安川變頻器的應(yīng)用第9講 安川A1000變頻器在大型高效起重機(jī)中的應(yīng)用

浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院 李方園

在大型起重機(jī)中，電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)要求控制功率大、調(diào)速范圍寬、故障維修快，安川A1000變頻器正好符合這些要求，結(jié)合西門子的分布式I/O控制系統(tǒng)，可以構(gòu)成高效性、安全性更高的控制系統(tǒng)。

安川變頻器；ET200分布式I/O；高效起重機(jī)

1 概述

物料搬運(yùn)成了人類生產(chǎn)活動(dòng)的重要組成部分，距今已有五千多年的發(fā)展歷史。隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，自動(dòng)化程度的提高，作為物料搬運(yùn)重要設(shè)備的起重機(jī)在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中應(yīng)用越來越廣，作用愈來愈大，對起重機(jī)的要求也越來越高。

起重機(jī)的更新和發(fā)展，在很大程度上取決于電氣傳動(dòng)與控制的改進(jìn)。將機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)相結(jié)合，將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、光纜技術(shù)、液壓技術(shù)、模糊控制技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械的驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的自動(dòng)化和智能化。大型高效起重機(jī)的新一代電氣控制裝置已發(fā)展為全電子數(shù)字化控制系統(tǒng)。主要由全數(shù)字化控制驅(qū)動(dòng)裝置、可編程控制器、故障診斷及數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、數(shù)字化操縱給定檢測等設(shè)備組成。

本文主要介紹安川A1000變頻器與西門子S7-300 PLC在大型高效起重機(jī)中的應(yīng)用。

2 大型高效起重機(jī)的電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

大型高效起重機(jī)電氣系統(tǒng)的控制包括：大車的左、右行及速度檔；小車的前、后行及速度檔；吊鉤的升、降及速度檔等。圖1所示為主要的硬件接線圖。起重機(jī)的控制器采用西門子S7-300 CPU315-2DP，通過PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線，既將電氣房I/O和司機(jī)室I/O連接起來，也將3臺(tái)安川A1000（即起升/1#大車變頻器、2#大車變頻器和小車變頻器）連起來。

圖1 大型高效起重機(jī)的硬件接線示意

在實(shí)際系統(tǒng)應(yīng)用中，西門子S7-300 PLC根據(jù)手柄編碼器的碼值變化，利用PLC特有的曲線功能，根據(jù)不同的工況作出不同的輸出曲線，向變頻器提供初級速度給定信號，并根據(jù)變頻器反饋的力矩、電流信號，結(jié)合轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、負(fù)載轉(zhuǎn)矩、速度反饋、加速時(shí)間等在PLC內(nèi)部進(jìn)行運(yùn)算，配合手柄信號、保護(hù)信號，向變頻器提供最終的給定信號，并不斷根據(jù)變頻器的反饋信號進(jìn)行精確的閉環(huán)調(diào)整，使變頻器能在PLC的精確控制下線性地運(yùn)行于恒功率狀態(tài)，提高生產(chǎn)效率。同時(shí)S7-300 PLC實(shí)時(shí)根據(jù)變頻器反饋的信息監(jiān)控變頻器及周邊元件的運(yùn)行狀態(tài)，對任何影響設(shè)備安全的微小的異常（如速度反饋、電壓、電流、力矩、編碼器、通訊、運(yùn)行精度的異常）及時(shí)檢出，以保證設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

由于安川A1000變頻器需要配置SI-P3通訊卡，采用與西門子PLC進(jìn)行PROFIBUS-DP進(jìn)行通訊。

3 安川A1000變頻器的閉環(huán)矢量控制

閉環(huán)矢量控制方式，主要用于高精度的速度控制、轉(zhuǎn)矩控制、簡單伺服控制等對控制性能要求嚴(yán)格的使用場合。在該方式下采用的速度傳感器一般是旋轉(zhuǎn)編碼器，并安裝在被控電動(dòng)機(jī)的軸端。閉環(huán)矢量控制方式的變頻調(diào)速是一種理想的控制方式，它有許多優(yōu)點(diǎn)，比如可以從零轉(zhuǎn)速起進(jìn)行速度控制，即使低速亦能運(yùn)行，因此調(diào)速范圍很寬廣，可達(dá)1000:1；可以對轉(zhuǎn)矩實(shí)行精確控制；系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度甚快；電動(dòng)機(jī)的加速度特性很好等優(yōu)點(diǎn)。因此，在大型高效起重機(jī)采用閉環(huán)矢量控制不失為一種好辦法。

在圖1所示的起重機(jī)控制系統(tǒng)中，安川A1000變頻器進(jìn)行閉環(huán)矢量控制一般應(yīng)遵循如下步驟：

（1）上電前檢查變頻器接線是否正確，編碼器接線是否對應(yīng)。

（2）確認(rèn)電機(jī)是否脫離減速機(jī)，做電機(jī)自學(xué)習(xí)功能，選擇控制模式A1-02=3（帶PG矢量控制），進(jìn)入變頻器菜單模式后顯示：T1-01=0（旋轉(zhuǎn)型自學(xué)習(xí)），T1-02~T1-08按電機(jī)參數(shù)和編碼器參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

自學(xué)習(xí)結(jié)束后變頻器顯示自學(xué)習(xí)完畢?？梢钥吹紼2（電機(jī)1的設(shè)定參數(shù)）電機(jī)參數(shù)和以前有變化，說明自學(xué)習(xí)成功。

（3）自學(xué)習(xí)結(jié)束后，接上負(fù)載運(yùn)行變頻器看U1-01（頻率指令）與U1-02（輸出頻率）是否正常，包括電機(jī)方向信號。

（4）起重機(jī)變頻器通常情況下為速度控制（即d5-01=0時(shí)），確認(rèn)正反轉(zhuǎn)是否正常。同時(shí)注意監(jiān)視參數(shù)U1各參數(shù)是否正常。如果速度控制時(shí)不正常，檢查編碼器和相關(guān)參數(shù)設(shè)置是否正確。

（5）為確保1#大車和2#大車同步運(yùn)行，可以建議2#大車為轉(zhuǎn)矩控制（即d5-01=1時(shí)），設(shè)定端子A1功能選擇為轉(zhuǎn)矩指令/速度限制時(shí)轉(zhuǎn)矩極限（H3-06=13時(shí)）。

如果出現(xiàn)電機(jī)只有正轉(zhuǎn)無反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)時(shí)無信號反饋不正常（U1-02不等于U1-01），此時(shí)可以將電機(jī)轉(zhuǎn)矩極性取反。具體做法：①將參數(shù)外部轉(zhuǎn)矩指令的極性反轉(zhuǎn)指令（H1-07=78時(shí)）；②變頻器多段速接線S2、S7，短接后引出一根線接開關(guān)，SC引出一根線接開關(guān)另一端，當(dāng)變頻器正轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)開關(guān)斷開，當(dāng)變頻器需要反轉(zhuǎn)時(shí)開關(guān)閉合。變頻器運(yùn)行時(shí)可以監(jiān)視參數(shù)U1-09轉(zhuǎn)矩指令是否在正常范圍。

表1 所示為起升/1#大車變頻A1000的參數(shù)列表。

表1 起升/1#大車變頻A1000的參數(shù)

4 高效起重機(jī)電控系統(tǒng)分布式I/O的設(shè)置

組建高效起重機(jī)的自動(dòng)化系統(tǒng)時(shí)，通常需要將過程的輸入和輸出集中集成到該自動(dòng)化系統(tǒng)中。如果輸入和輸出遠(yuǎn)離可編程控制器，將需要鋪設(shè)很長的電纜，對于移動(dòng)式的起重設(shè)備來說尤其不易實(shí)現(xiàn)，并且可能因?yàn)殡姶鸥蓴_而使得可靠性降低。分布式 I/O設(shè)備（這里采用ET200M）便是起重機(jī)系統(tǒng)的理想解決方案，即控制 CPU （西門子S7-300）位于中央位置，而I/O 設(shè)備（輸入和輸出）在不同的地方分布式運(yùn)行（此處有電氣房和司機(jī)室），同時(shí)通過功能強(qiáng)大的 PROFIBUS-DP 的高速數(shù)據(jù)傳輸能力，可以確保控制 CPU 和 I/O 設(shè)備穩(wěn)定順暢地進(jìn)行通訊。

ET 200M電氣接線按照圖2所示進(jìn)行。

圖2 ET 200M 電氣接線

如果該ET200M為唯一的一個(gè)分布式I/O，或者最后一個(gè)分布式I/O，必須打開連接器上的終端電阻。如圖3所示，啟動(dòng)SIMATIC管理器，然后建立一個(gè)帶有DP主站的新項(xiàng)目，除了OB1之外，還為項(xiàng)目創(chuàng)建OB82。接著從硬件目錄中插入PROFIBUS-DP上的 IM 153-2，并設(shè)置 IM 153-2上的 PROFIBUS地址為 3，最后將各個(gè)模塊從硬件目錄拖放到組態(tài)表上。

Application of Yaskawa A1000 Inverter in the Large-scale Efficient Crane

In the large cranes, the motor speed control system requires big power, wide speed range, and fast maintenance. The Yaskawa A1000 drive meets these requirements and can constitute the efficient and more secure control system with the help of Siemens Distributed I/O control system.

Yaskawa inverter; ET200 Distributed I/O; Efficient Crane