Fältförsvagningshastighetsreglering i krandrivsystem: Principer och implementering

Krandrivningens fältförsvagningshastighetsreglering används ofta i lyftmekanismer för att förbättra driftseffektiviteten. Grundidén är enkel: motorn går med högsta hastighet utan belastning, går med nominellt varvtal under tung belastning och använder en beräknad fältförsvagningskurva för att bestämma rätt hastighet för belastningar mellan tung belastning och ingen belastning.

För lyftdrifter för traverskranar och portalkranar bidrar detta till att öka lyfthastigheten under obelastade eller lätta förhållanden, minska lyfttiden, förkorta arbetscykeln och förbättra utrustningens produktivitet.

Vissa specialtillämpningar måste följa sina egna konstruktionsdata. Till exempel, på en portalkran för skeppsbyggnad, om tomgångs-, halvlast- och fullasthastigheterna är 3, 6 respektive 9 m/min, och motorns fältförsvagningsförhållande inte kan nå tre gånger nominell hastighet, kan drifthastigheten vid full belastning vara lägre än nominell hastighet.

Följande diskussion använder kajkranar för container och fartygslossare som exempel eftersom båda har höga effektivitetskrav. Lasten på en lyftmekanism når inte den nominella lasten varje cykel. För en kajkran för container ligger containervikten vanligtvis mellan 3 och 40 ton, beroende på godset inuti containern. När lasten är tung är lyfthastigheten lägre. När lasten är lätt kan lyfthastigheten ökas, vilket minskar cykeltiden från utrustningssidan.

Driftförhållandena för en fartygslossare är relativt enklare. Under full-hatch-fasen är griplossningen vanligtvis nära full last. När gripen öppnas är mekanismen under lätt belastning, så systemet behöver huvudsakligen höga och låga hastighetsområden. Under saneringsfasen varierar vikten av det material som grips kraftigt varje gång. I detta tillstånd kan drift med lätt belastning och hög hastighet avsevärt förkorta arbetscykeln.

Principen för fältförsvagningshastighetsreglering

Som visas i figur 1-1 representerar den heldragna linjen förhållandet mellan hastighet och effekt, medan den streckade linjen representerar förhållandet mellan hastighet och utgångsmoment.

När motorn accelererar från nollvarvtal till nominellt varvtal n_N, är motorns uteffekt proportionell mot varvtalet, medan utgångsmomentet förblir vid nominellt vridmoment. Detta område kallas det konstanta vridmomentkarakteristikområdet.

När motorn går från nominellt varvtal n_N till maximalt varvtal n_max, förblir motorns uteffekt konstant vid nominell effekt, medan utgångsmomentet är omvänt proportionellt mot varvtalet. Detta område kallas för konstant effektkarakteristik.

Kurvorna S1, S3-60%, S3-40% och S3-25% i figur 1-1 är relaterade till motorprestanda och visas endast som exempel.

När lasten når den nominella lasten går motorn under nominellt varvtal och förblir inom området med konstant vridmoment. Utgående vridmoment kan förbli konstant, medan uteffekten beror på motorvarvtalet.

När belastningen understiger den nominella belastningen kan motorn komma in i fältförsvagningsområdet och köras över nominellt varvtal. I detta område med konstant effekt förblir uteffekten konstant och utgående vridmoment minskar när motorhastigheten ökar.

Vid konstruktionsarbete bör spänningsgränsens karaktäristiska kurva och den mekaniska hastighetsgränsen beaktas noggrant. Den faktiska driften bör hålla en rimlig marginal från dessa gränser.

Fältförsvagningskurva och lastviktsdetektering

Fältförsvagningskurvan kan beräknas utifrån den mekaniska prestandan och tillhandahålls vanligtvis av OEM-tillverkaren. När fältförsvagningskurvan är tillgänglig kan den konfigureras i styrprogrammet med en viss marginal, till exempel 5%.

Förutsättningen för lastberoende hastighetsreglering är noggrann detektering av lastvikt. I praktiken är lastdetektering ofta en av de svåra punkterna.

Metod 1: Lastdetektering med vägningssensor

Under lyftaccelerationen beräknar PLC-programmet lastvikten från den analoga utgången från vägsensorn. Det beräknar sedan motorvarvtalsreferensen från lastvikten och fältförsvagningskurvan och skickar referensen till omriktaren, så att motorn går med den beräknade hastigheten.

Vägningssensordata kan dock avvika, och mätnoggrannheten är svår att garantera. Detta skapar en hög risk. Om den beräknade fältförsvagningshastigheten är felaktig kan hastigheten vara för hög, medan lyftmotorns utgående vridmoment kan vara otillräckligt. Detta kan leda till en olycka med kontrollförlust, såsom övervarvning.

Metod 2: Belastningsuppskattning med motorström

För att åtgärda noggrannhetsproblemet med vägningssensorer kan en vanlig lastuppskattningsmetod implementeras i PLC-programmet. Lyftmotorns ström kan användas för att beräkna lastvikten. Vid stationär motordrift är motorns utgående vridmoment proportionellt mot lastvikten, och motorströmmen är ungefär proportionell mot utgående vridmoment. Därför kan motorströmmen användas för att uppskatta lastvikten.

Som visas i figur 1-2 består motorns utgående vridmoment av fyra delar under acceleration, och M_LOAD är proportionell mot belastningen.

Proportionskoefficienten K mellan motorströmmen A och belastningen T måste bestämmas genom faktisk mätning vid idrifttagning:

T = K x A

Mätmetoden är följande:

• Lyft en känd last T_LOAD tills den svävar ovanför marken, accelerera den sedan från stillastående till bashastighet eller nominell hastighet.
• Bestäm motorströmmen A. Strömprovtagning måste utföras under accelerationssteget eftersom fältförsvagningshastigheten måste beräknas från lastvikten under accelerationen. För att förbättra datanoggrannheten rekommenderas provtagning mitt i accelerationen. Om till exempel accelerationstiden från noll till bashastighet är 3 sekunder kan provtagningen starta efter 1,5 sekunders drift. Provta en gång var 100 ms, samla in totalt 5 prover och använd medelvärdet av de 5 proverna som motorströmmen A_M.
• Beräkna K: K = T_LOAD / A_M
• Under faktisk drift, avläs strömvärdet A med samma metod. Beräkna sedan lastvikten med T = K x A och kombinera resultatet med fältförsvagningskurvan för att beräkna motorns fältförsvagningshastighet.

Viktiga punkter:

• Av säkerhetsskäl, om strömprovtagningen misslyckas eller provtagningsresultatet är osäkert, bör motorn endast tillåtas gå med nominellt varvtal.
• Fältförsvagningshastigheten som beräknas under lyftning kan också användas som referens för sänkning.
• Efter varje arbetscykels slut bör fältförsvagningshastigheten återställas till nominellt varvtal. Varvtalsreferensen bör endast uppdateras efter att ett giltigt fältförsvagningsvarvtal har beräknats om.

Siemens implementerings- och eftermonteringsanteckningar

Tidiga Siemens-system använde teknikkort som T300, vilka integrerade fältförsvagningshastighetskontrollfunktionen. Användare behövde bara lite enkel applikationsutveckling och noggrann driftsättning på plats före användning. T300 installerades bredvid CUVC-kortet i Masterdrive 6SE70-elektronikboxen, och ett EPROM sattes in i T300, så programmet lagrades i EPROM:et.

Med det nyare SINAMICS-drivsystemet utvecklade Siemens programvarupaketet SIMOCRANE för kranstyrning på SIMOTION-plattformen. Det inkluderade kranteknikprogram som fältförsvagningshastighetsreglering. När SIMOTION fasades ut överfördes SIMOCRANE till hårdvaruplattformen CU320 och stöder fortfarande fältförsvagningshastighetsreglering.

Ombyggnadsprojekt kräver särskild uppmärksamhet. T300 kan inte användas i ett SINAMICS-system, så dess funktioner måste migreras till en PLC, CU320 eller annan plattform. Annars kan en kran med fältförsvagningsfunktion modifieras till en kran med endast två hastigheter: hög hastighet och låg hastighet.

Efter att funktionsprincipen och implementeringsmetoden har förståtts kan projektgruppen besluta om de ska utveckla funktionen självständigt eller köpa ett färdigt programpaket. För tekniska tillämpningar är det viktigt att inte bara veta vad funktionen gör, utan också att förstå varför den fungerar.

Cindy

WhatsApp: +86 191 3738 6654

E-post: cindywang@hndfcrane.com

Jag är Cindy, med 10 års arbetslivserfarenhet inom kranbranschen och samlat på mig en mängd professionell kunskap. Jag har valt de tillfredsställande kranarna för 500+ kunder. Om du har några behov eller frågor om kranar är du välkommen att kontakta mig, jag kommer att använda min expertis och praktiska erfarenhet för att hjälpa dig att lösa problemet!