Feltdæmpende hastighedskontrol i krandrevsystem: Principper og implementering

Hastighedskontrol af feltsvækningskurve for krandrev bruges ofte i hejsemekanismer for at forbedre driftseffektiviteten. Grundideen er enkel: Motoren kører med den højeste hastighed under tomgang, kører med nominel hastighed under tung belastning og bruger en beregnet feltsvækningskurve til at bestemme den korrekte hastighed for belastninger mellem tung belastning og ingen belastning.

For hejsedrev til traverskraner og portalkraner hjælper dette med at øge løftehastigheden under ubelastede eller lette belastningsforhold, reducere hejsetiden, forkorte arbejdscyklussen og forbedre udstyrets produktivitet.

Nogle specialapplikationer skal følge deres egne designdata. For eksempel på en portalkran til skibsbygning, hvis hastighederne uden belastning, halv belastning og fuld belastning er henholdsvis 3, 6 og 9 m/min, og motorens feltsvækkelsesforhold ikke kan nå tre gange den nominelle hastighed, kan driftshastigheden ved fuld belastning være lavere end den nominelle hastighed.

Den følgende diskussion bruger containerkajkraner og skibslossere som eksempler, fordi begge har høje effektivitetskrav. Belastningen af en hejsemekanisme når ikke den nominelle belastning i hver cyklus. For en containerkajkran er containervægten normalt mellem 3 og 40 tons, afhængigt af varerne inde i containeren. Når lasten er tung, er løftehastigheden lavere. Når lasten er let, kan løftehastigheden øges, hvilket reducerer cyklustiden fra udstyrssiden.

Driftsforholdene for en skibslosser er relativt enklere. Under fuldlugefasen er grabben normalt tæt på fuld last. Når grabben åbner, er mekanismen let belastet, så systemet har primært brug for høje og lave hastighedsområder. Under oprydningsfasen varierer vægten af det materiale, der gribes, meget hver gang. Under denne tilstand kan let belastning og høj hastighed forkorte arbejdscyklussen betydeligt.

Princippet for feltdæmpende hastighedskontrol

Som vist i figur 1-1 repræsenterer den fuldt optrukne linje forholdet mellem hastighed og effekt, mens den stiplede linje repræsenterer forholdet mellem hastighed og udgangsmoment.

Når motoren accelererer fra nulhastighed til nominel hastighed n_N, er motorens udgangseffekt proportional med hastigheden, mens udgangsmomentet forbliver ved det nominelle moment. Dette område kaldes området for konstant momentkarakteristik.

Når motoren kører fra nominel hastighed n_N til maksimal hastighed n_max, forbliver motorens udgangseffekt konstant ved nominel effekt, mens udgangsmomentet er omvendt proportionalt med hastigheden. Dette område kaldes karakteristikområdet for konstant effekt.

Kurverne S1, S3-60%, S3-40% og S3-25% i figur 1-1 er relateret til motorens ydeevne og er kun vist som eksempler.

Når belastningen når den nominelle belastning, kører motoren under den nominelle hastighed og forbliver i området med konstant moment. Udgangsmomentet kan forblive konstant, mens udgangseffekten afhænger af motorhastigheden.

Når belastningen er under den nominelle belastning, kan motoren komme ind i feltsvækningsområdet og køre over den nominelle hastighed. I dette område med konstant effekt forbliver udgangseffekten konstant, og udgangsmomentet falder, når motorhastigheden stiger.

I designarbejdet bør spændingsgrænsens karakteristikkurve og den mekaniske hastighedsgrænse tages nøje i betragtning. Den faktiske drift bør holde en rimelig margin fra disse grænser.

Feltsvækkelseskurve og lastvægtdetektion

Feltsvækningskurven kan beregnes ud fra den mekaniske ydeevne og leveres normalt af OEM'en. Når feltsvækningskurven er tilgængelig, kan den konfigureres i styreprogrammet med en vis margin, f.eks. 5%.

Præmissen for lastafhængig hastighedsregulering er nøjagtig lastvægtdetektion. I praksis er lastdetektion ofte et af de vanskelige punkter.

Metode 1: Belastningsdetektion med vejesensor

Under hejseacceleration beregner PLC-programmet lastvægten fra den analoge udgang fra vejesensoren. Derefter beregner det motorhastighedsreferencen ud fra lastvægten og feltsvækkelseskurven og sender referencen til omformeren, så motoren kører med den beregnede hastighed.

Vejesensordata kan dog afvige, og det er vanskeligt at garantere målenøjagtigheden. Dette skaber en høj risiko. Hvis den beregnede feltsvækningshastighed er unøjagtig, kan hastigheden være for høj, og hejsemotorens udgangsmoment kan være utilstrækkeligt. Dette kan føre til en ulykke med tab af kontrol, såsom overhastighed.

Metode 2: Belastningsestimering ved hjælp af motorstrøm

For at løse nøjagtighedsproblemet med vejesensorer kan en fælles belastningsestimeringsmetode implementeres i PLC-programmet. Hejsemotorstrømmen kan bruges til at beregne lastens vægt. Ved konstant motordrift er motorens udgangsmoment proportionalt med lastens vægt, og motorstrømmen er omtrent proportional med udgangsmomentet. Derfor kan motorstrømmen bruges til at estimere lastens vægt.

Som vist i figur 1-2 omfatter motorens udgangsmoment fire dele under acceleration, og M_LOAD er proportional med belastningen.

Proportionskoefficienten K mellem motorstrømmen A og belastningen T skal bestemmes ved faktisk måling under idriftsættelsen:

T = K x A

Målemetoden er som følger:

• Løft en kendt last T_LOAD, indtil den hænger over jorden, og accelerer den derefter fra stilstand til basishastighed eller nominel hastighed.
• Bestem motorstrømmen A. Strømprøvetagning skal udføres under accelerationsfasen, da feltsvækkelseshastigheden skal beregnes ud fra lastvægten under acceleration. For at forbedre datanøjagtigheden anbefales prøvetagning midt i accelerationen. Hvis accelerationstiden fra nul til basishastighed f.eks. er 3 sekunder, kan prøvetagningen starte efter 1,5 sekunders drift. Prøvetagningen skal udføres hver 100 ms, i alt 5 prøver skal indsamles, og gennemsnittet af de 5 prøver skal bruges som motorstrømmen A_M.
• Beregn K: K = T_LOAD / A_M
• Under den faktiske drift aflæses strømværdien A ved hjælp af samme metode. Beregn derefter lastvægten ved T = K x A, og kombiner resultatet med feltsvækningskurven for at beregne motorens feltsvækningshastighed.

Vigtige punkter:

• Af sikkerhedsmæssige årsager bør motoren kun køre ved nominel hastighed, hvis strømprøvetagningen fejler, eller prøvetagningsresultatet er usikkert.
• Feltsvækkelseshastigheden beregnet under hejsning kan også bruges som reference for sænkning.
• Efter hver arbejdscyklus skal feltsvækningshastigheden nulstilles til nominel hastighed. Hastighedsreferencen bør kun opdateres, når en gyldig feltsvækningshastighed er genberegnet.

Siemens implementerings- og eftermonteringsnoter

Tidlige Siemens-systemer brugte teknologikort som T300, der integrerede feltsvækkende hastighedskontrolfunktion. Brugerne behøvede kun simpel applikationsudvikling og omhyggelig idriftsættelse på stedet før brug. T300 blev installeret ved siden af CUVC-kortet i Masterdrive 6SE70 elektronikboksen, og en EPROM blev indsat i T300, så programmet blev gemt i EPROM'en.

Med det nyere SINAMICS-drevsystem udviklede Siemens SIMOCRANE-kranstyringssoftwarepakken på SIMOTION-platformen. Den omfattede kranteknologiprogrammer såsom feltsvækkende hastighedsstyring. Da SIMOTION blev udfaset, blev SIMOCRANE overført til CU320-hardwareplatformen og understøtter stadig feltsvækkende hastighedsstyring.

Eftermonteringsprojekter kræver særlig opmærksomhed. T300 kan ikke bruges i et SINAMICS-system, så dens funktioner skal migreres til en PLC, CU320 eller en anden platform. Ellers kan en kran med feltsvækkelsefunktion modificeres til en kran med kun to hastigheder: høj hastighed og lav hastighed.

Når funktionsprincippet og implementeringsmetoden er forstået, kan projektgruppen beslutte, om funktionen skal udvikles selvstændigt eller købes en moden softwarepakke. Til tekniske applikationer er det vigtigt ikke kun at vide, hvad funktionen gør, men også at forstå, hvorfor den virker.

Cindy

WhatsApp: +86 191 3738 6654

E-mail: cindywang@hndfcrane.com

Jeg er Cindy, med 10 års erhvervserfaring i kranindustrien og oparbejdet et væld af faglig viden. Jeg har valgt de tilfredsstillende kraner til 500+ kunder. Hvis du har behov eller spørgsmål til kraner, er du velkommen til at kontakte mig, jeg vil bruge min ekspertise og praktiske erfaring til at hjælpe dig med at løse problemet!