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1、電氣功能簡述
本機根據(jù)機構分布電氣驅動和控制系統(tǒng)分別設有上小車起升1,上小車起升2,下小車起升3,平移機構有上小車行走、下小車行走、大車鋼性腿行走、大車柔性腿行走。
各大機構的驅動都采用交流變頻傳動，變頻器采用YASKAWA的G7系列。變頻調速系統(tǒng)采用帶制動電阻的形式，就是把下降時的位能和制動時的能量消耗在電阻上。
控制系統(tǒng)采用可編程控制器（PLC）集中控制和起重機監(jiān)控系統(tǒng)，PLC采用美國通用公司（GE）的VersaMax系列。
本機電氣設備分別布置在電氣房、司機室等，各機構的操作均可在司機室內完成，起重機監(jiān)控系統(tǒng)可對起重機的運行情況跟蹤顯示和記錄。
2、供電裝置
供電方式由電纜卷筒將 3P 380V 50Hz的交流電源引至起重機上，電纜卷筒設有卷纜終止限位。
3、電氣控制系統(tǒng)
3.1 三臺55KW起升電機帶有脈沖編碼器和超速開關, 脈沖編碼器用于構成 閉環(huán)矢量控制, 超速開關用于電機的超速保護.
四臺5.5KW上小車電機中有一臺帶有脈沖編碼器, 脈沖編碼器用于構成帶PG的V/f閉環(huán)控制,提高上、下小車抬吊行走時的同步性.
下小車11KW電機帶有脈沖編碼器, 脈沖編碼器用于構成帶PG的V/f閉環(huán)控制, 提高上下小車抬吊行走時的同步性.
鋼性腿兩臺15KW的電機其中有一臺帶有脈沖編碼器, 脈沖編碼器用于構成帶PG的V/f閉環(huán)控制,提高鋼、柔腿的同步性.
柔性腿兩臺15KW的電機其中有一臺帶有脈沖編碼器, 脈沖編碼器用于構成帶PG的V/f閉環(huán)控制, 提高鋼、柔腿的同步性.
3.2 驅動器
3.2.1 起升1--3驅動器
采用YASKAWA的CIMR-G7A4075，帶 。
額定電流：165A
******電流：165AX1.5 1分鐘
包括:負荷開關
主接觸器
輸入電抗器
制動單元
PG—B2卡
操作界面
說明:
速度控制:上升、下降各四個檔位，在聯(lián)動臺上設置“額定速/倍速”選擇開關，供起重量小于40%額定載荷時倍速運行。電機在0~50Hz為恒力矩控制，50~100Hz為恒功率控制。
制動控制：提供制動器和控制功能，除急停之外，為零速制動。在松開制動器前確認傳動機構已產(chǎn)生足夠的轉矩，然后才打開制動器。以防止開車時的“溜鉤”。
限位開關控制：速度控制和限位開關檢測相互結合。
3.22 平移機構
上小車行走變頻器 CIMR-G7A4030
額定電流：65A
******電流：65AX1.5 1分鐘
下小車行走變頻器 CIMR-G7A4015
額定電流：34A
******電流：34AX1.5 1分鐘
剛性腿大車變變頻器 CIMR-G7A437
額定電流：80A
******電流：80AX1.5 1分鐘
柔性腿大車變變頻器 CIMR-G7A437
額定電流：80A
******電流：80AX1.5 1分鐘
制動控制:零速制動,急停為立即制動.
4、小車行走機構工作原理：
4.1.1 機械要求：在上小車的四臺驅動裝置中, 要求其中有一臺5.5KW的變頻電機自帶光電編碼器, 編碼器的型號及參數(shù)與安川變頻器的PG—B2速度控制卡配套.下小車11KW的變頻電機自帶光電編碼器, 編碼器的型號及參數(shù)與安川變頻器的PG—B2速度控制卡配套.
4.1.2 小車運行機構的控制方式采用“帶PG的V/f控制”, 光電編碼器的脈沖信號直接進入變頻器的PG—B2速度控制卡，供變頻器進行速度控制, 在上、下小車架上還各安裝了一個從動檢測輪檢測每臺小車在軌道上行走的距離,并將與距離相應的脈沖信號傳輸給PLC ，每一個脈沖對應小車在軌道上行走了1mm, 為便于敘述兩臺小車并車運行時小車同步的問題,將上小車脈沖信號用VXP1# 表示, 下小車的相應脈沖信號用VXP2# 表示.
4.1.3 兩臺并車運行時,將上小車作為主參考, 下小車作從動控制.
4.14 小車并車時同步控制原理：
當小車并車工作時，PLC實時測量上小車檢測輪發(fā)出的脈沖數(shù)和下小車檢測輪發(fā)出的脈沖數(shù)，PLC實時計算它們的脈沖數(shù)之差，在PLC內部進行PID運算（及比例+積分+微分運算），運算結果實時去調整下小車變頻器的設定頻率，使脈沖數(shù)之差始終為零或控制在一個很小的范圍內.
下小車的速度控制流程圖如下:
5、大車運行機構工作原理：
5.1 該門式起重機大車采用4臺15KW變頻電機驅動，其中鋼性腿2臺，柔性腿2臺，由于該起重機在機械設計上支腿與主梁的連接采用了一個柔性鉸支座連接，因此電器上為便于糾偏采用了分散傳動控制方式，即一臺變頻器控制鋼性腿的2臺變頻電機，另一臺變頻器控制柔性腿的2臺變頻電機。為了提高大車糾偏的動態(tài)響應速度及精度，鋼性腿和柔性腿兩臺變頻器都采用“帶PG速度卡”的閉環(huán)控制模式。因此要求鋼性腿的2臺變頻電機中有一臺自帶增量型光電脈沖編碼器，柔性腿的2臺變頻電機中也有一臺自帶增量型光電脈沖編碼器，它們發(fā)出的脈沖信號分別給各自變頻器的PG—B2速度控制卡，以構成 各自的速度閉環(huán)控制。
此可以稱為下同步（對鋼腿或柔腿是閉環(huán)控制，而對整個起重機大車行走而言是開環(huán)控制）。
5.2 為了提高該雙主梁門式起重機大車運行的可靠性及安全性，防止柔性鉸支座轉動角度過大，造成鋼結構的損傷，因此必須實時測量鉸支座的轉動角度，實時判斷每一時刻的轉動角度是否在允許范圍之內，(通常只允許鋼性腿和柔性腿行走的距離之差在±3‰跨度內)并實時糾偏。此角度的測量值應是絕對角度值，而不是角度變化量，不會因停電而丟失角度值，因此必須安裝絕對值編碼器，鑒于國產(chǎn)的1024/每轉 的絕對值編碼器產(chǎn)品質量還不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生誤碼等原因，因此建議采用進口（或合資）產(chǎn)品，如日本光洋、德國海德漢、 倍加福等，以保證電氣控制的可靠性。
5.3 柔性鉸支座轉動角度測量原理：
首先在柔性腿放置鉸支座的平臺上焊接一跟小號的槽鋼，槽鋼中心線的延長線要求經(jīng)過鉸子座的中心，槽鋼的另一自由端固定一根細鋼絲（要求無彈性，如測量專用鋼絲繩），鋼絲的另一端固定在一個測量轉動角度的小圓盤上，圓盤的中心固定在一只絕對值光電編碼器的轉軸上，光電編碼器又經(jīng)連接支架固定在主梁底端，設鉸支座的中心到槽鋼自由端的鋼絲繩端距離為L(m)，小圓盤的直徑為D（mm）,絕對值編碼器參數(shù)為1024/每轉，當鉸支座轉動了θ角度（弧度）后，絕對值編碼器的數(shù)值變化為ΔD，經(jīng)計算得出： ΔD=（θ*L*1000*1024）/（πd）通常小圓盤的周長πd=100mm、L=2m，現(xiàn)假設鋼性腿和柔性腿行走的距離之差為此36mm(即為門機跨度的1‰)，由高等數(shù)學知識：當θ角很小時有tgθ≈θ,因此鉸支座轉動的角度θ=1‰弧度，將此帶入上述等 式得ΔD=20個變化字。
由此可見測量裝置的測量精度是足夠的。
測量裝置示意圖如下：
5.4 上糾偏工作原理：
該門式起重在機械安裝結束后，電氣設備在投入工作前，應對柔性鉸支座處的絕對值編碼器的初始值進行標定。過程如下：首先機械安裝上確保此時主梁是與大車兩端軌道是垂直的，即此時柔性腿既不超前鋼性腿又不滯后鋼性腿，是標準的零偏差位置。然后調整絕對值編碼器的轉軸角度，使此時的角度值為512，為便于敘述方便假設當大車向右行走時，當柔性腿的行走距離多于鋼性腿的行走距離時，絕對值編碼器的數(shù)值變得大于512.（即當絕對值編碼器的數(shù)值大與512時，主梁柔性腿端是右偏的；當絕對值編碼器的數(shù)值變得小于512時，這說明此時主梁柔性腿端是左偏的）
PLC 實時讀取絕對值編碼器的數(shù)值，并判斷主梁柔性腿相對與鋼性腿是左偏了還是右偏了，當柔性腿是左偏時且大車是向左行駛時，此時PLC調慢柔性腿變頻器的速度，直到編碼器的數(shù)值為512，停止調整；如大車是向右行駛的，則PLC調快柔性腿變頻器的速度，直到編碼器的數(shù)值為512，停止調整；當柔性腿是右偏時，調整原理同上。這樣可以使絕對值編碼器的數(shù)值始終為512，即主梁不發(fā)生偏斜，達到實時糾偏的目的。
±3‰（對應108mm）報警值的設置，經(jīng)計算3‰偏斜時，絕對值編碼器的變化量為ΔD=60，所以當PLC檢測到絕對值編碼器的數(shù)值大于572（512+60）或小于452（512-60）時，聯(lián)動臺上的蜂鳴器報警、大車自動減速停止，同時聯(lián)動臺上的左偏指示燈或右偏指示燈點亮，此時將禁止大車鋼、柔腿聯(lián)動運行，司機可通過聯(lián)動臺上的大車工作模式選擇開關選擇柔腿單動模式或鋼腿單動模式，慢速點動調整其中一只腿的行走距離，使絕對值編碼器的數(shù)值調整回到452－572之間，然后再將大車的工作模式選擇開關選擇到聯(lián)動狀態(tài)繼續(xù)工作。此稱為手動糾偏。
5.5 為了提高大車的測量精度和控制精度，大車在控制方案上也可以在剛性腿和柔性腿上各安裝一個直徑600mm的檢測輪,在檢測輪上也安裝單圈絕對值編碼器，其信號也進入PLC進行讀取、轉換、差值計算、偏差調整控制。該方案測量精度高、不怕掉電。這樣一來大車就有兩套糾偏系統(tǒng)，提高了大車運行的可靠性。
大車控制流程圖如下：
6 起升機構工作原理：
為了增大起升機構的調速比，杜絕重載時溜鉤的發(fā)生，因此起升機構采用帶PG速度卡的矢量控制，電機在零速度時也可以得到150%的額定轉矩輸出。
如超載限制器設置了40%載荷（輕載）觸點輸出時，當?shù)踔匦∮?0%額定載荷時，此時如想提高工作效率可以將聯(lián)動臺上的起升選擇開關從額定速轉換到倍速運行，起升速度可以達到2倍的額定速度,此時變頻電機以100Hz運行，電機工作在恒功率狀態(tài).
7、 該機在聯(lián)動臺上還安裝了觸摸屏，以便于司機及時了解各種電氣狀態(tài)。
在司機室安裝有三合一的超載保護限制器，有各自吊重超載保護，也有三吊鉤吊重總和保護，上小車吊重差值保護。每個吊鉤還有40%欠載報警觸點輸出。
8、結束語
大型門機的電氣控制有很多，在設計方案的時候要依據(jù)實際情況而定。使其******限度地發(fā)揮性能。更好地為起重機的發(fā)展服務。
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