Έλεγχος ταχύτητας εξασθένησης πεδίου σε σύστημα κίνησης γερανού: Αρχές και εφαρμογή

Ο έλεγχος ταχύτητας εξασθένησης πεδίου κίνησης γερανού χρησιμοποιείται συχνά σε μηχανισμούς ανύψωσης για τη βελτίωση της λειτουργικής απόδοσης. Η βασική ιδέα είναι απλή: ο κινητήρας λειτουργεί με την υψηλότερη ταχύτητα υπό συνθήκες χωρίς φορτίο, λειτουργεί με ονομαστική ταχύτητα υπό βαρύ φορτίο και χρησιμοποιεί μια υπολογισμένη καμπύλη εξασθένησης πεδίου για να προσδιορίσει την κατάλληλη ταχύτητα για φορτία μεταξύ βαρέος φορτίου και χωρίς φορτίο.

Για τις κινήσεις ανύψωσης γερανογεφυρών και γερανογεφυρών, αυτό βοηθά στην αύξηση της ταχύτητας ανύψωσης υπό συνθήκες άνευ φορτίου ή ελαφρού φορτίου, στη μείωση του χρόνου ανύψωσης, στη συντόμευση του κύκλου εργασίας και στη βελτίωση της παραγωγικότητας του εξοπλισμού.

Ορισμένες ειδικές εφαρμογές πρέπει να ακολουθούν τα δικά τους δεδομένα σχεδιασμού. Για παράδειγμα, σε μια γερανογέφυρα ναυπηγικής, εάν οι ταχύτητες χωρίς φορτίο, μισού φορτίου και πλήρους φορτίου είναι 3, 6 και 9 m/min αντίστοιχα και ο λόγος εξασθένησης του πεδίου του κινητήρα δεν μπορεί να φτάσει το τριπλάσιο της ονομαστικής ταχύτητας, η ταχύτητα λειτουργίας πλήρους φορτίου μπορεί να είναι χαμηλότερη από την ονομαστική ταχύτητα.

Η ακόλουθη συζήτηση χρησιμοποιεί ως παραδείγματα γερανούς αποβάθρας εμπορευματοκιβωτίων και εκφορτωτές πλοίων, επειδή και οι δύο έχουν υψηλές απαιτήσεις απόδοσης. Το φορτίο ενός μηχανισμού ανύψωσης δεν φτάνει το ονομαστικό φορτίο σε κάθε κύκλο. Για έναν γερανό αποβάθρας εμπορευματοκιβωτίων, το βάρος του εμπορευματοκιβωτίου είναι συνήθως μεταξύ 3 και 40 τόνων, ανάλογα με τα εμπορεύματα μέσα στο εμπορευματοκιβώτιο. Όταν το φορτίο είναι βαρύ, η ταχύτητα ανύψωσης είναι χαμηλότερη. Όταν το φορτίο είναι ελαφρύ, η ταχύτητα ανύψωσης μπορεί να αυξηθεί, μειώνοντας τον χρόνο του κύκλου από την πλευρά του εξοπλισμού.

Οι συνθήκες λειτουργίας ενός εκφορτωτήρα πλοίων είναι σχετικά απλούστερες. Κατά το στάδιο πλήρους εκφόρτωσης, η εκφόρτωση με αρπάγη είναι συνήθως κοντά στο πλήρες φορτίο. Όταν ανοίγει η αρπάγη, ο μηχανισμός βρίσκεται υπό ελαφρύ φορτίο, επομένως το σύστημα χρειάζεται κυρίως υψηλές και χαμηλές ταχύτητες. Κατά το στάδιο καθαρισμού, το βάρος του υλικού που συλλέγεται κάθε φορά ποικίλλει σημαντικά. Σε αυτές τις συνθήκες, η λειτουργία με ελαφρύ φορτίο υψηλής ταχύτητας μπορεί να μειώσει σημαντικά τον κύκλο εργασίας.

Αρχή ελέγχου ταχύτητας εξασθένησης πεδίου

Όπως φαίνεται στο Σχήμα 1-1, η συνεχής γραμμή αντιπροσωπεύει τη σχέση μεταξύ ταχύτητας και ισχύος, ενώ η διακεκομμένη γραμμή αντιπροσωπεύει τη σχέση μεταξύ ταχύτητας και ροπής εξόδου.

Όταν ο κινητήρας επιταχύνει από μηδενική ταχύτητα σε ονομαστική ταχύτητα n_N, η ισχύς εξόδου του κινητήρα είναι ανάλογη με την ταχύτητα, ενώ η ροπή εξόδου παραμένει στην ονομαστική ροπή. Αυτό το εύρος ονομάζεται χαρακτηριστικό εύρος σταθερής ροπής.

Όταν ο κινητήρας λειτουργεί από την ονομαστική ταχύτητα n_N έως τη μέγιστη ταχύτητα n_max, η ισχύς εξόδου του κινητήρα παραμένει σταθερή στην ονομαστική ισχύ, ενώ η ροπή εξόδου είναι αντιστρόφως ανάλογη της ταχύτητας. Αυτό το εύρος ονομάζεται εύρος χαρακτηριστικών σταθερής ισχύος.

Οι καμπύλες S1, S3-60%, S3-40% και S3-25% στο Σχήμα 1-1 σχετίζονται με την απόδοση του κινητήρα και εμφανίζονται μόνο ως παραδείγματα.

Όταν το φορτίο φτάσει στο ονομαστικό φορτίο, ο κινητήρας λειτουργεί κάτω από την ονομαστική ταχύτητα και παραμένει στο εύρος σταθερής ροπής. Η ροπή εξόδου μπορεί να παραμείνει σταθερή, ενώ η ισχύς εξόδου εξαρτάται από την ταχύτητα του κινητήρα.

Όταν το φορτίο είναι κάτω από το ονομαστικό φορτίο, ο κινητήρας μπορεί να εισέλθει στο εύρος εξασθένησης πεδίου και να λειτουργήσει πάνω από την ονομαστική ταχύτητα. Σε αυτό το εύρος σταθερής ισχύος, η ισχύς εξόδου παραμένει σταθερή και η ροπή εξόδου μειώνεται καθώς αυξάνεται η ταχύτητα του κινητήρα.

Κατά την εργασία σχεδιασμού, η χαρακτηριστική καμπύλη ορίου τάσης και το μηχανικό όριο ταχύτητας θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη προσεκτικά. Η πραγματική λειτουργία θα πρέπει να διατηρεί ένα λογικό περιθώριο από αυτά τα όρια.

Καμπύλη εξασθένησης πεδίου και ανίχνευση βάρους φορτίου

Η καμπύλη εξασθένησης πεδίου μπορεί να υπολογιστεί από τη μηχανική απόδοση και συνήθως παρέχεται από τον κατασκευαστή πρωτότυπου εξοπλισμού (OEM). Αφού η καμπύλη εξασθένησης πεδίου είναι διαθέσιμη, μπορεί να διαμορφωθεί στο πρόγραμμα ελέγχου με ένα συγκεκριμένο περιθώριο, όπως το 5%.

Η βασική αρχή του ελέγχου ταχύτητας που εξαρτάται από το φορτίο είναι η ακριβής ανίχνευση του βάρους του φορτίου. Στην πράξη, η ανίχνευση φορτίου είναι συχνά ένα από τα δύσκολα σημεία.

Μέθοδος 1: Ανίχνευση φορτίου με αισθητήρα ζύγισης

Κατά την επιτάχυνση ανύψωσης, το πρόγραμμα PLC υπολογίζει το βάρος φορτίου από την αναλογική έξοδο του αισθητήρα ζύγισης. Στη συνέχεια, υπολογίζει την αναφορά ταχύτητας κινητήρα από το βάρος φορτίου και την καμπύλη εξασθένησης πεδίου και στέλνει την αναφορά στον μετατροπέα, έτσι ώστε ο κινητήρας να λειτουργεί με την υπολογισμένη ταχύτητα.

Ωστόσο, τα δεδομένα του αισθητήρα ζύγισης ενδέχεται να αποκλίνουν και η ακρίβεια των μετρήσεων είναι δύσκολο να διασφαλιστεί. Αυτό δημιουργεί υψηλό κίνδυνο. Εάν η υπολογισμένη ταχύτητα εξασθένησης πεδίου είναι ανακριβής, η ταχύτητα μπορεί να είναι πολύ υψηλή, ενώ η ροπή εξόδου του κινητήρα ανύψωσης μπορεί να είναι ανεπαρκής. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε ατύχημα απώλειας ελέγχου, όπως υπερβολική ταχύτητα.

Μέθοδος 2: Εκτίμηση φορτίου με ρεύμα κινητήρα

Για την αντιμετώπιση του προβλήματος ακρίβειας των αισθητήρων ζύγισης, μπορεί να εφαρμοστεί μια κοινή μέθοδος εκτίμησης φορτίου στο πρόγραμμα PLC. Το ρεύμα του κινητήρα ανύψωσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό του βάρους του φορτίου. Σε σταθερή λειτουργία του κινητήρα, η ροπή εξόδου του κινητήρα είναι ανάλογη με το βάρος του φορτίου και το ρεύμα του κινητήρα είναι περίπου ανάλογο με τη ροπή εξόδου. Επομένως, το ρεύμα του κινητήρα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εκτίμηση του βάρους του φορτίου.

Όπως φαίνεται στο Σχήμα 1-2, κατά την επιτάχυνση, η ροπή εξόδου του κινητήρα περιλαμβάνει τέσσερα μέρη και το M_LOAD είναι ανάλογο με το φορτίο.

Ο αναλογικός συντελεστής K μεταξύ του ρεύματος κινητήρα A και του φορτίου T πρέπει να προσδιοριστεί με πραγματική μέτρηση κατά τη θέση σε λειτουργία:

Τ = Κ x Α

Η μέθοδος μέτρησης έχει ως εξής:

• Σηκώστε ένα γνωστό φορτίο T_LOAD μέχρι να αιωρηθεί πάνω από το έδαφος και, στη συνέχεια, επιταχύνετε το από στάση στη βασική ταχύτητα ή την ονομαστική ταχύτητα.
• Λήψη ρεύματος κινητήρα A. Η δειγματοληψία ρεύματος πρέπει να πραγματοποιείται κατά τη διάρκεια του σταδίου επιτάχυνσης, επειδή η ταχύτητα εξασθένησης πεδίου πρέπει να υπολογίζεται από το βάρος του φορτίου κατά την επιτάχυνση. Για τη βελτίωση της ακρίβειας των δεδομένων, συνιστάται η δειγματοληψία στη μέση της επιτάχυνσης. Για παράδειγμα, εάν ο χρόνος επιτάχυνσης από το μηδέν έως την βασική ταχύτητα είναι 3 δευτερόλεπτα, η δειγματοληψία μπορεί να ξεκινήσει μετά από 1,5 δευτερόλεπτα λειτουργίας. Λήψη δειγμάτων μία φορά κάθε 100 ms, συλλογή 5 δειγμάτων συνολικά και χρήση του μέσου όρου των 5 δειγμάτων ως ρεύμα κινητήρα A_M.
• Υπολογισμός K: K = T_LOAD / A_M
• Κατά την πραγματική λειτουργία, διαβάστε την τιμή ρεύματος A χρησιμοποιώντας την ίδια μέθοδο. Στη συνέχεια, υπολογίστε το βάρος φορτίου ως προς T = K x A και συνδυάστε το αποτέλεσμα με την καμπύλη εξασθένησης πεδίου για να υπολογίσετε την ταχύτητα εξασθένησης πεδίου του κινητήρα.

Σημαντικά σημεία:

• Για λόγους ασφαλείας, εάν η δειγματοληψία ρεύματος αποτύχει ή το αποτέλεσμα της δειγματοληψίας είναι αβέβαιο, ο κινητήρας θα πρέπει να λειτουργεί μόνο με την ονομαστική ταχύτητα.
• Η ταχύτητα εξασθένησης πεδίου που υπολογίζεται κατά την ανύψωση μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως αναφορά για την καθέλκυση.
• Μετά το τέλος κάθε κύκλου εργασίας, η ταχύτητα εξασθένησης πεδίου θα πρέπει να επαναφέρεται στην ονομαστική ταχύτητα. Η αναφορά ταχύτητας θα πρέπει να ενημερώνεται μόνο αφού υπολογιστεί εκ νέου μια έγκυρη ταχύτητα εξασθένησης πεδίου.

Σημειώσεις Εφαρμογής και Αναβάθμισης της Siemens

Τα πρώτα συστήματα της Siemens χρησιμοποιούσαν πλακέτες τεχνολογίας όπως η T300, οι οποίες ενσωμάτωναν τη λειτουργία ελέγχου ταχύτητας εξασθένησης πεδίου. Οι χρήστες χρειάζονταν μόνο κάποια απλή ανάπτυξη εφαρμογών και προσεκτική θέση σε λειτουργία επί τόπου πριν από τη χρήση. Η T300 εγκαθίστατο δίπλα στην πλακέτα CUVC στο ηλεκτρονικό κουτί Masterdrive 6SE70 και μια EPROM εισαγόταν στην T300, έτσι ώστε το πρόγραμμα να αποθηκεύεται στην EPROM.

Με το νεότερο σύστημα κίνησης SINAMICS, η Siemens ανέπτυξε το πακέτο λογισμικού ελέγχου γερανών SIMOCRANE στην πλατφόρμα SIMOTION. Περιλάμβανε προγράμματα τεχνολογίας γερανών, όπως έλεγχο ταχύτητας εξασθένησης πεδίου. Καθώς το SIMOTION καταργήθηκε σταδιακά, το SIMOCRANE μεταφέρθηκε στην πλατφόρμα υλικού CU320 και εξακολουθεί να υποστηρίζει τον έλεγχο ταχύτητας εξασθένησης πεδίου.

Τα έργα αναβάθμισης απαιτούν ιδιαίτερη προσοχή. Το T300 δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε σύστημα SINAMICS, επομένως οι λειτουργίες του πρέπει να μεταφερθούν σε PLC, CU320 ή άλλη πλατφόρμα. Διαφορετικά, ένας γερανός με λειτουργία εξασθένησης πεδίου μπορεί να τροποποιηθεί σε γερανό με μόνο δύο ταχύτητες: υψηλή ταχύτητα και χαμηλή ταχύτητα.

Αφού κατανοηθεί η αρχή της συνάρτησης και η μέθοδος υλοποίησης, η ομάδα του έργου μπορεί να αποφασίσει εάν θα αναπτύξει τη συνάρτηση ανεξάρτητα ή θα αγοράσει ένα ώριμο πακέτο λογισμικού. Για τις εφαρμογές μηχανικής, είναι σημαντικό όχι μόνο να γνωρίζουμε τι κάνει η συνάρτηση, αλλά και να κατανοήσουμε γιατί λειτουργεί.

Η Σίντι

WhatsApp: +86 191 3738 6654

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ: cindywang@hndfcrane.com

Είμαι η Cindy, με 10ετή εργασιακή εμπειρία στη βιομηχανία γερανών και συσσωρευμένη πληθώρα επαγγελματικών γνώσεων. Έχω επιλέξει τους ικανοποιητικούς γερανούς για 500+ πελάτες. Εάν έχετε οποιεσδήποτε ανάγκες ή ερωτήσεις σχετικά με τους γερανούς, μη διστάσετε να επικοινωνήσετε μαζί μου, θα χρησιμοποιήσω την τεχνογνωσία και την πρακτική εμπειρία μου για να σας βοηθήσω να λύσετε το πρόβλημα!