Ослабление регулирования скорости в системе привода крана: принципы и реализация.

Регулировка скорости с ослаблением поля в приводе крана часто используется в подъемных механизмах для повышения эффективности работы. Основная идея проста: двигатель работает на максимальной скорости в режиме холостого хода, на номинальной скорости — при большой нагрузке, а рассчитанная кривая ослабления поля используется для определения оптимальной скорости для нагрузок, находящихся между режимом большой нагрузки и режимом холостого хода.

Для приводов лебедок мостовых и козловых кранов это помогает увеличить скорость подъема в условиях отсутствия или небольшой нагрузки, сократить время подъема, уменьшить рабочий цикл и повысить производительность оборудования.

В некоторых специальных областях применения необходимо учитывать собственные проектные характеристики. Например, на судостроительном козловом кране, если скорости холостого хода, половинной нагрузки и полной нагрузки составляют 3, 6 и 9 м/мин соответственно, а коэффициент ослабления обмотки возбуждения двигателя не может достигать трехкратного значения номинальной скорости, то скорость работы при полной нагрузке может быть ниже номинальной.

В дальнейшем обсуждении в качестве примеров используются контейнерные портовые краны и судоразгрузчики, поскольку к обоим типам кранов предъявляются высокие требования к эффективности. Грузоподъемность подъемного механизма не достигает номинальной нагрузки за каждый цикл. Для контейнерного портового крана вес контейнера обычно составляет от 3 до 40 тонн, в зависимости от груза внутри контейнера. При большом весе груза скорость подъема ниже. При малом весе скорость подъема может быть увеличена, что сокращает время цикла работы оборудования.

Условия эксплуатации судоразгрузочного устройства относительно просты. На этапе полного открытия люка разгрузка грейфера обычно происходит почти при полной загрузке. Когда грейфер открывается, механизм работает с небольшой нагрузкой, поэтому системе в основном необходимы высокие и низкие скорости. На этапе очистки вес захватываемого материала каждый раз сильно меняется. В этих условиях работа с небольшой нагрузкой и высокими скоростями может значительно сократить рабочий цикл.

Принцип регулирования скорости ослабления поля

Как показано на рис. 1-1, сплошная линия представляет зависимость скорости от мощности, а пунктирная линия — зависимость скорости от выходного крутящего момента.

Когда двигатель разгоняется от нулевой скорости до номинальной скорости n_N, выходная мощность двигателя пропорциональна скорости, а выходной крутящий момент остается на номинальном уровне. Этот диапазон называется диапазоном характеристик постоянного крутящего момента.

Когда двигатель работает от номинальной скорости n_N до максимальной скорости n_max, выходная мощность двигателя остается постоянной на уровне номинальной мощности, а выходной крутящий момент обратно пропорционален скорости. Этот диапазон называется диапазоном характеристик постоянной мощности.

Кривые S1, S3-60%, S3-40% и S3-25% на рис. 1-1 связаны с двигательной активностью и показаны только в качестве примеров.

Когда нагрузка достигает номинальной, двигатель работает на скорости ниже номинальной и остается в диапазоне постоянного крутящего момента. Выходной крутящий момент может оставаться постоянным, в то время как выходная мощность зависит от скорости вращения двигателя.

Когда нагрузка ниже номинальной, двигатель может перейти в диапазон ослабления обмотки возбуждения и работать со скоростью выше номинальной. В этом диапазоне постоянной мощности выходная мощность остается постоянной, а выходной крутящий момент уменьшается с увеличением скорости вращения двигателя.

При проектировании следует тщательно учитывать характеристику предельного напряжения и механическое ограничение скорости. В реальных условиях эксплуатации необходимо соблюдать разумный запас по сравнению с этими пределами.

Кривая ослабления поля и определение веса нагрузки

Кривая ослабления поля может быть рассчитана на основе механических характеристик и обычно предоставляется производителем оборудования. После получения кривой ослабления поля ее можно настроить в программе управления с определенным запасом, например, 5%.

В основе регулирования скорости в зависимости от нагрузки лежит точное определение веса груза. На практике определение нагрузки часто является одним из сложных моментов.

Метод 1: Определение нагрузки с помощью весового датчика

В процессе подъема и ускорения программа ПЛК вычисляет вес груза по аналоговому выходу датчика веса. Затем она вычисляет заданное значение скорости вращения двигателя на основе веса груза и кривой ослабления поля и передает это значение инвертору, благодаря чему двигатель вращается с вычисленной скоростью.

Однако данные весовых датчиков могут смещаться, и гарантировать точность измерений сложно. Это создает высокий риск. Если рассчитанная скорость ослабления поля неточна, скорость может оказаться слишком высокой, а выходной крутящий момент двигателя подъемника — недостаточным. Это может привести к аварии, связанной с потерей управления, например, к превышению скорости.

Метод 2: Оценка нагрузки по току двигателя

Для решения проблемы точности весовых датчиков в программу ПЛК можно реализовать общий метод оценки нагрузки. Для расчета веса груза можно использовать ток двигателя подъемника. В установившемся режиме работы двигателя выходной крутящий момент пропорционален весу груза, а ток двигателя приблизительно пропорционален выходному крутящему моменту. Следовательно, ток двигателя можно использовать для оценки веса груза.

Как показано на рис. 1-2, во время разгона выходной крутящий момент двигателя состоит из четырех частей, и M_LOAD пропорционален нагрузке.

Коэффициент пропорциональности K между током двигателя A и нагрузкой T должен определяться путем фактических измерений в процессе ввода в эксплуатацию:

T = K x A

Метод измерения следующий:

• Поднимите известный груз T_LOAD до тех пор, пока он не окажется подвешенным над землей, затем разгоните его из состояния покоя до базовой скорости или номинальной скорости.
• Получите ток двигателя А. Отбор проб тока необходимо проводить на этапе ускорения, поскольку скорость ослабления поля должна рассчитываться исходя из веса нагрузки во время ускорения. Для повышения точности данных рекомендуется проводить отбор проб в середине ускорения. Например, если время ускорения от нуля до базовой скорости составляет 3 секунды, отбор проб можно начать через 1,5 секунды работы. Отбор проб производится каждые 100 мс, всего собрано 5 проб, и среднее значение этих 5 проб используется в качестве тока двигателя А_М.
• Рассчитайте K: K = T_LOAD / A_M
• В процессе эксплуатации измерьте текущее значение A тем же методом. Затем рассчитайте вес нагрузки по формуле T = K x A и сопоставьте результат с кривой ослабления поля, чтобы рассчитать скорость ослабления поля двигателя.

Важные моменты:

• В целях безопасности, если отбор проб тока не удается или результат отбора проб неясен, двигатель следует эксплуатировать только на номинальной скорости.
• Скорость ослабления магнитного поля, рассчитанная в процессе подъема, также может использоваться в качестве ориентира при спуске.
• После завершения каждого рабочего цикла скорость ослабления поля следует возвращать к номинальной скорости. Обновлять эталонную скорость следует только после пересчета допустимой скорости ослабления поля.

Примечания Siemens по внедрению и модернизации

В ранних системах Siemens использовались технологические платы, такие как T300, которые интегрировали функцию управления скоростью ослабления поля. Пользователям требовалась лишь простая разработка приложений и тщательная настройка на месте перед использованием. Плата T300 устанавливалась рядом с платой CUVC в электронном блоке Masterdrive 6SE70, а на плату T300 вставлялась микросхема EPROM, поэтому программа хранилась в ней.

В связи с выпуском новой системы привода SINAMICS компания Siemens разработала программный пакет управления краном SIMOCRANE на платформе SIMOTION. Он включал в себя программы для управления крановой техникой, такие как регулирование скорости в условиях ослабления поля. По мере вывода SIMOTION из эксплуатации, SIMOCRANE был перенесен на аппаратную платформу CU320 и по-прежнему поддерживает регулирование скорости в условиях ослабления поля.

Проекты модернизации требуют особого внимания. Модель T300 не может использоваться в системе SINAMICS, поэтому ее функции необходимо перенести на ПЛК, CU320 или другую платформу. В противном случае кран с функцией ослабления поля может быть переоборудован в кран только с двумя скоростями: высокой и низкой.

После того как будут поняты принцип работы функции и метод ее реализации, проектная группа может решить, разрабатывать ли функцию самостоятельно или приобрести готовый программный пакет. Для инженерных приложений важно не только знать, что делает функция, но и понимать, почему она работает.

Синди

Ватсап: +86 191 3738 6654

Почта: cindywang@hndfcrane.com

Меня зовут Синди, у меня 10-летний опыт работы в крановой отрасли, и я накопила огромный профессиональный опыт. Я выбрала удовлетворяющие требованиям краны для более чем 500 клиентов. Если у вас есть какие-либо потребности или вопросы о кранах, пожалуйста, свяжитесь со мной, я использую свои знания и практический опыт, чтобы помочь вам решить проблему!