Řízení rychlosti s oslabením pole v systému pohonu jeřábu: Principy a implementace

Řízení rychlosti zeslabení pole pohonu jeřábu se často používá u zdvihacích mechanismů ke zlepšení provozní účinnosti. Základní myšlenka je jednoduchá: motor běží nejvyšší rychlostí v režimu bez zatížení, jmenovitou rychlostí při velkém zatížení a pomocí vypočítané křivky zeslabení pole určuje správnou rychlost pro zatížení mezi velkým zatížením a stavem bez zatížení.

U pohonů kladkostrojů mostových a portálových jeřábů to pomáhá zvýšit rychlost zdvihu v podmínkách bez zatížení nebo s nízkým zatížením, zkrátit dobu zdvihu, zkrátit pracovní cyklus a zlepšit produktivitu zařízení.

Některé speciální aplikace musí dodržovat vlastní konstrukční údaje. Například u portálového jeřábu pro stavbu lodí, pokud jsou rychlosti bez zatížení, při polovičním zatížení a při plném zatížení 3, 6 a 9 m/min a poměr zeslabení pole motoru nemůže dosáhnout trojnásobku jmenovitých otáček, mohou být provozní otáčky při plném zatížení nižší než jmenovité otáčky.

V následující diskusi jsou jako příklady použity jeřáby na kontejnerových přístavech a vykladače lodí, protože oba mají vysoké požadavky na účinnost. Zatížení zdvihacího mechanismu nedosahuje jmenovitého zatížení v každém cyklu. U jeřábu na kontejnerových přístavech se hmotnost kontejneru obvykle pohybuje mezi 3 a 40 tunami, v závislosti na zboží uvnitř kontejneru. Pokud je náklad těžký, je rychlost zvedání nižší. Pokud je náklad lehký, lze rychlost zvedání zvýšit, čímž se zkrátí doba cyklu ze strany zařízení.

Provozní podmínky vykládače lodí jsou relativně jednodušší. Během fáze plného vykládání je vykládací mechanismus obvykle blízko plnému zatížení. Když se drapák otevře, mechanismus je pod malým zatížením, takže systém potřebuje hlavně rozsahy vysokých a nízkých otáček. Během fáze čištění se hmotnost uchopeného materiálu pokaždé značně liší. V tomto stavu může provoz s nízkým zatížením a vysokou rychlostí výrazně zkrátit pracovní cyklus.

Princip regulace otáček s odbuzováním

Jak je znázorněno na obr. 1-1, plná čára představuje vztah mezi otáčkami a výkonem, zatímco přerušovaná čára představuje vztah mezi otáčkami a výstupním točivým momentem.

Když motor zrychluje z nulové rychlosti na jmenovité otáčky n_N, výstupní výkon motoru je úměrný rychlosti, zatímco výstupní točivý moment zůstává na jmenovité hodnotě. Tento rozsah se nazývá charakteristický rozsah konstantního točivého momentu.

Když motor běží od jmenovitých otáček n_N do maximálních otáček n_max, výstupní výkon motoru zůstává při jmenovitém výkonu konstantní, zatímco výstupní točivý moment je nepřímo úměrný otáčkám. Tento rozsah se nazývá charakteristický rozsah konstantního výkonu.

Křivky S1, S3-60%, S3-40% a S3-25% na Obr. 1-1 se vztahují k výkonu motoru a jsou zobrazeny pouze jako příklady.

Když zátěž dosáhne jmenovité hodnoty, motor běží pod jmenovitou rychlostí a zůstává v rozsahu konstantního momentu. Výstupní moment může zůstat konstantní, zatímco výstupní výkon závisí na otáčkách motoru.

Pokud je zátěž nižší než jmenovitá zátěž, motor se může dostat do rozsahu odbuzování a běžet nad jmenovitými otáčkami. V tomto rozsahu konstantního výkonu zůstává výstupní výkon konstantní a výstupní točivý moment se snižuje s rostoucími otáčkami motoru.

Při konstrukčních pracích je třeba pečlivě zvážit charakteristiku mezního napětí a mechanické omezení otáček. Skutečný provoz by se měl od těchto limitů rozumně lišit.

Křivka zeslabení pole a detekce hmotnosti zátěže

Křivku zeslabení pole lze vypočítat z mechanického výkonu a obvykle ji poskytuje výrobce originálního vybavení (OEM). Jakmile je křivka zeslabení pole k dispozici, lze ji v řídicím programu nakonfigurovat s určitou rezervou, například 5%.

Předpokladem regulace rychlosti v závislosti na zatížení je přesná detekce hmotnosti zátěže. V praxi je detekce zátěže často jedním z obtížných bodů.

Metoda 1: Detekce zatížení pomocí váhového senzoru

Během zrychlení zvedání vypočítává program PLC hmotnost břemene z analogového výstupu váhového senzoru. Poté vypočítává referenční otáčky motoru z hmotnosti břemene a křivky zeslabení pole a odesílá referenci do měniče, takže motor běží vypočítanou rychlostí.

Data z váhových senzorů se však mohou lišit a je obtížné zaručit přesnost měření. To vytváří vysoké riziko. Pokud je vypočítaná rychlost zeslabení pole nepřesná, může být rychlost příliš vysoká a výstupní točivý moment motoru kladkostroje může být nedostatečný. To může vést ke ztrátě kontroly nad vozidlem, například k překročení rychlosti.

Metoda 2: Odhad zatížení pomocí proudu motoru

Pro řešení problému s přesností váhových senzorů lze do programu PLC implementovat běžnou metodu odhadu zatížení. Proud motoru kladkostroje lze použít k výpočtu hmotnosti břemene. Při ustáleném provozu motoru je výstupní točivý moment motoru úměrný hmotnosti břemene a proud motoru je přibližně úměrný výstupnímu točivému momentu. Proud motoru lze proto použít k odhadu hmotnosti břemene.

Jak je znázorněno na obr. 1-2, během akcelerace se výstupní moment motoru skládá ze čtyř částí a M_LOAD je úměrný zatížení.

Poměrný koeficient K mezi proudem motoru A a zátěží T musí být stanoven skutečným měřením během uvedení do provozu:

T = K x A

Metoda měření je následující:

• Zvedněte známou zátěž T_LOAD, dokud nebude zavěšena nad zemí, a poté ji zrychlete z klidového stavu na základní rychlost nebo jmenovitou rychlost.
• Získejte proud motoru A. Vzorkování proudu musí být provedeno během fáze zrychlování, protože rychlost zeslabování pole musí být vypočítána z hmotnosti zátěže během zrychlování. Pro zlepšení přesnosti dat se doporučuje vzorkování uprostřed zrychlování. Například pokud je doba zrychlení z nuly na základní rychlost 3 sekundy, vzorkování může začít po 1,5 sekundě provozu. Vzorkujte jednou každých 100 ms, shromážděte celkem 5 vzorků a použijte průměr z 5 vzorků jako proud motoru A_M.
• Vypočítejte K: K = T_LOAD / A_M
• Během skutečného provozu odečtěte hodnotu proudu A stejnou metodou. Poté vypočítejte hmotnost zátěže pomocí T = K x A a výsledek zkombinujte s křivkou zeslabení pole pro výpočet rychlosti zeslabení pole motoru.

Důležité body:

• Z bezpečnostních důvodů, pokud selže odběr proudu nebo je výsledek odběru nejistý, by měl být motor povolen pouze při jmenovitých otáčkách.
• Rychlost zeslabení pole vypočítaná během zvedání může být také použita jako reference pro spouštění.
• Po skončení každého pracovního cyklu by se otáčky zeslabení pole měly resetovat na jmenovité otáčky. Referenční otáčky by se měly aktualizovat až po přepočtu platných otáček zeslabení pole.

Poznámky k implementaci a modernizaci od společnosti Siemens

Rané systémy Siemens používaly technologické desky, jako například T300, které integrovaly funkci regulace otáček s odbuzováním. Uživatelé potřebovali pouze jednoduchý vývoj aplikace a pečlivé uvedení do provozu před použitím. T300 byla instalována vedle desky CUVC v elektronické skříni Masterdrive 6SE70 a do T300 byla vložena paměť EPROM, takže program byl uložen v EPROM.

S novějším pohonným systémem SINAMICS vyvinula společnost Siemens softwarový balíček SIMOCRANE pro řízení jeřábů na platformě SIMOTION. Obsahoval programy pro jeřábovou techniku, jako je například regulace otáček s odbuzováním. S postupným vyřazováním systému SIMOTION byl SIMOCRANE převeden na hardwarovou platformu CU320 a stále podporuje regulaci otáček s odbuzováním.

Projekty modernizace vyžadují zvláštní pozornost. Jeřáb T300 nelze použít v systému SINAMICS, takže jeho funkce musí být migrovány do PLC, CU320 nebo jiné platformy. V opačném případě lze jeřáb s funkcí zeslabení pole upravit na jeřáb s pouze dvěma rychlostmi: vysokou a nízkou rychlostí.

Poté, co je pochopen princip funkce a metoda implementace, se projektový tým může rozhodnout, zda funkci vyvine samostatně, nebo zakoupí pokročilý softwarový balík. Pro inženýrské aplikace je důležité nejen vědět, co funkce dělá, ale také pochopit, proč funguje.

Cindy

WhatsApp: +86 191 3738 6654

E-mailem: cindywang@hndfcrane.com

Jsem Cindy, mám 10 let pracovních zkušeností v odvětví jeřábů a nashromáždila jsem bohaté odborné znalosti. Vybral jsem uspokojivé jeřáby pro více než 500 zákazníků. Pokud máte nějaké potřeby nebo dotazy ohledně jeřábů, neváhejte mě kontaktovat, využiji své odborné znalosti a praktické zkušenosti, abych vám pomohl problém vyřešit!