臺(tái)達(dá)VE系列變頻器在港機(jī)電纜卷筒上的應(yīng)用

/中達(dá)電通股份有限公司　喻然/

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臺(tái)達(dá)VE系列變頻器在港機(jī)電纜卷筒上的應(yīng)用

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摘要：本文從電纜卷筒的工作原理入手，對(duì)磁滯式電纜卷筒和變頻電纜卷筒進(jìn)行分析比較，指出變頻電纜卷筒在使用性能、機(jī)械故障率以及可擴(kuò)展性方面都更具有優(yōu)勢(shì)，使用變頻電纜卷筒將成為未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試完成模擬實(shí)驗(yàn)，得出測(cè)試結(jié)論：配備臺(tái)達(dá)VE系列變頻器的港機(jī)電纜卷筒能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)的各種工況要求。

關(guān)鍵詞：電纜卷筒；磁滯式電纜卷筒；變頻電纜卷筒；VE系列變頻器

1　電纜卷筒簡(jiǎn)介

電纜卷筒是為大型移動(dòng)設(shè)備提供動(dòng)力電源、控制電源或控制信號(hào)的電纜卷繞裝置，廣泛應(yīng)用于港口門(mén)座起重機(jī)、集裝箱起重機(jī)、裝船機(jī)、龍門(mén)式起重機(jī)等類似工況的重型機(jī)械設(shè)備上（見(jiàn)圖1）。

圖1　電纜卷筒

2　臺(tái)達(dá)VE系列變頻器簡(jiǎn)介

臺(tái)達(dá)VE系列變頻器非常適合產(chǎn)業(yè)機(jī)械方面的高端應(yīng)用，既可用作速度控制又可用于伺服位置控制。該系列變頻器具有豐富的多功能I/O供靈活應(yīng)用，并提供基于Windows的PC監(jiān)控軟件進(jìn)行參數(shù)管理與動(dòng)態(tài)監(jiān)控，為排除負(fù)載調(diào)試問(wèn)題提供了強(qiáng)大的解決方案（見(jiàn)圖2）。

圖2　臺(tái)達(dá)VE系列變頻器

臺(tái)達(dá)VE系列變頻器技術(shù)參數(shù)如下：

1）輸出頻率0.1～600Hz；

2）采用伺服的強(qiáng)健式控制；

3）在0速、高低速PI增益及頻寬設(shè)定；

4）與速度閉環(huán)控制模式，零速時(shí)保持轉(zhuǎn)矩可達(dá)到150%；

5）過(guò)負(fù)載：150%可達(dá)1min，200%可達(dá)2s；

6）原點(diǎn)復(fù)歸、脈沖跟隨、16點(diǎn)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)位置控制；

7）位置/速度/轉(zhuǎn)矩控制模式；

8）超強(qiáng)的張力控制、收放卷功能；

9）32位CPU，高速版本最高可輸出3333.4Hz；

10）支持雙RS 485及監(jiān)控軟件；

11）內(nèi)置主軸定位換刀；

12）可驅(qū)動(dòng)高速電主軸；

13）具有主軸定位、剛性攻牙等能力。

3　電纜卷筒的工作原理

通過(guò)卷筒電機(jī)提供固定方向合適的力矩，使大車在正向運(yùn)行時(shí)能將電纜收起在卷盤(pán)上；當(dāng)反向運(yùn)行時(shí)，電纜被大車拖拽而出，同時(shí)保證一定的拉力使電纜不松散。一般分為磁滯式電纜卷筒和變頻電纜卷筒。

3.1磁滯式電纜卷筒

磁滯式電纜卷筒的關(guān)鍵在于磁滯聯(lián)軸器，由磁盤(pán)通過(guò)磁耦合帶動(dòng)感應(yīng)磁盤(pán)旋轉(zhuǎn)。如果負(fù)載力超過(guò)磁耦合力，負(fù)載就可以反轉(zhuǎn)，而不會(huì)讓電機(jī)堵轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。磁滯式電纜卷筒的力矩通過(guò)調(diào)整電機(jī)頭的數(shù)量來(lái)調(diào)節(jié)，一般采用ABB1.5kW電機(jī)，數(shù)量可為1～4個(gè)，個(gè)別情況下可為5個(gè)（見(jiàn)圖3）。

圖3　磁滯式電纜卷筒

3.2變頻電纜卷筒

變頻電纜卷筒使用一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)使用死循環(huán)力矩控制，通過(guò)減速機(jī)帶動(dòng)集電環(huán)旋轉(zhuǎn)。同時(shí)，通過(guò)收放卷功能，實(shí)時(shí)調(diào)整輸出力矩，避免拉壞電纜（見(jiàn)圖4）。

3.3磁滯電纜卷筒與變頻電纜卷筒的比較

變頻電纜卷筒相對(duì)磁滯電纜卷筒，在使用性能、機(jī)械故障率以及可擴(kuò)展性方面都更具優(yōu)勢(shì)。但同時(shí)，由于變頻電機(jī)和減速機(jī)的價(jià)格都比同型號(hào)的磁滯電纜卷筒的價(jià)格要高，因此其相對(duì)成本更高。通過(guò)比較（見(jiàn)表1）可以看出，未來(lái)使用變頻電纜卷筒將成為一種趨勢(shì)。

4　現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試

（1）機(jī)械參數(shù)

圖4　變頻電纜卷筒

表1　磁滯電纜卷筒與變頻電纜卷筒的比較

電機(jī)型號(hào)：功率7.5kW，17.3A；變頻器型號(hào)：VFD075V43A-2+EMV-PG02O+PD-01；根據(jù)機(jī)械參數(shù)確定相關(guān)數(shù)據(jù)：最小卷徑1600mm，最大卷徑4000mm，厚度83mm。

（2）變頻器關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置（張力控制）

1）張力控制選擇08-21=4，張力開(kāi)回路；

2）機(jī)械傳動(dòng)比：實(shí)際為77∶1，由于設(shè)置原因先設(shè)置成77∶2；

3）08-23=77；

4）08-24=2；

5）卷徑來(lái)源08-42=2由厚度積分計(jì)算；

6）最大卷徑（滿盤(pán)卷徑）08-43=4000mm，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)整；

7）最小卷徑（空盤(pán)卷徑）08-44=1800mm，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)整；

8）初始卷徑（清零卷徑）08-46=1800mm，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)整，在過(guò)坑限位動(dòng)作時(shí)將卷徑清為此值；

9）材料厚度08-51=41.5mm（實(shí)際83mm，由于設(shè)置原因，設(shè)置為一半，與08-23，24配合設(shè)置，等效為實(shí)際值）；

10）當(dāng)前卷徑08-54=不需要設(shè)置；

11）張力設(shè)定來(lái)源08-76=1模擬量輸入；

12）模擬量信號(hào)03-00=15張力設(shè)定值，張力開(kāi)回路；

13）張力最大值08-77=3196N；

14）轉(zhuǎn)矩前饋增益08-85=0；

15）速度限制07-25=100%。

圖5～11為現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試情況。

圖5　電機(jī)詳細(xì)參數(shù)

圖6　變頻器接線圖

圖7　柜內(nèi)組件圖

圖8　堵轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)

圖9　模擬反拖實(shí)驗(yàn)（1）

圖10　模擬反拖實(shí)驗(yàn)（2）

圖11　現(xiàn)場(chǎng)波形

5　測(cè)試結(jié)果

整個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)滿足電纜卷筒的各種工況：調(diào)試工況使用的點(diǎn)動(dòng)控制正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)；起重機(jī)正向行走時(shí)自動(dòng)正向卷纜，起重機(jī)反向行走時(shí)反向放纜；上位機(jī)控制電纜卷筒系統(tǒng)運(yùn)行和停止，電纜卷筒系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)向上位機(jī)提供故障信號(hào)。保持合適的轉(zhuǎn)矩，在卷盤(pán)圈數(shù)較少時(shí)不會(huì)拉壞電纜，卷盤(pán)圈數(shù)較多時(shí)能完成收放纜。