficient Crane

In the large cranes, the motor speed control system requires big power, wide speed range, and fast maintenance. The Yaskawa A1000 drive meets these requirements and can constitute the efficient and more secure control system with the help of Siemens Distributed I/O control system.

Yaskawa inverter; ET200 Distributed I/O; Efficient Crane