क्रेन ड्राइव सिस्टम में फील्ड वीकनिंग स्पीड कंट्रोल: सिद्धांत और कार्यान्वयन

क्रेन ड्राइव फील्ड वीकनिंग स्पीड कंट्रोल का उपयोग अक्सर उठाने वाली मशीनों में परिचालन दक्षता बढ़ाने के लिए किया जाता है। इसका मूल सिद्धांत सरल है: मोटर बिना लोड की स्थिति में उच्चतम गति से चलती है, भारी लोड की स्थिति में निर्धारित गति से चलती है, और भारी लोड और बिना लोड के बीच के लोड के लिए उचित गति निर्धारित करने के लिए गणना किए गए फील्ड वीकनिंग कर्व का उपयोग करती है।

ओवरहेड क्रेन और गैन्ट्री क्रेन के होइस्ट ड्राइव के लिए, यह बिना लोड या हल्के लोड की स्थिति में उठाने की गति बढ़ाने, उठाने का समय कम करने, कार्य चक्र को छोटा करने और उपकरण की उत्पादकता में सुधार करने में मदद करता है।

कुछ विशेष अनुप्रयोगों को अपने स्वयं के डिज़ाइन डेटा का पालन करना आवश्यक है। उदाहरण के लिए, जहाज निर्माण में उपयोग होने वाली गैन्ट्री क्रेन में, यदि बिना भार, आधा भार और पूर्ण भार की गति क्रमशः 3, 6 और 9 मीटर/मिनट है, और मोटर का क्षेत्र-कमजोरीकरण अनुपात निर्धारित गति के तीन गुना तक नहीं पहुंच सकता है, तो पूर्ण भार पर परिचालन गति निर्धारित गति से कम हो सकती है।

निम्नलिखित चर्चा में कंटेनर क्वे क्रेन और शिप अनलोडर को उदाहरण के रूप में लिया गया है क्योंकि दोनों में उच्च दक्षता की आवश्यकता होती है। किसी भी उत्थापन यंत्र का भार हर चक्र में निर्धारित भार तक नहीं पहुँचता। कंटेनर क्वे क्रेन के लिए, कंटेनर का वजन आमतौर पर 3 से 40 टन के बीच होता है, जो कंटेनर के अंदर मौजूद सामान पर निर्भर करता है। जब भार अधिक होता है, तो उठाने की गति कम होती है। जब भार हल्का होता है, तो उठाने की गति बढ़ाई जा सकती है, जिससे उपकरण के चक्र का समय कम हो जाता है।

जहाज अनलोडर की परिचालन स्थिति अपेक्षाकृत सरल होती है। पूरी तरह से खुले होने की अवस्था में, ग्रैब अनलोडिंग आमतौर पर लगभग पूर्ण भार के साथ होती है। ग्रैब खुलने पर, तंत्र पर हल्का भार होता है, इसलिए सिस्टम को मुख्य रूप से उच्च और निम्न गति सीमा की आवश्यकता होती है। सफाई चरण के दौरान, प्रत्येक बार पकड़ी गई सामग्री का वजन बहुत भिन्न होता है। इस स्थिति में, हल्के भार के साथ उच्च गति संचालन कार्य चक्र को काफी कम कर सकता है।

क्षेत्र कमजोर पड़ने की गति नियंत्रण का सिद्धांत

जैसा कि चित्र 1-1 में दिखाया गया है, ठोस रेखा गति और शक्ति के बीच संबंध को दर्शाती है, जबकि डैश वाली रेखा गति और आउटपुट टॉर्क के बीच संबंध को दर्शाती है।

जब मोटर शून्य गति से निर्धारित गति n_N तक गति पकड़ती है, तो मोटर की आउटपुट शक्ति गति के समानुपाती होती है, जबकि आउटपुट टॉर्क निर्धारित टॉर्क पर स्थिर रहता है। इस सीमा को स्थिर-टॉर्क विशेषता सीमा कहा जाता है।

जब मोटर निर्धारित गति n_N से अधिकतम गति n_max तक चलती है, तो मोटर की आउटपुट शक्ति निर्धारित गति पर स्थिर रहती है, जबकि आउटपुट टॉर्क गति के व्युत्क्रमानुपाती होता है। इस सीमा को स्थिर-शक्ति विशेषता सीमा कहा जाता है।

चित्र 1-1 में दर्शाए गए S1, S3-60%, S3-40% और S3-25% वक्र मोटर प्रदर्शन से संबंधित हैं और इन्हें केवल उदाहरण के तौर पर दिखाया गया है।

जब लोड निर्धारित क्षमता तक पहुँच जाता है, तो मोटर निर्धारित गति से कम गति पर चलती है और स्थिर टॉर्क सीमा में बनी रहती है। आउटपुट टॉर्क स्थिर रह सकता है, जबकि आउटपुट पावर मोटर की गति पर निर्भर करती है।

जब लोड रेटेड लोड से कम होता है, तो मोटर फील्ड वीकिंग रेंज में प्रवेश कर सकती है और रेटेड गति से अधिक गति पर चल सकती है। इस स्थिर-शक्ति रेंज में, आउटपुट पावर स्थिर रहती है और मोटर की गति बढ़ने पर आउटपुट टॉर्क घटता है।

डिजाइन कार्य में, वोल्टेज सीमा विशेषता वक्र और यांत्रिक गति सीमा पर सावधानीपूर्वक विचार किया जाना चाहिए। वास्तविक संचालन में इन सीमाओं से उचित सीमा बनाए रखनी चाहिए।

क्षेत्र कमजोर वक्र और भार वजन का पता लगाना

क्षेत्र क्षीणता वक्र की गणना यांत्रिक प्रदर्शन से की जा सकती है और यह आमतौर पर OEM द्वारा प्रदान किया जाता है। क्षेत्र क्षीणता वक्र उपलब्ध होने के बाद, इसे नियंत्रण प्रोग्राम में एक निश्चित मार्जिन, जैसे 5%, के साथ कॉन्फ़िगर किया जा सकता है।

भार-आधारित गति नियंत्रण का मूल सिद्धांत भार के सटीक वजन का पता लगाना है। व्यवहार में, भार का पता लगाना अक्सर एक कठिन कार्य होता है।

विधि 1: वजन सेंसर द्वारा भार का पता लगाना

भार उठाने की प्रक्रिया के दौरान, पीएलसी प्रोग्राम भार संवेदक के एनालॉग आउटपुट से भार का वजन गणना करता है। फिर यह भार के वजन और क्षेत्र क्षीणन वक्र से मोटर की गति का संदर्भ मान निकालता है और संदर्भ मान को इन्वर्टर को भेजता है, जिससे मोटर गणना की गई गति पर चलने लगती है।

हालांकि, वजन मापने वाले सेंसर का डेटा बदल सकता है, और माप की सटीकता की गारंटी देना मुश्किल है। इससे उच्च जोखिम उत्पन्न होता है। यदि गणना की गई क्षेत्र कमजोर करने की गति सटीक नहीं है, तो गति बहुत अधिक हो सकती है, जबकि होइस्ट मोटर का आउटपुट टॉर्क अपर्याप्त हो सकता है। इससे नियंत्रण खोने जैसी दुर्घटना हो सकती है, जैसे कि ओवरस्पीड।

विधि 2: मोटर धारा द्वारा भार का अनुमान

वजन मापने वाले सेंसरों की सटीकता संबंधी समस्या को दूर करने के लिए, पीएलसी प्रोग्राम में एक सामान्य भार अनुमान विधि लागू की जा सकती है। होइस्ट मोटर के करंट का उपयोग भार का वजन गणना करने के लिए किया जा सकता है। स्थिर मोटर संचालन में, मोटर का आउटपुट टॉर्क भार के समानुपाती होता है, और मोटर का करंट आउटपुट टॉर्क के लगभग समानुपाती होता है। इसलिए, मोटर करंट का उपयोग भार का वजन अनुमान लगाने के लिए किया जा सकता है।

जैसा कि चित्र 1-2 में दिखाया गया है, त्वरण के दौरान, मोटर आउटपुट टॉर्क में चार भाग शामिल होते हैं, और M_LOAD लोड के समानुपाती होता है।

मोटर धारा A और लोड T के बीच आनुपातिक गुणांक K का निर्धारण चालू करने के दौरान वास्तविक माप द्वारा किया जाना चाहिए:

T = K x A

मापन विधि इस प्रकार है:

• एक ज्ञात भार T_LOAD को तब तक उठाएं जब तक वह जमीन से ऊपर हवा में लटक न जाए, फिर उसे स्थिर अवस्था से आधार गति या निर्धारित गति तक त्वरित करें।
• मोटर करंट A प्राप्त करें। त्वरण चरण के दौरान करंट सैंपलिंग करना आवश्यक है क्योंकि त्वरण के दौरान लोड के भार से क्षेत्र के कमजोर होने की गति की गणना की जानी चाहिए। डेटा की सटीकता बढ़ाने के लिए, त्वरण के मध्य में सैंपलिंग करने की सलाह दी जाती है। उदाहरण के लिए, यदि शून्य से आधार गति तक त्वरण का समय 3 सेकंड है, तो 1.5 सेकंड के संचालन के बाद सैंपलिंग शुरू की जा सकती है। प्रत्येक 100 मिलीसेकंड में एक बार सैंपल लें, कुल 5 सैंपल एकत्र करें, और इन 5 सैंपलों के औसत का उपयोग मोटर करंट A_M के रूप में करें।
• K की गणना करें: K = T_LOAD / A_M
• वास्तविक संचालन के दौरान, उसी विधि का उपयोग करके वर्तमान मान A को पढ़ें। फिर T = K x A सूत्र से भार की गणना करें और परिणाम को क्षेत्र क्षीणन वक्र के साथ मिलाकर मोटर क्षेत्र क्षीणन गति की गणना करें।

महत्वपूर्ण बिंदु:

• सुरक्षा के लिहाज से, यदि करंट सैंपलिंग विफल हो जाती है या सैंपलिंग का परिणाम अनिश्चित होता है, तो मोटर को केवल निर्धारित गति पर ही चलने देना चाहिए।
• उठाने के दौरान गणना की गई क्षेत्र कमजोर होने की गति का उपयोग नीचे उतारने के लिए संदर्भ के रूप में भी किया जा सकता है।
• प्रत्येक कार्य चक्र समाप्त होने के बाद, क्षेत्र को कमजोर करने की गति को निर्धारित गति पर रीसेट कर देना चाहिए। गति संदर्भ को केवल तभी अपडेट किया जाना चाहिए जब क्षेत्र को कमजोर करने की वैध गति की पुनः गणना हो जाए।

सीमेंस कार्यान्वयन और रेट्रोफिट नोट्स

प्रारंभिक सीमेंस सिस्टम में T300 जैसे टेक्नोलॉजी बोर्ड का उपयोग किया जाता था, जिसमें फील्ड वीकिंग स्पीड कंट्रोल फ़ंक्शन एकीकृत था। उपयोगकर्ताओं को उपयोग से पहले केवल कुछ सरल एप्लिकेशन डेवलपमेंट और सावधानीपूर्वक ऑन-साइट कमीशनिंग की आवश्यकता होती थी। T300 को मास्टरड्राइव 6SE70 इलेक्ट्रॉनिक बॉक्स में CUVC बोर्ड के बगल में स्थापित किया गया था, और T300 में एक EPROM डाला गया था, जिससे प्रोग्राम EPROM में संग्रहीत हो जाता था।

नए SINAMICS ड्राइव सिस्टम के साथ, सीमेंस ने SIMOTION प्लेटफॉर्म पर SIMOCRANE क्रेन नियंत्रण सॉफ्टवेयर पैकेज विकसित किया। इसमें फील्ड वीकनिंग स्पीड कंट्रोल जैसे क्रेन प्रौद्योगिकी प्रोग्राम शामिल थे। SIMOTION के बंद होने के बाद, SIMOCRANE को CU320 हार्डवेयर प्लेटफॉर्म पर स्थानांतरित कर दिया गया और यह अभी भी फील्ड वीकनिंग स्पीड कंट्रोल को सपोर्ट करता है।

पुराने उपकरणों को अपग्रेड करने वाली परियोजनाओं पर विशेष ध्यान देने की आवश्यकता होती है। T300 का उपयोग SINAMICS सिस्टम में नहीं किया जा सकता है, इसलिए इसके कार्यों को PLC, CU320 या किसी अन्य प्लेटफॉर्म पर स्थानांतरित करना होगा। अन्यथा, फील्ड वेकअप फ़ंक्शन वाली क्रेन को केवल दो गतियों वाली क्रेन में बदला जा सकता है: उच्च गति और निम्न गति।

फंक्शन के सिद्धांत और कार्यान्वयन विधि को समझने के बाद, प्रोजेक्ट टीम यह तय कर सकती है कि फंक्शन को स्वतंत्र रूप से विकसित किया जाए या किसी विकसित सॉफ्टवेयर पैकेज को खरीदा जाए। इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों के लिए, यह जानना महत्वपूर्ण है कि फंक्शन क्या करता है, बल्कि यह समझना भी महत्वपूर्ण है कि यह कैसे काम करता है।

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