Sterowanie prędkością osłabiania pola w układzie napędowym dźwigu: zasady i wdrażanie

Sterowanie prędkością osłabienia pola napędowego w mechanizmach dźwigowych jest często stosowane w celu poprawy wydajności operacyjnej. Zasada działania jest prosta: silnik pracuje z najwyższą prędkością bez obciążenia, z prędkością znamionową pod dużym obciążeniem i wykorzystuje obliczoną krzywą osłabienia pola do określenia właściwej prędkości dla obciążeń w zakresie od dużego obciążenia do stanu bez obciążenia.

W przypadku napędów podnośników suwnic i suwnic bramowych pomaga to zwiększyć prędkość podnoszenia bez obciążenia lub przy niewielkim obciążeniu, skrócić czas podnoszenia, skrócić cykl roboczy i poprawić wydajność sprzętu.

Niektóre zastosowania specjalne muszą być zgodne z własnymi danymi projektowymi. Na przykład, w przypadku suwnicy bramowej w przemyśle stoczniowym, jeśli prędkości bez obciążenia, z połową obciążenia i z pełnym obciążeniem wynoszą odpowiednio 3, 6 i 9 m/min, a współczynnik osłabienia pola magnetycznego silnika nie może osiągnąć trzykrotności prędkości znamionowej, prędkość robocza z pełnym obciążeniem może być niższa od prędkości znamionowej.

W poniższym omówieniu wykorzystano suwnice kontenerowe i urządzenia do rozładunku statków jako przykłady, ponieważ oba te urządzenia wymagają wysokiej wydajności. Obciążenie mechanizmu podnoszącego nie osiąga udźwigu znamionowego w każdym cyklu. W przypadku suwnicy kontenerowej masa kontenera wynosi zazwyczaj od 3 do 40 ton, w zależności od ładunku w kontenerze. Przy dużym obciążeniu prędkość podnoszenia jest niższa. Przy małym obciążeniu prędkość podnoszenia można zwiększyć, skracając czas cyklu pracy urządzenia.

Warunki pracy urządzenia rozładowczego na statku są stosunkowo prostsze. Podczas fazy pełnego luku, rozładunek chwytakowy jest zazwyczaj bliski pełnego obciążenia. Po otwarciu chwytaka, mechanizm jest pod niewielkim obciążeniem, dlatego system potrzebuje głównie wysokich i niskich prędkości. Podczas fazy oczyszczania, masa chwytanego materiału za każdym razem znacznie się różni. W takich warunkach, praca z dużą prędkością przy niewielkim obciążeniu może znacznie skrócić cykl roboczy.

Zasada kontroli prędkości osłabiania pola

Jak pokazano na rys. 1-1, linia ciągła przedstawia zależność między prędkością a mocą, natomiast linia przerywana przedstawia zależność między prędkością a momentem obrotowym wyjściowym.

Gdy silnik przyspiesza od prędkości zerowej do prędkości znamionowej n_N, moc wyjściowa silnika jest proporcjonalna do prędkości, a moment obrotowy wyjściowy pozostaje na poziomie momentu znamionowego. Ten zakres nazywa się zakresem charakterystyki stałego momentu obrotowego.

Gdy silnik pracuje od prędkości znamionowej n_N do prędkości maksymalnej n_max, moc wyjściowa silnika pozostaje stała przy mocy znamionowej, a moment obrotowy wyjściowy jest odwrotnie proporcjonalny do prędkości. Ten zakres nazywa się zakresem charakterystyki stałej mocy.

Krzywe S1, S3-60%, S3-40% i S3-25% na rys. 1-1 odnoszą się do osiągów silnika i są pokazane wyłącznie jako przykłady.

Gdy obciążenie osiągnie wartość znamionową, silnik pracuje poniżej prędkości znamionowej i pozostaje w zakresie stałego momentu obrotowego. Moment wyjściowy może pozostać stały, natomiast moc wyjściowa zależy od prędkości obrotowej silnika.

Gdy obciążenie jest niższe od znamionowego, silnik może wejść w zakres osłabienia pola i pracować z prędkością przekraczającą znamionową. W tym zakresie stałej mocy moc wyjściowa pozostaje stała, a moment obrotowy maleje wraz ze wzrostem prędkości obrotowej silnika.

Podczas projektowania należy dokładnie uwzględnić charakterystykę napięcia granicznego oraz ograniczenie prędkości mechanicznej. Rzeczywista eksploatacja powinna uwzględniać rozsądny margines odchylenia od tych wartości granicznych.

Krzywa osłabienia pola i wykrywanie ciężaru ładunku

Krzywą osłabienia pola można obliczyć na podstawie parametrów mechanicznych i zazwyczaj dostarcza ją producent OEM. Po uzyskaniu krzywej osłabienia pola można ją skonfigurować w programie sterującym z pewnym marginesem, na przykład 5%.

Podstawą sterowania prędkością zależną od obciążenia jest dokładne wykrywanie ciężaru ładunku. W praktyce wykrywanie obciążenia często stanowi jeden z trudniejszych punktów.

Metoda 1: Wykrywanie obciążenia za pomocą czujnika wagowego

Podczas przyspieszania podnoszenia program PLC oblicza masę ładunku na podstawie sygnału analogowego z czujnika wagowego. Następnie na podstawie masy ładunku i krzywej osłabienia pola oblicza prędkość zadaną silnika i przesyła ją do falownika, dzięki czemu silnik pracuje z obliczoną prędkością.

Jednak dane z czujników wagowych mogą dryftować, a dokładność pomiaru jest trudna do zagwarantowania. Stwarza to wysokie ryzyko. Jeśli obliczona prędkość osłabienia pola jest niedokładna, prędkość może być zbyt wysoka, a moment obrotowy wyjściowy silnika wciągnika może być niewystarczający. Może to prowadzić do wypadku z utratą kontroli, na przykład z nadmierną prędkością.

Metoda 2: Oszacowanie obciążenia na podstawie prądu silnika

Aby rozwiązać problem dokładności czujników wagowych, w programie PLC można zaimplementować standardową metodę szacowania obciążenia. Prąd silnika wciągnika może służyć do obliczenia masy ładunku. Podczas pracy silnika w stanie ustalonym, moment obrotowy wyjściowy silnika jest proporcjonalny do masy ładunku, a prąd silnika jest w przybliżeniu proporcjonalny do momentu obrotowego. W związku z tym prąd silnika może służyć do oszacowania masy ładunku.

Jak pokazano na rys. 1-2, podczas przyspieszania moment wyjściowy silnika składa się z czterech części, a M_LOAD jest proporcjonalny do obciążenia.

Współczynnik proporcjonalności K pomiędzy prądem silnika A i obciążeniem T należy określić poprzez pomiar rzeczywisty podczas uruchomienia:

T = K x A

Metoda pomiaru jest następująca:

• Podnieś ładunek o znanej wartości T_LOAD, aż znajdzie się on nad podłożem, a następnie rozpędź go od momentu zatrzymania do prędkości podstawowej lub znamionowej.
• Uzyskaj prąd silnika A. Próbkowanie prądu musi być wykonywane w fazie przyspieszania, ponieważ prędkość osłabienia pola musi być obliczona na podstawie masy obciążenia podczas przyspieszania. Aby zwiększyć dokładność danych, zaleca się próbkowanie w trakcie przyspieszania. Na przykład, jeśli czas przyspieszania od zera do prędkości bazowej wynosi 3 sekundy, próbkowanie można rozpocząć po 1,5 sekundy działania. Próbkuj raz na 100 ms, zbierz łącznie 5 próbek i użyj średniej z 5 próbek jako prądu silnika A_M.
• Oblicz K: K = T_LOAD / A_M
• Podczas rzeczywistej pracy odczytaj wartość prądu A, stosując tę samą metodę. Następnie oblicz ciężar obciążenia, wzorując się na T = K x A i połącz wynik z krzywą osłabienia pola, aby obliczyć prędkość osłabienia pola silnika.

Ważne punkty:

• Ze względów bezpieczeństwa, jeżeli próbkowanie prądu się nie powiedzie lub wynik próbkowania jest niepewny, silnik powinien pracować tylko z prędkością znamionową.
• Prędkość osłabienia pola obliczona podczas podnoszenia może być również użyta jako punkt odniesienia przy opuszczaniu.
• Po zakończeniu każdego cyklu roboczego prędkość osłabienia pola powinna zostać przywrócona do prędkości znamionowej. Prędkość odniesienia powinna zostać zaktualizowana dopiero po ponownym obliczeniu prawidłowej prędkości osłabienia pola.

Notatki dotyczące wdrożenia i modernizacji firmy Siemens

Wczesne systemy Siemensa wykorzystywały płytki technologiczne, takie jak T300, które integrowały funkcję sterowania prędkością przy osłabianiu pola. Użytkownicy potrzebowali jedynie prostego opracowania aplikacji i starannego uruchomienia na miejscu przed użyciem. Płytka T300 była instalowana obok płytki CUVC w obudowie elektronicznej Masterdrive 6SE70, a do płytki T300 włożono pamięć EPROM, dzięki czemu program był zapisywany w pamięci EPROM.

Wraz z nowszym systemem napędowym SINAMICS, Siemens opracował pakiet oprogramowania do sterowania dźwigami SIMOCRANE na platformie SIMOTION. Zawierał on programy technologiczne dla dźwigów, takie jak sterowanie prędkością w warunkach osłabienia pola. Wraz z wycofywaniem SIMOTION, SIMOCRANE został przeniesiony na platformę sprzętową CU320 i nadal obsługuje sterowanie prędkością w warunkach osłabienia pola.

Projekty modernizacji wymagają szczególnej uwagi. T300 nie może być używany w systemie SINAMICS, dlatego jego funkcje muszą zostać przeniesione na sterownik PLC, CU320 lub inną platformę. W przeciwnym razie suwnica z funkcją osłabiania pola może zostać zmodyfikowana w suwnicę o tylko dwóch prędkościach: wysokiej i niskiej.

Po zrozumieniu zasady działania funkcji i metody implementacji, zespół projektowy może zdecydować, czy opracować funkcję samodzielnie, czy zakupić gotowy pakiet oprogramowania. W przypadku zastosowań inżynieryjnych ważne jest nie tylko poznanie funkcji, ale także zrozumienie jej działania.

Cindy

WhatsApp: +86 191 3738 6654

E-mail: cindywang@hndfcrane.com

Jestem Cindy, mam 10 lat doświadczenia w branży dźwigowej i zgromadziłam bogactwo wiedzy zawodowej. Wybrałam satysfakcjonujące dźwigi dla ponad 500 klientów. Jeśli masz jakiekolwiek potrzeby lub pytania dotyczące dźwigów, skontaktuj się ze mną, wykorzystam swoją wiedzę specjalistyczną i praktyczne doświadczenie, aby pomóc Ci rozwiązać problem!