16吨行车卷扬变频技术改造

摘 要：通过介绍ACS800变频器与西门子S7-200PLC在轧钢厂成品跨行车卷扬上改造上的成功应用案例，对变频控制柜设计及变频器关键参数设置、主要电气元件选择、制动参数计算和PLC部分程序进行了充分说明。

关键词：卷扬 变频器 PLC 制动

中图分类号：U463 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）01（a）-0120-01

1 变频控制柜设计

变频柜组成：变频柜由电源进线空开、接触器、变频器、输出电抗器、制动电阻、可编程控制器PLC、中间继电器和仪表等通过电气连接组成。

变频器容量计算：P>=K1KPm/ηcosφ

式中：cosφ为电动机功率因数，约0.75；

η为电动机的效率，约0.85；

K为电流波形的修正系数，PWM方式取1.05～1.10；

Pm为负载所需要的电机轴输出功率，kW；

K1为容量补偿系数，取1.1～1.2；

P为所需变频器的容量，kV·A；

卷扬电机型号为YZR225M1—6，37 kW，根据公式计算可得变频器容量为70 kV·A。

变频器选型。

选用ABB公司的ACS800系列变频器，变频器型号：ACS800-04-0070-3+D150+P901，带直接转矩控制DTC。

输入：上升、下降、速度编码1档、速度编码2档、速度编码3档、复位。

输出：抱闸、故障、输出电压、输出电流。

PLC选型。

输入点11点：上升、下降、速度1档、速度2档、速度3档、速度4档、凸轮控制器零位、故障复位、上升限位、变频器故障、主电源接通。

输出点7点：上升、下降、速度编码1档、速度编码2档、速度编码3档、主接触器吸合、故障复位。

出于性价比的考虑，选用S7-200系列CPU224可编程控制器，14点输入，10点输出，已能满足要求。

电源进线空开选择：为了避免断路器的非正常跳闸，断路器的容量选用变频器额定电流的1.3倍，电磁脱扣整定值为断路器额定值的5倍，以便在过电流或短路事故时自动切断电源。

进线接触器选择：容量按变频器额定电流选用，选170 A。

输出电抗器选择：选用与电机额定电流相等（72 A），电感量为0.059 mH的输出电抗器。

中间继电器选择：选用OMRON的微型继电器MY4NJ—DC24V。

2 变频器设置

关键参数设置。

电机额定电压380 V；电机额定电流71.9 A；电机额定频率50 Hz；电机额定转速37 kW。

直接转矩控制DTC；识别时，应解开负载，只带电机进行优化识别。

1档的恒速值700 r/rpm；2档的恒速值750 r/rpm；3档的恒速值850 r/rpm；4档的恒速值950 r/rpm。

恒定速度的选择和取值DI3，4，5；速度1档，速度2档，速度3档，速度4档。

选择直流励磁功能=（起动转矩大）CNST/DC/MAIN，3；电机启动时预励磁时间500 ms。

加速时间（从0速到给定最大速度）0.65 s；减速时间（从给定最大速度到0速）1.2 s。

速度控制的比例增量31。速度控制的积分时间0.2 s。

加速时间（从0转矩到给定最大转矩） 1.0 s。减速时间（从给定最大转矩到0转矩） 1.4 s。

制动电阻的电阻值80 hm；定义电阻器的热时间常数60 s；最大连续制动功率值50 kW。

直流电压>极限电压且电机给变频器供电时工作AS GENERATOR。

制动器打开的延时时间0.1 s；制动器闭合的延时时间0.2 s。

定义制动器开始闭合时的速度值设定450 rpm。

电机制动器释放点上的起动转矩160%；停止时电机保持励磁重起时间55 s。

3 制动参数计算

3.1 制动电压选择

制动单元的电压选择范围从630 V到800 V都有进口变频器的参数选择可以适应于不同电压范围，在国内使用时，必须按国内的电网特点进行选择。

（1）制动电压必须足够高，不能因为电网电压升高喊而使制动单元误动作。

（2）制动电压应该足够低，尽量使变频器工作在额定电压附近，对设备安全运行有最大保证。

3.2 制动力矩计算

要有足够的制动力矩才能产生需要的制动效果，制动力矩太小，变频器仍然会过压跳闸。制动力矩越大，制动能力越强，制动性能越好。但是制动力矩要求越大，设备投资也会越大。制动力矩精确计算困难，一般进行估算就能满足工程要求。按100%制动力矩设计，可以满足90%以上的负载。对电梯、提升机、吊车，按100%；开卷和卷起设备，120%计算。

3.3 制动电流计算

I=P（制动电流安培数）=电机千瓦数。

即每千瓦电动机需要1 A制动电流就可以有100%制动力矩。

3.4 制动电阻计算和选择

制动电阻R=700（制动电压）/P（电机功率）

电阻功率Q=电动机功率P×制动频度Kc

3.5 制动单元安全极限

流过制动单元的电流值为700/R，这个电流不可以大于制动单元允许的最大电流。

综合计算，制动电阻最终选用8 Ω，50 kW。

4 PLC部分程序功能

主钩上升/正反速度1程序：

LD 主钩上升输入：I0.0

A 正反转速度1：I0.2

LD 主令零位：I1.0

O 上限位：I1.2

NOT

LPS

A M21.0；正转上升命令触发中间变量M21.0。

= M21.0

LPP

ALD

O M21.0

= M21.0

= M10.0

TOF T33， 2；T33，从上升到零位时，延时20MS时间作为下降沿用。

TON T35， 12；上升切换下降或下降切换上升时延时120MS复位对方置位信号。

主钩上升到零位时切换延时程序：

LD 主令零位：I1.0

A T33

ED

TOF T37， 200；T37定时器中的时间必与变频器说明书中42.09参数时间相对应，时间不应用超过45S-60S。

S M20.1， 2

5 结语

16 t行车卷扬变频改造后，系统可靠性大大提高了，而且满足了生产快节奏的要求。运行以来，故障率明显降低，电机寿命得到了显著延长。实践证明改造是成功的，值得进一步推广。

参考文献

[1]张建平，陈舜乾.变频调速系统在50/10t桥式起重机上的应用[J].设备管理与维修，2006（4）：24.

[2]牛广君.PLC、定子调压装置及变频器在行车上的应用[J].科技资讯，2011（28）.