Pengendalian Kecepatan Pelemahan Medan pada Sistem Penggerak Derek: Prinsip dan Implementasi

Kontrol kecepatan pelemahan medan penggerak derek sering digunakan pada mekanisme pengangkatan untuk meningkatkan efisiensi pengoperasian. Ide dasarnya sederhana: motor beroperasi pada kecepatan tertinggi dalam kondisi tanpa beban, beroperasi pada kecepatan nominal dalam kondisi beban berat, dan menggunakan kurva pelemahan medan yang dihitung untuk menentukan kecepatan yang tepat untuk beban antara beban berat dan tanpa beban.

Untuk penggerak kerekan derek gantung dan derek gantry, ini membantu meningkatkan kecepatan pengangkatan dalam kondisi tanpa beban atau beban ringan, mengurangi waktu pengangkatan, memperpendek siklus kerja, dan meningkatkan produktivitas peralatan.

Beberapa aplikasi khusus harus mengikuti data desainnya sendiri. Misalnya, pada derek gantry pembuatan kapal, jika kecepatan tanpa beban, setengah beban, dan beban penuh masing-masing adalah 3, 6, dan 9 m/menit, dan rasio pelemahan medan motor tidak dapat mencapai tiga kali kecepatan nominal, kecepatan operasi beban penuh mungkin lebih rendah daripada kecepatan nominal.

Pembahasan berikut menggunakan derek dermaga kontainer dan alat bongkar muat kapal sebagai contoh karena keduanya memiliki persyaratan efisiensi yang tinggi. Beban mekanisme pengangkatan tidak mencapai beban nominal setiap siklus. Untuk derek dermaga kontainer, berat kontainer biasanya antara 3 dan 40 ton, tergantung pada barang di dalam kontainer. Ketika bebannya berat, kecepatan pengangkatan lebih rendah. Ketika bebannya ringan, kecepatan pengangkatan dapat ditingkatkan, sehingga mengurangi waktu siklus dari sisi peralatan.

Kondisi pengoperasian alat bongkar muat kapal relatif lebih sederhana. Selama tahap pembukaan palka penuh, pembongkaran muatan biasanya mendekati muatan penuh. Saat alat bongkar muat terbuka, mekanisme berada di bawah beban ringan, sehingga sistem terutama membutuhkan rentang kecepatan tinggi dan rendah. Selama tahap pembersihan, berat material yang dibongkar setiap kali sangat bervariasi. Dalam kondisi ini, pengoperasian kecepatan tinggi dengan beban ringan dapat secara signifikan mempersingkat siklus kerja.

Prinsip Pengendalian Kecepatan Pelemahan Medan

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1-1, garis penuh mewakili hubungan antara kecepatan dan daya, sedangkan garis putus-putus mewakili hubungan antara kecepatan dan torsi keluaran.

Ketika motor berakselerasi dari kecepatan nol hingga kecepatan nominal n_N, daya keluaran motor berbanding lurus dengan kecepatan, sementara torsi keluaran tetap pada torsi nominal. Rentang ini disebut rentang karakteristik torsi konstan.

Ketika motor beroperasi dari kecepatan nominal n_N hingga kecepatan maksimum n_max, daya keluaran motor tetap konstan pada daya nominal, sedangkan torsi keluaran berbanding terbalik dengan kecepatan. Rentang ini disebut rentang karakteristik daya konstan.

Kurva S1, S3-60%, S3-40%, dan S3-25% pada Gambar 1-1 berkaitan dengan kinerja motorik dan hanya ditampilkan sebagai contoh.

Ketika beban mencapai beban nominal, motor beroperasi di bawah kecepatan nominal dan tetap berada dalam rentang torsi konstan. Torsi keluaran dapat tetap konstan, sedangkan daya keluaran bergantung pada kecepatan motor.

Ketika beban berada di bawah beban nominal, motor dapat memasuki rentang pelemahan medan dan beroperasi di atas kecepatan nominal. Dalam rentang daya konstan ini, daya keluaran tetap konstan dan torsi keluaran menurun seiring dengan peningkatan kecepatan motor.

Dalam pekerjaan desain, kurva karakteristik batas tegangan dan batas kecepatan mekanis harus dipertimbangkan dengan cermat. Operasi aktual harus menjaga margin yang wajar dari batas-batas ini.

Kurva Pelemahan Medan dan Deteksi Berat Beban

Kurva pelemahan medan dapat dihitung dari kinerja mekanis dan biasanya disediakan oleh OEM. Setelah kurva pelemahan medan tersedia, kurva tersebut dapat dikonfigurasi dalam program kontrol dengan margin tertentu, misalnya 5%.

Prinsip dasar kontrol kecepatan yang bergantung pada beban adalah deteksi berat beban yang akurat. Dalam praktiknya, deteksi beban seringkali menjadi salah satu titik kesulitan.

Metode 1: Deteksi Beban dengan Sensor Timbangan

Selama percepatan pengangkatan, program PLC menghitung berat beban dari output analog sensor timbangan. Kemudian, program tersebut menghitung referensi kecepatan motor dari berat beban dan kurva pelemahan medan, lalu mengirimkan referensi tersebut ke inverter, sehingga motor berputar pada kecepatan yang telah dihitung.

Namun, data sensor penimbangan dapat bergeser, dan akurasi pengukuran sulit dijamin. Hal ini menimbulkan risiko tinggi. Jika kecepatan pelemahan medan yang dihitung tidak akurat, kecepatan mungkin terlalu tinggi, sementara torsi keluaran motor pengangkat mungkin tidak mencukupi. Hal ini dapat menyebabkan kecelakaan kehilangan kendali, seperti kecepatan berlebih.

Metode 2: Estimasi Beban berdasarkan Arus Motor

Untuk mengatasi masalah akurasi sensor timbangan, metode estimasi beban umum dapat diimplementasikan dalam program PLC. Arus motor pengangkat dapat digunakan untuk menghitung berat beban. Dalam operasi motor yang stabil, torsi keluaran motor berbanding lurus dengan berat beban, dan arus motor kira-kira berbanding lurus dengan torsi keluaran. Oleh karena itu, arus motor dapat digunakan untuk memperkirakan berat beban.

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1-2, selama akselerasi, torsi keluaran motor mencakup empat bagian, dan M_LOAD berbanding lurus dengan beban.

Koefisien proporsional K antara arus motor A dan beban T harus ditentukan melalui pengukuran aktual selama proses pemasangan:

T = K x A

Metode pengukurannya adalah sebagai berikut:

• Angkat beban yang diketahui T_LOAD hingga menggantung di atas tanah, lalu percepat dari keadaan diam hingga kecepatan dasar, atau kecepatan nominal.
• Dapatkan arus motor A. Pengambilan sampel arus harus dilakukan selama tahap akselerasi karena kecepatan pelemahan medan harus dihitung dari berat beban selama akselerasi. Untuk meningkatkan akurasi data, pengambilan sampel di tengah akselerasi disarankan. Misalnya, jika waktu akselerasi dari nol hingga kecepatan dasar adalah 3 detik, pengambilan sampel dapat dimulai setelah 1,5 detik operasi. Ambil sampel setiap 100 ms, kumpulkan total 5 sampel, dan gunakan rata-rata dari 5 sampel tersebut sebagai arus motor A_M.
• Hitung K: K = T_LOAD / A_M
• Selama pengoperasian sebenarnya, baca nilai arus A menggunakan metode yang sama. Kemudian hitung berat beban dengan T = K x A dan gabungkan hasilnya dengan kurva pelemahan medan untuk menghitung kecepatan pelemahan medan motor.

Poin-poin penting:

• Demi keselamatan, jika pengambilan sampel arus gagal atau hasil pengambilan sampel tidak pasti, motor hanya boleh beroperasi pada kecepatan nominal.
• Kecepatan pelemahan medan yang dihitung selama pengangkatan juga dapat digunakan sebagai acuan untuk penurunan.
• Setelah setiap siklus kerja berakhir, kecepatan pelemahan medan harus diatur ulang ke kecepatan nominal. Referensi kecepatan hanya boleh diperbarui setelah kecepatan pelemahan medan yang valid dihitung ulang.

Catatan Implementasi dan Retrofit Siemens

Sistem Siemens awal menggunakan Papan Teknologi seperti T300, yang mengintegrasikan fungsi kontrol kecepatan pelemahan medan. Pengguna hanya perlu melakukan pengembangan aplikasi sederhana dan melakukan uji coba di lokasi dengan cermat sebelum digunakan. T300 dipasang di samping papan CUVC di kotak elektronik Masterdrive 6SE70, dan sebuah EPROM dimasukkan ke dalam T300, sehingga program disimpan di dalam EPROM.

Dengan sistem penggerak SINAMICS yang lebih baru, Siemens mengembangkan paket perangkat lunak kontrol derek SIMOCRANE pada platform SIMOTION. Paket ini mencakup program teknologi derek seperti kontrol kecepatan pelemahan medan. Saat SIMOTION dihentikan produksinya, SIMOCRANE dipindahkan ke platform perangkat keras CU320 dan masih mendukung kontrol kecepatan pelemahan medan.

Proyek retrofit memerlukan perhatian khusus. T300 tidak dapat digunakan dalam sistem SINAMICS, sehingga fungsinya harus dipindahkan ke PLC, CU320, atau platform lain. Jika tidak, derek dengan fungsi pelemahan di lapangan dapat dimodifikasi menjadi derek dengan hanya dua kecepatan: kecepatan tinggi dan kecepatan rendah.

Setelah prinsip fungsi dan metode implementasi dipahami, tim proyek dapat memutuskan apakah akan mengembangkan fungsi tersebut secara mandiri atau membeli paket perangkat lunak yang sudah matang. Untuk aplikasi teknik, penting tidak hanya untuk mengetahui apa yang dilakukan fungsi tersebut, tetapi juga untuk memahami mengapa fungsi tersebut bekerja.

Cindy

Ada apa: +86 191 3738 6654

Surel: cindywang@hndfcrane.com

Saya Cindy, dengan 10 tahun pengalaman kerja di industri derek dan telah mengumpulkan banyak pengetahuan profesional. Saya telah memilih derek yang memuaskan bagi 500+ pelanggan. Jika Anda memiliki kebutuhan atau pertanyaan tentang derek, jangan ragu untuk menghubungi saya, saya akan menggunakan keahlian dan pengalaman praktis saya untuk membantu Anda memecahkan masalah!