Vacon變頻器在堆廠、車間航吊電器設(shè)備上的應(yīng)用
從上世紀(jì)八十年代末變頻調(diào)速開始應(yīng)用的起重設(shè)備上，至今大多數(shù)起重設(shè)備采用的是安川、三菱、富士等品牌變頻器，也有ABB、Siemens、Vacon、danfoss等廠家。系統(tǒng)解決方案共同特點(diǎn)是將變頻器應(yīng)用在起升設(shè)備上，沒有從系統(tǒng)本身的工藝方面改進(jìn)，基本上固守不進(jìn)。變頻調(diào)速是通過改變電源的頻率和電壓這兩個(gè)參數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。它是一平滑的過程，在調(diào)節(jié)速度過程中是無級的，對振動(dòng)不敏感。其本身具有控制接線簡單，全過程可調(diào)整，調(diào)速精度高，啟動(dòng)力矩的大，本身過載能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。變頻器能通過開環(huán)、閉環(huán)、編碼器、總線、頻率、矢量、力矩等控制組合出多達(dá)十幾種控制方法。
Vacon變頻器針對各應(yīng)用場合開發(fā)不同的應(yīng)用宏。能滿足各種苛刻的應(yīng)用方案，降低了成本，使控制更專業(yè)化、集成方便化。
在使用變頻器的過程中對成本的回收不是利用設(shè)備的創(chuàng)造價(jià)值，而是依附節(jié)省能源這部分來實(shí)現(xiàn)。而大多數(shù)變頻器使用壽命在2~8年，與環(huán)境和保養(yǎng)方法有直接聯(lián)系，與是國內(nèi)或國外的產(chǎn)品沒多大關(guān)系。在國內(nèi)用戶只注重變頻器一次性投入價(jià)格，而忽視了性價(jià)比的用戶比較常見。在變頻器的選型時(shí)，用戶要考濾的技術(shù)因素已不在是昔日的關(guān)鍵技術(shù)是否成熟的問題；轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)到CPU處理速度是否夠快，變頻器對電機(jī)的建模方法，控制板和功率板的設(shè)計(jì)運(yùn)算能力和精度等問題。選擇Vacon高性能變頻器能夠使系統(tǒng)科技含量跨向一新臺階，一切源自于Vacon起重應(yīng)用宏的設(shè)計(jì)是針對與起重設(shè)備各機(jī)構(gòu)的調(diào)速需求。
在起升機(jī)應(yīng)用中，要求變頻器在四個(gè)象限工作、200%力矩啟動(dòng)、啟動(dòng)次數(shù)頻繁等苛刻條件下工作。變頻控制時(shí)為防止重載提升貨物過程中出現(xiàn)溜鉤現(xiàn)象。Vacon CX的專用的機(jī)械制動(dòng)應(yīng)用變頻器、Vacon CX主從控制應(yīng)用變頻器、Vacon CX的閉環(huán)總線應(yīng)用變頻器、抗晃應(yīng)用變頻器等都具有該功能。
在起升過程中變頻器如果在沒有力矩輸出時(shí)就誤打開機(jī)械報(bào)閘是很危險(xiǎn)的，更不符合《起重設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范》的要求。Vacon的機(jī)械制動(dòng)應(yīng)用變頻器是將報(bào)閘的開閉信號都由變頻器的輸出端子控制。原理是：用電流互感器檢測輸出電流，進(jìn)行向量分解以檢測電機(jī)定子磁場位置，計(jì)算反饋給控制處理器CPU，經(jīng)CPU運(yùn)算分析通過專用ASIC電路發(fā)出控制信號，觸發(fā)門極驅(qū)動(dòng)器來控制IGBT橋的PWM調(diào)制電壓、頻率的。整個(gè)過程在每1ms內(nèi)循環(huán)完成一次。當(dāng)輸出力矩足夠大（>150%）時(shí)打開報(bào)閘，運(yùn)行時(shí)電機(jī)出力將自動(dòng)保持在能夠提升重物所克服的摩擦力和向上的加速度，停車時(shí)先降低頻率增大力矩直到輸出頻率為零，經(jīng)過設(shè)定的延時(shí)時(shí)間后（0~1S），控制端子輸出閉合報(bào)閘信號，控制報(bào)閘閉合。采用頻率控制或速度控制。
在雙機(jī)抓斗運(yùn)行的模式中，vacon主從應(yīng)用宏是為抓斗、港口吊車專門開發(fā)的一種軟件.主體是一主一從兩個(gè)變頻器,以主帶從,以方便實(shí)現(xiàn)特定功能. 主機(jī)和從機(jī)之間不是剛性連接，允許主機(jī)和從機(jī)之間有一定的速度偏差，抓斗上升時(shí)主機(jī)和從機(jī)采用負(fù)荷分配的方式運(yùn)行，抓斗下降時(shí)主機(jī)和從機(jī)采用速度同步的方式運(yùn)行。該控制應(yīng)用宏中，從機(jī)通過模擬量的方式獲得主機(jī)的運(yùn)行速度和輸出轉(zhuǎn)矩，主機(jī)和從機(jī)均采用頻率控制或速度控制。
起重機(jī)用來提升和運(yùn)送重物，由于起重機(jī)的每一次加速都會(huì)引起貨物的晃動(dòng)，使用Vacon變頻驅(qū)動(dòng)器可以令起重機(jī)的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。ICRAS應(yīng)用通過智能的速度控制計(jì)算代替限制起重機(jī)的加速度，從而避免負(fù)載的晃動(dòng)并優(yōu)化電機(jī)轉(zhuǎn)矩，這使得操作更快捷并且沒有貨物晃動(dòng)情況。ICRAS系統(tǒng)同時(shí)具備高度檢測功能，負(fù)載的高度利用ICRAS板上的4-20mA輸入端口來測量。4-20mA輸入信號有0..10m和0..20m兩種狀態(tài)可供選擇，預(yù)校準(zhǔn)傳感器是可選件?？焖倥月泛虸CRAS操作模式可通過一個(gè)數(shù)字輸入端口進(jìn)行轉(zhuǎn)換或可自動(dòng)轉(zhuǎn)換。如果選用自動(dòng)轉(zhuǎn)換模式，驅(qū)動(dòng)器在讀取第一個(gè)方向指令后，其控制狀態(tài)就被鎖定，直到重新開始一個(gè)上電運(yùn)行循環(huán)。對生產(chǎn)廠來說，ICRAS系統(tǒng)顯著地提高了工作效率。
通訊功能在航吊設(shè)備上具有廣泛的開發(fā)前景。由于Vacon變頻器本身結(jié)構(gòu)有效抑制了電磁干擾和變頻器的電磁諧波。采用了穩(wěn)定、可靠的通訊方案有MODBUS、INTERBUS、PROFIBUS-DP、LANWORK、CAN等等。在起升系統(tǒng)中不僅解決了通訊不穩(wěn)定的難題，也可做到無稱重傳感器的過載保護(hù)、力矩限制功能。通過觸摸屏等人機(jī)界面進(jìn)行參數(shù)顯示、設(shè)定、修改，將復(fù)雜的過程變得清晰。系統(tǒng)可靠性高、集成度高，更大限度的發(fā)揮了系統(tǒng)的強(qiáng)大功能。
在任何系統(tǒng)功能不變的情況下，Vacon CXI方案更有利于系統(tǒng)的資本回收，并且提高了系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。在起升機(jī)構(gòu)制動(dòng)或下降時(shí)，能量反饋到直流DC，使DC電壓升高，給其他機(jī)構(gòu)運(yùn)行提供穩(wěn)定的電壓，就不會(huì)有導(dǎo)致電源電壓下降的可能；在起升的同時(shí)使用其他機(jī)構(gòu)，其他機(jī)構(gòu)的制動(dòng)也帶來較好的節(jié)能效果。整個(gè)電源電壓允許在-15%~+20%范圍變化，輸出穩(wěn)定性大大提高。
對20噸的航吊而言，Vacon CX系統(tǒng)可為用戶節(jié)約投資成本20~30%左右，節(jié)能較CX方案提高5~10%左右。如果資金許可，采用Vacon CXR再生能量反饋方案更有利于節(jié)約能源，CXR將制動(dòng)能量轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢栽俅卫玫碾娔?。?jié)能較CX方案提高15~25%左右。但初期投資成本增加了15~25%左右，系統(tǒng)投入運(yùn)行后反而縮短了成本的回收期。圖一a、b、c分別是VaconCX、CXI、CXR變頻器系統(tǒng)方案圖。
Vacon CXR解決方案能提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性不單依賴允許電源電壓最大在340V~550V范圍變化，而且能夠提供可選擇的二極管直流電壓水平（線電壓額定值的1.35倍）100%、115%、120%、125%四種不同的電壓值。隨著負(fù)荷的高速變化，輸出電壓水平在±5%范圍內(nèi)變化并且持續(xù)時(shí)間大約為10ms。在硬件配置方面，CXR線路再生單元的容量并不要求必須是逆變器總?cè)萘恐停枰軌蛱峁┩瑫r(shí)工作的各電機(jī)電流之和。
總結(jié)：Vacon變頻器是歐洲的品牌，在整體硬件設(shè)計(jì)上滿足歐洲的工業(yè)、商用各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，通過了EN50178、EN60204-1、UL、GOST、CE、FI、C—UL等各項(xiàng)國際認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。Vacon在硬件設(shè)計(jì)上率先使用了水冷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在軟件方面設(shè)計(jì)了強(qiáng)大的軟件開發(fā)功能。Vacon能夠使所有應(yīng)用場合硬件的配件互相兼容主要也歸根于強(qiáng)大的軟件功能上。在變頻器硬件十分成熟的今天，Vacon雖然并不是專一做起升行業(yè)變頻器的生產(chǎn)廠家。Vacon變頻器能夠?yàn)槠鹬匦袠I(yè)提供優(yōu)秀的操作平臺，確實(shí)是我們最佳選擇的品牌之一。專業(yè)的軟件功能不得不令我們稱贊，在其他行業(yè)里他的軟件功能一樣出色。
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I/O
機(jī)械制動(dòng) 主從控制 ICRAS系統(tǒng) ICRAS系統(tǒng) ICRAS系統(tǒng)
抓斗 抓斗 小車 大車 大車
電機(jī)1 電機(jī)2 電機(jī)1、2 電機(jī)1、2 電機(jī)3、4
圖一（a） Vacon CX系統(tǒng)方案圖
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公共整流 CXI1 CXI2 CXI3 CXI4 CXI5
FC 抓斗 抓斗 小車 大車 大車
電機(jī)1 電機(jī)2 電機(jī)1、2 電機(jī)1、2 電機(jī)3、4
3AC 圖一（B） Vacon CX系統(tǒng)方案圖
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機(jī)械制動(dòng) 主從控制 ICRAS系統(tǒng) ICRAS系統(tǒng) ICRAS系統(tǒng)
CXI1 CXI2 CXI3 CXI4 CXI5 CXI6
FC
抓斗 抓斗 小車 大車 大車
3AC 電機(jī)1 電機(jī)2 電機(jī)1、2 電機(jī)1、2 電機(jī)3、4
圖一（C） Vacon CX系統(tǒng)方案圖
電氣接線圖與端子功能：
Vacon起升機(jī)械制動(dòng)變頻器在航吊系統(tǒng)中開環(huán)控制系統(tǒng)圖二，其中變頻器控制板各端子功能如下表一。參數(shù)P3.14定義了機(jī)械制動(dòng)功能，將與制動(dòng)報(bào)閘的控制接觸器線圈相連，由變頻器直接控制報(bào)閘的開閉。這種控制能夠更精確的控制提升重物，不溜鉤，為系統(tǒng)的合理集成化提供了高度可靠的基礎(chǔ)平臺。圖三、四分別是變頻器抱閘打開、關(guān)閉邏輯圖，圖五是開環(huán)抱閘控制抱閘位置圖。
表一
端子 信號 描述
1 +10Vref 參考輸出 電位計(jì)電壓
2 Uin+ 模擬輸入， 電壓范圍0~10V,參數(shù)Par1.6=4，輸入為速度參考信號
3 GND I/O地 參考和控制端子地
4 Iin+ 模擬輸入， 電流范圍0~20Ma,參數(shù)Par1.6=3，該輸入為速度參考信號
5 Iin-
6 +24V 控制電壓輸出 開關(guān)、按鈕等的電壓，最大0.1A
7 GND I/O地 參考和控制端子地
8 DIA1 正向運(yùn)行（可編程） 觸點(diǎn)閉合=開始正向運(yùn)行
9 DIA2 反向運(yùn)行（可編程） 觸點(diǎn)閉合=開始反向運(yùn)行
10 DIA3 外部故障復(fù)位 復(fù)位故障（可編程）
11 CMA COM 連接到GND或+24V
12 +24V 控制電壓輸出 開關(guān)、按鈕等的電壓，最大0.1A
13 GND I/O地 參考和控制端子地
14 DIB4 速度參考選擇 根據(jù)參數(shù)Par1.6設(shè)置速度參考
15 DIB5
16 DIB6
17 CMB COM 連接到GND或+24V
18 Iout+ 電機(jī)速度模擬輸出 可編程（參數(shù)Par.3.1）
范圍0~20mA/RL，max.500Ω
19 Iout-
20 DO1 數(shù)字輸出，故障 可編程（參數(shù)Par.3.7）NC，I≤50mA，U≤48VDC
21 RO1 繼電器輸出，
運(yùn)行 可編程，參數(shù)Par.3.10
22 RO1
23 RO1
24 RO2 繼電器輸出，
機(jī)械制動(dòng) 可編程，參數(shù)Par.3.14
25 RO2
26 RO2
DIA1
DIA2 D01故障
DIA3
DIB4 RO1運(yùn)行
DIB5
DIB6 Vacon
cx R02機(jī)械制動(dòng)
3AC M
M
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