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安川变频器在起重机起升机构上应用的现场调试

作者: 在测接 来源: http://www.zgdzqw.com 时间:2015-06-25 19:41
近年来,随着电力电子技术、计算机技术及自动控制技术的显著进步,生产工艺的改进及功率半导体器件价格的降低,变频调速在工业上的应用愈加广泛,在节能、省力化、自动化及提高生产率、产品质量等方面都取得了显著效果。并且变频器的调速性能优异,起动转矩足够大,能实现无级调速,且变频器基本属于免维护,所以近几年来其在行车上的应用也越来越广。为了满足快节奏的生产及钢卷在吊装过程中的质量,对大部分行车进行了变频更新。我们知道,行车各机构都属于恒转矩负载,且起升机构为位能性负载,所以对起升机构的控制性能、精度要求及调试相对平移机构就要复杂一些。对此,本文主要以起升机构的变频调试为入点,讲述行车在变频调试中的步骤及方法。
 
2 控制系统概述
变频控制系统均采用主令控制器+plc+变频器的控制方式,起升机构采用带pg速度反馈的矢量控制方式,大车采用v/f控制方式(大车两台电动机),小车采用无pg矢量控制方式。变频器选用的是日本yaskawa g7 变频器,大、小车机构变频器选用的是通用型变频器,起升机构则选用的是该系列起重专用变频器,以提高起升机构的控制性能、精度及安全可靠性。本文着重讲述的是起升机构变频器的现场调试。其电气原理图如图1所示。 
 
3 现场调试
按照系统设计的方案,检查变频器的输入输出端及多功能(数字、模拟)端子的接线、pg速度控制卡的接线、电机的接线、plc的输入输出端子的接线、外围电器元件的接线等是否紧固,并进行接线校核,确认没有错误后合上电源总断路器,用万用表测量三相电源电压是否平衡,确认无误后合上机构断路器,再按下启动按钮,机构接触器吸合,变频器得电。
 
3.1变频器初次上电检查
检查变频器数字操作面板,其“seq”、“ref”、“alarm”指示灯点亮。
(1)“seq”指示灯点亮:控制回路端子输入运行指令有效。本系统设计方案的运行指令、多段速指令均是从控制回路端子输入,故“seq”指示灯点亮。 
(2)“ref”指示灯点亮:控制回路端子a1、a2输入频率指令有效。本系统设计方案的频率指令采用变频器内部的频率指令,没有采用端子a1(主速)、a2(辅速1)输入频率指令及模拟量输入端子a3(辅速2),故修改参数b1-01=0(即频率指令来自操作器),修改后“ref”指示灯熄灭。
(3)“alarm”指示灯点亮:某个参数设置有误。查看数字操作面板的错误提示,对照说明书的故障解决对策进行相应的参数修改,修改后“alarm”指示灯熄灭。
依据系统设计的方案,“seq”指示灯点亮、“ref”指示灯熄灭、“alarm”指示灯熄灭为变频器上电后的正常状态。
 
3.2 基本参数设定
依据系统设计方案,起升机构采用带pg矢量控制方式,编码器选用增量式磁旋转编码器,脉冲数为600p/r,通过速度控制卡pg-b2与变频器相连接,如图1所示。主要设定的基本参数如表1所示,其他参数应用出厂设定值。
 
学习参数设定及实施自学习矢量控制是异步电动机一种理想的控制方式,它具有很多优点,如可以从零转速进行速度控制,调速范围宽;可以对转矩进行精确控制;系统响应速度快;加减速特性好等。但异步电动机进行矢量控制是以电动机内部参数已知为前提的,除了必须准确地检测电动机的转速外,还必须准确掌握电动机的内部参数m和r2,并将这些参数输入变频器的控制算法。若所掌握的参数值有误差,则电动机的控制性能将直接受到影响,为了保证进行矢量控制时变频器控制算法中所用到的参数与实际参数一致,故有必要进行电动机自学习(auto-tune)。
 
yaskawa g7 变频器有三种自学习模式:旋转型自学习模式、停止型自学习模式、只对线间电阻的停止型自学习模式。在矢量控制模式里可以选择旋转型自学习模式也可以选择停止型自学习模式,只是旋转型自学习模式必须在脱离负载的情况下才能进行,对现场环境不允许的情况下,选择停止型自学习模式也可以达到和旋转型自学习模式同等的控制性能,两者只是自动测定电动机的参数数据的量不同,但电动机所必需的数据都是自动测定的。自学习设定参数如表2所示。
 
在设定如上表所示的参数后,操作器显示”tunning ready ”,然后按下run键,变频器开始自学习,即变频器让电动机在通电状态下停止约1min,自动测定电动机所必要的部分数据,而其余的必要参数会在驱动模式中最初运行时自动设定。自学习完成后,操作器会显示successful,表明自学习成功;若在自学习进程中出现故障,可以对照说明书的自学习故障对策一表进行排除,此不再详述。自学习测定的电动机参数可以在参数e2中查看。
 
3.4 机构各功能调试
经过以上三个步骤,就已具备变频器驱动电动机带负载的条件。但要实现系统设计的所有功能,还必须逐一调试机构各项功能。
系统主要实现的功能:
 
(1) 多档速和点动
g7变频器共可实现17段速,可见yaskawa变频器的段速设定之广。系统设计有四档速与点动,其动作频率是由操作器设定的。四档速是由变频器的多功能输入s6、s7端子组合实现的(如图1 变频器的多功能输入端子功能设定);点动是由变频器的多功能输入s8端子实现的。参数设定见表1,端子组合如表3所示。
 
(2) 外部故障
若变频器周边元器件出现故障及异常时,让故障节点输出动作,使变频器停止运行。主要外部故障有:制动单元、制动电阻过热接点;抱闸控制开关接点。
 
(3) 故障复位
此功能用于变频器出现故障时,可在操作室进行故障复位操作,由变频器的多功能输入s4端子实现
 
(4) 安全行程限位
安全行程限位用于机构在达到规定的行程时切断变频器的运行指令,但不切断变频器的电源,以防止变频器频繁通断,缩短变频器的使用寿命。此功能是通过plc编程实现的,即将其触点串连在变频器的运行指令回路中。
 
(5) 超速保护
设置超速开关(硬件保护)用于当机构运行的速度超过设定的速度时,切断变频器电源,即将其触点串接在变频器前级接触器线圈的回路中。超速故障属于较重的故障,所以须切断变频器的电源,必须待查明故障原因后才能再次运行变频器,以防出现安全事故。同时在带pg矢量控制中还可以通过参数f1-08(过速度检出值)、f1-09(过速度检出时间)的设置,变频器可以实现过速保护(软件保护),即当变频器在过速度检出时间内检测到机构运行速度超过设定值时,立即报os(过速度)故障,变频器自由滑行停止。
 
(6) 零位保护
当操作手柄置于零位时,禁止变频器运行,主要是防止误操作。零位保护功能是通过plc编程实现的。
限于篇幅,其他辅助功能此不在赘述。
 
3.5 参数优化
变频器的功能参数有很多,也很复杂,yaskawa g7的功能参数达300个之多,如此多的参数不可能也不必逐个需要重新设置,很大一部分参数应用出厂设定值就可以满足现场的使用要求。但是要发挥变频控制系统的最佳性能,就必须对必要的部分参数进行优化。对行车起升机构变频控制系统来说:
 
(1) 机械抱闸动作与变频电气制动之间的时序配合无疑是系统设计中的重点yaskawa g7起重专用变频器,其内部置有起重专用控制软件,设有抱闸时序功能参数。此功能动作说明:变频器得到运行信号后,根据内部频率指令、电机电流、力矩指令大小输出“抱闸松开指令”(如图1的m1-m2多功能输出端子),且变频器必须在得到一个“抱闸松开确认”(如图1的s5端子)的反馈信号后,输出频率才能达到预定的频率。
 
(2) 加、减速时间
加、减速时间设定必须遵循一个基本原则:加速时间的设定不应使过电流失速防止回路因过电流而动作;减速时间的设定不应使再生过电压失速防止回路因过电压而动作。加、减速时间的设定若用公式法计算,则比较繁琐。通常实际应用中,在遵循以上原则的情况下,根据工艺要求及负载的惯性,用经验法设定。其设定的参数为:c1-01(加速时间1)=5s;c1-02(减速时间1)=2s。
 
(3) 保护功能
变频器的保护功能很强,有对电动机、外部机械的保护功能,也有对变频器自身的保护功能。其相关的参数设置如表5所示。
 
3 调试中出现的主要故障及其解决对策
(1) 变频器在上升运行时报“se2”故障
变频器下降运行正常,但在上升运行时,抱闸接触器不吸合,抱闸打不开。抱闸接触器的动作主要由变频器的抱闸松开指令控制,在plc程序监控中发现当上升运行时抱闸松开指令没有成为闭合信号,显然是在变频器得到运行指令后,没有检测到足够的正转释放电流和力矩,故没有发出闭合信号。在检查抱闸时序相关参数的设定没有错误后,想到机械抱闸的调整松动也可能出现此故障现象,果不其然,将抱闸适当的调紧后,故障消除。
 
(2) 不能实现第二、三段速
变频器第一、四档速运行正常,但第二、三段速输出就是达不到预设的频率,原以为是多段速指令的组合出现了错误,但在查看了说明书的多段速指令时序图后,确定组合没有错误,后仔细查阅,若使用d1-02、d1-03设定的频率作为第二、三段速时,必须将参数h3-05、h3-09设为1f(h3-05:选择多功能模拟量输入端子a3功能;h3-09:选择频率指令(电流)端子a2功能;1f:不使用模拟量输入),修改参数后,运行正常。即若系统设计中不使用多功能模拟量端子作为给定频率指令时,必须将多功能模拟量端子屏蔽,以免产生干扰。 
 
4 结束语
随着变频调速技术的发展,近几年来其在行车上的应用也越来越广。本文通过yaskawa g7 起重专用变频器在行车起升机构上应用的调试,介绍了yaskawa g7 起重专用控制软件的一些主要功能及行车变频调试的基本方法、步骤。
 

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