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案例頻道1、引言
集裝箱裝卸機是集裝箱專用裝卸設備之一，可用于20ˊ、40ˊ國際標準集裝箱的裝卸、轉運及堆放等作業。其作業高度可以達到“堆六過七”。傳統的集裝箱裝卸機為了提高起動轉矩，采用繞線式異步電動機拖動，通過鼓形凸輪控制器的操作改變其轉子所串電阻調速。隨著電力電子技術發展和矢量控制技術的出現，現在人們普遍采用變頻器作為調速電源，用多極變頻異步電機取代原來的繞線式異步電動機，用PLC作為控制裝置進行無觸點控制。從而改善了調速性能，增加了系統的可靠性。本文以CHV100在贛州鐵路局貨運站的成功應用為例，闡述集裝箱裝卸機的變頻調速過程。
2、系統簡介
2.1集裝箱裝卸機的運行機構的構成。
主要由三部分組成：大車拖動系統、小車拖動系統、吊鉤拖動系統。
（1）大車拖動系統拖動整臺起重機順著車間方向左右移動（以司機的坐向為參考）
（2）小車拖動系統拖動吊鉤及重物順著橋架作前后運動。
（3）吊鉤拖動系統拖動重物作吊起或放下的上下運動，下面這種介紹吊鉤拖動系統。
2.2負荷特點
集裝箱裝卸機運行機構均屬于恒轉矩性質負載，且其吊鉤拖動系統為位能性負載，當吊鉤吊起重物下降或者快速減速運行時，電動機處于再生發電制動狀態。需要將電能通過反饋裝置反送給電網或者消耗在制動電阻上，以防止母線電壓過沖，變頻器過壓。
3、控制要求
3.1吊鉤拖動系統要求起動轉矩大，起動運行平穩。能夠實現正反運行且要有超載、限位、限流等多種保護。
3.2吊鉤拖動系統在啟、停過程中容易出現“溜鉤”問題。
由于制動器從抱緊到松開，以及從松開到抱緊的動作過程需要時間（約0.6s），從而電動機轉矩的產生或消失，是在通電或斷電瞬間就立刻反應的。因此，制動器和電動機在動作的配合上極易出現問題。如電動機已經通電，而制動器尚未松開，將導致電動機嚴重過載；反之，如電動機已經斷電，而制動器尚未抱緊，則重物必將下滑，即出現所謂的“溜鉤”現象。因此要有相應的防止措施。
3.3吊鉤拖動系統中要有機械抱閘裝置（機械制動器）。當重物吊在空中出現突然停電的情況，如果不加裝機械抱閘裝置，重物就會有下滑的危險。因此，吊鉤電動機軸上必須加裝制動器。常用的有電磁鐵制動器和液壓電磁制動器等。
4、系統構成與控制原理
4.1系統構成
4.1.1變頻器的選擇。
集裝箱裝卸機的大、小車（平移機構）拖動系統對系統的性能要求不高，為了節省成本，選用V/F控制方式的通用變頻器INVT-CHF100即可滿足要求。（本文從簡）；裝卸機吊鉤（提升機構）拖動系統要求有較高的起動轉矩和調速性能，必須采用矢量控制型變頻器。本文采用INVT-CHV100系列矢量變頻器。CHV100系列變頻器具有以下技術特點：
a、 起動轉矩：無PG矢量控制0.5Hz/150%（SVC）；有PG矢量控制0Hz/180%（VC）（零速全轉矩功能，又稱零伺服功能，即零速是電動機仍然能輸出180%的額定轉矩，使重物停在空中）。
b、過載能力：150%額定電流60s；180%額定電流10s
c、調速比：無PG矢量控制： 1：100；有PG矢量控制： 1：1000
d、速度控制精度：無PG矢量控制：±0.5%最高速度；有PG矢量控制：±0.1%最高速度。
吊鉤提升電機的功率為：75kw。為了保證足夠的起動和運行力矩，故將變頻器的容量放大一個規格。選用：INVT-CHV100-090G-4型變頻器+I/O擴展卡。為了節省成本，精簡控制系統，本方案采用無PG矢量的控制方式
4.1.2 PLC、HMI的選擇
日本三菱的FX2N-40MR；臺灣“威綸”觸摸屏 MT506LV
4.1.3制動單元的選擇
變頻器的制動單元應加大一個檔次，以便允許有較大的制動電流，縮短制動過程；制動電阻的額定功率應加大一倍。故選用：DBU-055-4（2個并聯）、制動電阻：13.6?/9600W（2個）。（也可以放大一個規格，直接選用能量回饋單元：RBU-110-4。）
4.2系統控制原理
4.1系統控制原理說明
4.1.1主令開關、超載、限位開關及變頻器的繼電器輸出信號1（故障輸出），作為三菱FX2N plc的輸入信號。
PLC的輸出信號控制變頻器的多功能輸入端子（控制變頻器的正反轉、多段速、故障復位、緊急停止等。）和主電源電路的通斷。
觸摸屏和PLC通過RS422串行接口相連，PLC中的接口程序在PLC中為觸摸屏設立數據讀取區及相關狀態標志，用于監視主鉤的高度、載荷、運行狀態、故障信息等。
（1-1）
系統控制原理圖
5、變頻器接線、調試要點及參數設置
5.1變頻器接線說明
5.1.1變頻器多功能輸入端子S1-S7、HDI用于控制變頻器的啟動、停止、正轉、反轉、多段速、故障復位、緊急停止。
5.1.2繼電器1輸出作為“故障輸出”；繼電器2輸出（FDT電平輸出）作為“抱閘/松閘”信號輸出。
5.1.3變頻器直流母線上并聯兩個DBU-055-4制動單元和制動電阻，用以消耗吊鉤下行過程中產生的能量，實現變頻器的四象限運行。
（1-2）
變頻器接線圖
5.2調試要點
5.2.1矢量參數的手動調節。由于現場不能脫離負載，無法進行參數自學習，故需要手動更改適量控制參數，優化控制性能。一般來說，可以遵循以下規律：低頻轉矩不夠，可以適當加大定子電阻；轉差率大可以適當增加轉子電阻。輸出電壓偏低，可以提高空載電流、定轉子電感和互感。此外，還可以適當調節“電流環”和“速度環”PI參數，他們將直接影響系統的動態響應和控制精度。
5.2.2抱閘與松閘的控制。無PG矢量控制方式在“0” Hz運行時無法達到額定輸出轉矩，故需要借助一個FDT電平（繼電器2輸出）功能，來提升控制功能。即：設置一個合適的FDT電平檢測值，讓變頻器運行到一定頻率后才打開機械抱閘裝置。FDT電平檢測值設置過高，容易跳“過載”或“過流”故障；FDT電平設置過低又不能提起重物，此處最終設定的FDT電平檢測值為5Hz。若采用有PG矢量控制方式則可以在“0” Hz運行時輸出一個控制信號去打開機械抱閘裝置。
5.2.3溜鉤問題處理。為了減少系統的“溜鉤”時間，盡量把減速時間設置得短些，此處設為0.1s。此外，PLC和變頻器時序邏輯的配合也相當重要。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號