Feltsvekkende hastighetskontroll i krandriftssystem: Prinsipper og implementering

Hastighetskontroll for feltsvekkende krandrift brukes ofte i heisemekanismer for å forbedre driftseffektiviteten. Grunnideen er enkel: motoren går med høyeste hastighet under tomgang, går med nominell hastighet under tung belastning, og bruker en beregnet feltsvekningskurve for å bestemme riktig hastighet for belastninger mellom tung last og ingen last.

For heisedrift for traverskraner og portalkraner bidrar dette til å øke løftehastigheten under forhold med eller uten belastning, redusere løftetiden, forkorte arbeidssyklusen og forbedre utstyrets produktivitet.

Enkelte spesialapplikasjoner må følge sine egne designdata. For eksempel, på en skipsbyggingsportalkran, hvis hastighetene uten last, halv last og full last er henholdsvis 3, 6 og 9 m/min, og motorens feltsvekningsforhold ikke kan nå tre ganger nominell hastighet, kan driftshastigheten ved full last være lavere enn nominell hastighet.

Den følgende diskusjonen bruker containerkaikraner og skipslossere som eksempler fordi begge har høye effektivitetskrav. Lasten på en heisemekanisme når ikke den nominelle lasten i hver syklus. For en containerkaikran er containervekten vanligvis mellom 3 og 40 tonn, avhengig av varene inni containeren. Når lasten er tung, er løftehastigheten lavere. Når lasten er lett, kan løftehastigheten økes, noe som reduserer syklustiden fra utstyrssiden.

Driftstilstanden til en skipslosser er relativt enklere. Under fulllukefasen er grabblossingen vanligvis nær full last. Når grabben åpnes, er mekanismen under lett belastning, så systemet trenger hovedsakelig høye og lave hastighetsområder. Under opprydningsfasen varierer vekten av materialet som gripes hver gang sterkt. I denne tilstanden kan lett last og høyhastighetsdrift forkorte arbeidssyklusen betydelig.

Prinsipp for feltsvekkende hastighetskontroll

Som vist i figur 1-1 representerer den heltrukne linjen forholdet mellom hastighet og effekt, mens den stiplede linjen representerer forholdet mellom hastighet og utgående dreiemoment.

Når motoren akselererer fra nullhastighet til nominell hastighet n_N, er motorens utgangseffekt proporsjonal med hastigheten, mens utgangsmomentet forblir på nominelt dreiemoment. Dette området kalles karakteristikkområdet for konstant moment.

Når motoren går fra nominell hastighet n_N til maksimal hastighet n_max, forblir motorens utgangseffekt konstant ved nominell effekt, mens utgangsmomentet er omvendt proporsjonalt med hastigheten. Dette området kalles karakteristikkområdet for konstant effekt.

Kurvene S1, S3-60%, S3-40% og S3-25% i figur 1-1 er relatert til motorytelse og vises kun som eksempler.

Når lasten når nominell last, går motoren under nominell hastighet og forblir i området med konstant moment. Utgangsmomentet kan forbli konstant, mens utgangseffekten avhenger av motorhastigheten.

Når belastningen er under nominell belastning, kan motoren gå inn i feltsvekningsområdet og kjøre over nominell hastighet. I dette området med konstant effekt forblir utgangseffekten konstant og utgangsmomentet avtar når motorhastigheten øker.

I designarbeidet bør spenningsgrensens karakteristikkkurve og den mekaniske hastighetsgrensen vurderes nøye. Faktisk drift bør holde en rimelig margin fra disse grensene.

Feltsvekningskurve og lastvektsdeteksjon

Feltsvekningskurven kan beregnes ut fra den mekaniske ytelsen og leveres vanligvis av OEM-en. Etter at feltsvekningskurven er tilgjengelig, kan den konfigureres i kontrollprogrammet med en viss margin, for eksempel 5%.

Forutsetningen for lastavhengig hastighetskontroll er nøyaktig lastvektdeteksjon. I praksis er lastdeteksjon ofte et av de vanskelige punktene.

Metode 1: Lastdeteksjon med veiesensor

Under heiseakselerasjonen beregner PLS-programmet lastvekten fra den analoge utgangen til veiesensoren. Deretter beregner det motorhastighetsreferansen fra lastvekten og feltsvekningskurven og sender referansen til omformeren, slik at motoren kjører med den beregnede hastigheten.

Veiesensordata kan imidlertid avvike, og det er vanskelig å garantere målenøyaktighet. Dette skaper en høy risiko. Hvis den beregnede feltsvekningshastigheten er unøyaktig, kan hastigheten være for høy, og heisemotorens utgangsmoment kan være utilstrekkelig. Dette kan føre til en ulykke med tap av kontroll, for eksempel overhastighet.

Metode 2: Lastestimering etter motorstrøm

For å løse nøyaktighetsproblemet med veiesensorer, kan en vanlig lastestimeringsmetode implementeres i PLS-programmet. Heisemotorstrømmen kan brukes til å beregne lastvekten. Ved stabil motordrift er motorens utgangsmoment proporsjonalt med lastvekten, og motorstrømmen er omtrent proporsjonal med utgangsmomentet. Derfor kan motorstrømmen brukes til å estimere lastvekten.

Som vist i figur 1-2, består motorens utgående dreiemoment av fire deler under akselerasjon, og M_LOAD er proporsjonal med lasten.

Proporsjonalkoeffisienten K mellom motorstrømmen A og lasten T må bestemmes ved faktisk måling under igangkjøring:

T = K x A

Målemetoden er som følger:

• Løft en kjent last T_LOAD til den henger over bakken, og akselerer den deretter fra stillstand til basishastighet eller nominell hastighet.
• Bestem motorstrømmen A. Strømprøvetaking må utføres under akselerasjonsfasen fordi feltsvekningshastigheten må beregnes ut fra lastvekten under akselerasjon. For å forbedre datanøyaktigheten anbefales prøvetaking midt i akselerasjonen. Hvis for eksempel akselerasjonstiden fra null til basishastighet er 3 sekunder, kan prøvetakingen starte etter 1,5 sekunders drift. Ta en prøvetaking hver 100 ms, samle inn 5 prøver totalt, og bruk gjennomsnittet av de 5 prøvene som motorstrømmen A_M.
• Beregn K: K = T_LOAD / A_M
• Under faktisk drift, les av strømverdien A med samme metode. Beregn deretter lastvekten med T = K x A og kombiner resultatet med feltsvekningskurven for å beregne motorens feltsvekningshastighet.

Viktige punkter:

• Av sikkerhetshensyn, hvis strømprøvetakingen mislykkes eller prøvetakingsresultatet er usikkert, bør motoren kun få kjøre med nominell hastighet.
• Feltsvekningshastigheten som beregnes under heising kan også brukes som referanse for senking.
• Etter at hver arbeidssyklus er avsluttet, skal feltsvekningshastigheten tilbakestilles til nominell hastighet. Hastighetsreferansen skal bare oppdateres etter at en gyldig feltsvekningshastighet er beregnet på nytt.

Notater fra Siemens implementering og ettermontering

Tidlige Siemens-systemer brukte teknologikort som T300, som integrerte feltsvekkende hastighetskontrollfunksjon. Brukerne trengte bare litt enkel applikasjonsutvikling og nøye igangkjøring på stedet før bruk. T300 ble installert ved siden av CUVC-kortet i Masterdrive 6SE70-elektronikkboksen, og en EPROM ble satt inn i T300, slik at programmet ble lagret i EPROM-en.

Med det nyere SINAMICS-drivsystemet utviklet Siemens programvarepakken for kranstyring SIMOCRANE på SIMOTION-plattformen. Den inkluderte kranteknologiprogrammer som feltsvekkingshastighetskontroll. Da SIMOTION ble faset ut, ble SIMOCRANE overført til maskinvareplattformen CU320, og støtter fortsatt feltsvekkingshastighetskontroll.

Ettermonteringsprosjekter krever spesiell oppmerksomhet. T300 kan ikke brukes i et SINAMICS-system, så funksjonene må migreres til en PLS, CU320 eller en annen plattform. Ellers kan en kran med feltsvekkende funksjon modifiseres til en kran med bare to hastigheter: høy hastighet og lav hastighet.

Etter at funksjonsprinsippet og implementeringsmetoden er forstått, kan prosjektgruppen bestemme seg for om de skal utvikle funksjonen uavhengig eller kjøpe en moden programvarepakke. For ingeniørapplikasjoner er det viktig ikke bare å vite hva funksjonen gjør, men også å forstå hvorfor den fungerer.

Cindy

Hva skjer: +86 191 3738 6654

E-post: cindywang@hndfcrane.com

Jeg er Cindy, med 10 års arbeidserfaring i kranindustrien og samlet et vell av faglig kunnskap. Jeg har valgt de tilfredsstillende kranene for 500+ kunder. Hvis du har behov eller spørsmål om kraner, ta gjerne kontakt med meg, jeg vil bruke min ekspertise og praktiske erfaring til å hjelpe deg med å løse problemet!