¿Cómo frenar y cerrar el mecanismo de elevación para detener una grúa metalúrgica después de un corte de energía?

1. Análisis del sistema original:

Situación del puente grúa:

El puente grúa (Grúa) es un tipo de grúa que se utiliza para levantar, bajar y transportar. Objetos pesados ​​Los equipos de elevación y manipulación que mueven objetos pesados ​​horizontalmente dentro de una cierta distancia tienen aplicaciones importantes en el proceso de producción. El sistema de accionamiento eléctrico original del puente grúa de 5 toneladas se divide en tres partes: elevación de grúa, carro y carro. La elevación de la grúa es impulsada por un motor asíncrono enrollado de 13 kW, el carro es impulsado por dos motores asíncronos enrollados de 4 kW y el carro es impulsado por un motor asíncrono enrollado de 2,5 kW. En el control de transmisión original, se utiliza el método de regulación de velocidad del rotor conectado en serie con una resistencia. Debido al mal ambiente de trabajo, el polvo y los gases nocivos son altamente corrosivos para el anillo colector, las escobillas y los contactores del motor. , la carga de trabajo es pesada y la tasa de sobrecarga real es alta. Debido a la gran corriente de entrada, es fácil hacer que los contactos del motor se quemen, las escobillas se incendien y las resistencias en serie del motor y el rotor se quemen. y roturas, etc., lo que afecta la producción y la seguridad en el sitio, y la cantidad de mantenimiento requerido por los trabajadores y los costos de mantenimiento incurridos también son muy altos. Además, el método de regulación de velocidad original tiene propiedades mecánicas deficientes y la regulación de velocidad no lo es. lo suficientemente suave y las resistencias en serie se calientan durante mucho tiempo y desperdician energía. En resumen, las principales deficiencias del equipo original son las siguientes:

(1) El motor de arrastre tiene una gran capacidad y la corriente tiene un gran impacto en la red eléctrica durante el arranque, lo que genera un desperdicio grave. de energía eléctrica.

(2) La velocidad de elevación de la grúa, el arranque y parada del carro y el carro son demasiado rápidos, y todas son cargas inerciales, el impacto mecánico también es grande, la vida útil del. El equipo mecánico se acorta y el factor de seguridad de los operadores es deficiente. La confiabilidad del funcionamiento del equipo es baja.

(3) Dado que el motor siempre funciona al par nominal y la carga cambia cada vez que se levanta, es fácil provocar un desperdicio relativamente grande de energía eléctrica.

(4) Las grúas requieren un gran número de operaciones de carga y descarga cada día ya que la regulación de velocidad del motor de bobinado se conecta y desconecta del rotor del motor a través del contactor de CA, principal componente de control del accionamiento eléctrico. La resistencia conectada en serie cambia con mucha frecuencia y, cuando la corriente es relativamente grande, es fácil quemar los contactos. Al mismo tiempo, debido al duro entorno de trabajo, las resistencias de cobre conectadas en serie en el circuito del rotor a menudo se queman y rompen debido al polvo, la vibración del equipo y otras razones. Por lo tanto, la tasa de fallas del equipo es relativamente alta y la carga de trabajo de mantenimiento es relativamente grande. De manera similar, los problemas anteriores también existen en el funcionamiento de automóviles pequeños y grandes.

(5) En el momento en que se levanta la grúa, el motor de elevación a veces recibe una fuerza desigual y se sobrecarga fácilmente, causando directamente daños al motor o rotura del cable metálico.

(6) Para adaptarse a las condiciones de trabajo de la grúa, los operadores de grúa a menudo realizan operaciones repetidas. Los componentes eléctricos y el motor de la grúa siempre están en un estado de trabajo de alta corriente, lo que reduce el tiempo de trabajo. vida útil de los componentes eléctricos y del motor.

(7) La coordinación del trabajo de la grúa depende principalmente de la competencia del operador. Dado que no existe una conexión fija entre los tres controladores de levas del elevador, el carro y el trole, la intensidad de trabajo del operador es relativamente alta cuando la grúa está funcionando y el operador es propenso a fatigarse y operar mal.

En vista de las deficiencias de las tecnologías existentes mencionadas anteriormente, la grúa reconstruida adopta tecnología avanzada de control programable (PLC) y tecnología de convertidor de frecuencia, reemplazando los relés con control de programa: control de contactor, CA y regulación de velocidad del motor. El método adopta una regulación de velocidad de frecuencia variable, logrando así un control semiautomático de la grúa.

2. Plan de transformación:

Existen muchos métodos de regulación de velocidad para motores de CA. Ante las deficiencias de las tecnologías existentes antes mencionadas, el que presenta un mejor rendimiento integral es. El método de regulación de velocidad de frecuencia variable.

2.1 Sistema de arrastre

1. Selección del motor

A. Los motores de carros y carros pueden utilizar motores asíncronos de rotor de jaula ordinarios

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Motivo;

B. Debido a los requisitos relativamente altos para los motores de elevación, se deben utilizar motores asíncronos de rotor tipo jaula

dedicados a la conversión de frecuencia.

El sistema de equipamiento original utiliza un motor asíncrono bobinado. Por motivos económicos, también se puede utilizar cortocircuitando el circuito del rotor.

2. Método de regulación de velocidad

Adopte el actual sistema internacional de regulación de velocidad de conversión de frecuencia de tecnología avanzada con función de control vectorial. Después de la conversión de frecuencia, la velocidad se puede controlar en diferentes marchas. Generalmente, funciona a 6 velocidades y puede cambiar libremente de baja a alta.

3. Método de frenado

Adopte un método que combine frenado regenerativo, frenado CC y frenado mecánico electromagnético.

A. Primero, a través del frenado regenerativo y el frenado de CC del sistema de control de velocidad del convertidor de frecuencia, la velocidad del carro en movimiento, el carro y la grúa se reduce de manera rápida y precisa a 0 (deteniéndolos); p>

B. Para las grúas, los objetos pesados ​​a menudo permanecen en el aire durante un período de tiempo (como los objetos pesados ​​que se trasladan en el aire. Aunque el sistema de control de velocidad de frecuencia variable puede hacer que los objetos pesados ​​estén estacionarios, el El equipo es susceptible a sufrir interferencias de factores externos (como cortes instantáneos de energía que a menudo ocurren durante la traducción), por lo tanto, el uso de frenos electromagnéticos para el frenado mecánico sigue siendo necesario.

2.2 Puntos de control del sistema de regulación de velocidad de frecuencia variable

Las acciones de control del sistema de arrastre del puente grúa incluyen: el recorrido izquierdo y derecho del carro y el engranaje de velocidad trasero; engranajes de traslación y velocidad; engranajes de elevación, descenso y aceleración de grúas, etc. Todos ellos pueden controlarse sin contacto mediante un controlador programable (PLC).

Lo que necesita atención en el sistema de control del puente grúa es el control para evitar que el gancho se deslice. Antes de agarrar el freno electromagnético e inmediatamente después de soltarlo, es muy fácil que el objeto pesado se deslice hacia abajo desde el estado detenido, lo que se denomina gancho deslizante.

Las cuestiones clave a las que se debe prestar atención al controlar el gancho para evitar que se deslice son:

1) El freno electromagnético tarda tiempo entre el encendido y el apagado (o desde el apagado hasta el encendido)

, aproximadamente 0,6 segundos (dependiendo del modelo y tamaño). Por lo tanto, si el inversor detiene la salida prematuramente, se deslizará fácilmente.

2) El convertidor de frecuencia debe evitar emitir una frecuencia más alta cuando el freno electromagnético está activado, para evitar un mal funcionamiento debido a un disparo por "sobrecorriente".

A estos efectos, los métodos de control específicos son los siguientes:

1. Proceso de control de parada de objetos pesados ​​a gran altura

A. Establezca una "frecuencia de parada y arranque" fBS Cuando la frecuencia de funcionamiento del inversor caiga

a fBS, el inversor emitirá una "señal de llegada de frecuencia" y emitirá un comando de apagado del electroimán del freno. >

B. Establezca un tiempo de mantenimiento de fBS tBB. La longitud de tBB debe ser ligeramente mayor que el tiempo necesario para que el electroimán del freno se libere desde el principio para frenar por completo.

C. El convertidor de frecuencia; La frecuencia de funcionamiento caerá a 0.

Figura 1-1 Proceso de control para detener objetos pesados ​​a gran altura

2. El proceso de levantar y bajar objetos pesados

A. Establezca una "frecuencia de inicio de subida y bajada" fRD Cuando la frecuencia de funcionamiento del inversor aumente a fRD

, el aumento se suspenderá. Para garantizar que cuando se suelta el electroimán del freno, el convertidor de frecuencia pueda controlar la elevación y el descenso del objeto pesado sin deslizar el gancho. Por lo tanto, cuando la frecuencia de funcionamiento alcance fRD, el convertidor de frecuencia comenzará a detectar la corriente y se configurará. el límite de corriente de detección el tiempo requerido tRC;

B. Cuando el inversor confirma que hay suficiente corriente de salida, emitirá un "comando de liberación

" para comenzar a energizar el electroimán de freno;

C. Establezca un fRD El tiempo de mantenimiento tRD, la longitud de tRD debe ser ligeramente mayor que el tiempo necesario para que el electroimán del freno se libere completamente de su energía;

D. El convertidor de frecuencia aumentará la frecuencia de funcionamiento a la frecuencia requerida.

Como se muestra en la Figura 1-2:

3. Función de par total de velocidad cero y función de excitación de frenado de CC del inversor.

Vector de alto rendimiento de Emerson El inversor de la serie TD3000 tiene algunas funciones de frenado únicas que pueden prevenir eficazmente que el gancho se deslice, como:

A. El inversor con función de par completo de velocidad cero puede mantener el motor en funcionamiento cuando la velocidad es 0.

La máquina tiene suficiente par.

Esta función asegura que cuando el estado de elevación de la grúa cae a 0, el motor pueda detener el objeto pesado en el aire hasta que el freno electromagnético sujete el eje, evitando así la liberación del gancho deslizante.

B. Función de excitación fuerte de CC antes del arranque El inversor puede realizar automáticamente una excitación fuerte de CC antes del arranque. Haga que el motor tenga suficiente torque (control vectorial con sensor de velocidad: 200 rpm; control vectorial sin sensor de velocidad: 150/0,5 Hz) para mantener el estado de parada del objeto pesado en el aire para garantizar que el freno electromagnético no se detenga durante la liberación. El proceso se deslizará.

3. Ventajas e introducción del sistema de regulación de velocidad de conversión de frecuencia para puentes grúa

3.1 Ventajas del sistema de control de regulación de velocidad de conversión de frecuencia

1. El sistema de control de regulación de velocidad del convertidor de frecuencia tiene una fuerte función de protección

A. La regulación de velocidad de frecuencia variable es superior a cualquier método de regulación de velocidad anterior debido a su excelente rendimiento, como tamaño pequeño, gran versatilidad, respuesta dinámica rápida, alta frecuencia de operación, rendimiento de protección perfecto, buena confiabilidad y facilidad de uso;

B. El uso de un convertidor de frecuencia para controlar el funcionamiento del motor puede arrancar suavemente el motor, lo que permite que el motor tenga una respuesta dinámica rápida y logre una regulación continua de la velocidad, además, algunos parámetros de el motor se puede compensar; puede detectar pérdida de fase, subtensión, sobretensión, sobrecorriente, etc. de la fuente de alimentación de manera oportuna y precisa y tomar automáticamente medidas de contingencia para proteger el motor;

2. El La confiabilidad del trabajo se mejora significativamente, incluyendo principalmente los siguientes aspectos:

A. La vida útil del electroimán se puede extender considerablemente. El sistema de arrastre original frena en estado de movimiento. Después de usar la regulación de velocidad de frecuencia variable, puede. básicamente se detiene en un estado detenido al mantener el freno, el desgaste de la piel del freno mejora enormemente;

B. La manija de operación no se daña fácilmente La manija de operación del sistema original a menudo está sujeta a. fuerza excesiva y es una pieza de desgaste. Después de adoptar la regulación de velocidad de frecuencia variable, la fuerza sobre la manija de operación se reducirá considerablemente y no se dañará fácilmente;

C. La tasa de falla del sistema de control se reduce considerablemente El sistema original se debe. al muy complejo sistema de contactores y relés controlados, la tasa de fallas es mayor. Después de adoptar el sistema de control de velocidad de conversión de frecuencia, el sistema de control se puede simplificar enormemente y la confiabilidad mejora considerablemente.

3. El efecto de ahorro de energía es muy impresionante. Cuando el motor asíncrono del rotor bobinado funciona a baja velocidad, la resistencia externa del circuito del rotor consume una gran cantidad de energía eléctrica. Después de adoptar el sistema de regulación de velocidad de conversión de frecuencia, no solo se puede ahorrar por completo la gran cantidad de energía eléctrica consumida en la resistencia externa, sino que también cuando la grúa baja el objeto pesado, también se puede retroalimentar la energía potencial liberada por el objeto pesado. a la fuente de alimentación.

5. La calidad de la regulación de velocidad ha mejorado significativamente después de adoptar el sistema de regulación de velocidad de frecuencia variable, el rango de regulación de velocidad es 1:1000 con control vectorial PG y 1:100 sin control vectorial PG. La precisión del control de velocidad es 0,05 para el sensor de velocidad. control y 0,5 para control vectorial sin sensores de velocidad. Tiene la frecuencia más alta y una regulación de velocidad suave, puede funcionar a baja velocidad durante mucho tiempo y tiene una alta precisión de posicionamiento y eficiencia operativa.

6． La cadena de transmisión se puede simplificar, ya que puede realizar una regulación continua de la velocidad, la caja de engranajes reductora de diseño no estándar se elimina mecánicamente, lo que hace que la cadena de transmisión tenga una estructura simple y un diseño estandarizado.

3.2 Introducción al sistema de control de velocidad de frecuencia variable

1. El mecanismo de funcionamiento de los automóviles grandes y pequeños El automóvil grande tiene una estructura de doble viga y es impulsado por dos 4KW. motores eléctricos respectivamente. El inversor (15 KW) suministra energía; el automóvil es impulsado por un único motor de 2,5 KW y es alimentado por un inversor separado (3,7 KW).

Los inversores para automóviles tanto grandes como pequeños están preestablecidos para el modo de control V/F. Los diagramas del sistema grande y del carro se muestran en las Figuras 1-3 y 1-4;

Figura 1-3 Diagrama del sistema de desplazamiento del carro grúa

Figura 1-4 Sistema de desplazamiento del carro grúa Figura

2. Mecanismo de elevación de la grúa El motor de elevación de la grúa es accionado por un motor eléctrico (13KW).

El diagrama de bloques del sistema se muestra en la Figura 1-5:

3. Unidad de frenado y resistencia de frenado Este sistema utiliza una unidad de frenado externa (serie TD3000) conectada al convertidor de frecuencia para regenerar la energía eléctrica del motor. cuando se baja el objeto pesado. Los modelos de inversor de 22 KW y menos tienen una unidad de frenado incorporada; sin embargo, todas las resistencias de frenado deben conectarse externamente) y la resistencia de frenado debe consumirse; En vista de las características de que el mecanismo de elevación del puente grúa arranca y frena con frecuencia, requiere un gran par de frenado y el estado de frenado dura mucho tiempo al descender, por lo tanto:

A. Frenado del La unidad puede realizar la función del proceso de frenado con la configuración estándar.

B. La potencia nominal de la resistencia de frenado se puede duplicar ligeramente.

El diagrama de bloques general del sistema es el siguiente:

4. Selección del controlador programable (PLC):

Para esta solución, se utiliza el controlador programable compacto americano serie EC20. Se selecciona Controlador de programa. El controlador programable de la serie EC20 es una nueva generación de controlador programable lanzado por EMERSON dedicado al campo de la automatización industrial. Representa el más alto nivel de control de automatización industrial y es la combinación perfecta de la última tecnología informática y de control industrial. Las características principales son las siguientes:

· Tamaño pequeño y estructura compacta

· Utilizando los últimos chips especiales de control industrial MCU y CPLD potentes

· Rico; Recursos de hardware, alta velocidad de ejecución;

·Potente función de red: admite protocolo MODBUS y protocolo de puerto libre;

·Potente conjunto de instrucciones de usuario, que incluye PID y otras instrucciones complejas;

· Diseño antiinterferencias único, función de protección de apagado para datos importantes;

· Tratamiento estricto de tres pruebas de paneles, diseño de amplio voltaje, adaptable al entorno hostil del sitio.

El PLC completa la coordinación de diversas condiciones de trabajo de la grúa de acuerdo con el programa de control e ingresa señales de control, y determina los diversos estados de trabajo de la grúa. El diseño del software del sistema se programa utilizando el lenguaje de diagrama de escalera de PLC. El control PLC funciona de manera confiable, tiene una velocidad de escaneo rápida y su control es muy flexible.

5. Selección del convertidor de frecuencia:

Para esta solución, se selecciona el convertidor de frecuencia de la marca Yaskawa como convertidor de frecuencia.

Cuando se utiliza un convertidor de frecuencia para accionar un motor asíncrono para regular la velocidad, el convertidor de frecuencia generalmente debe seleccionarse en función de la corriente nominal del motor asíncrono, o el convertidor de frecuencia debe seleccionarse en función de la corriente real. Valor (valor máximo) del motor asíncrono durante el funcionamiento. Normalmente, se debe seleccionar el convertidor de frecuencia. La corriente nominal del convertidor de frecuencia ≥ (1,05~1,10) la corriente nominal del motor o la corriente máxima del motor en funcionamiento real. .

I1nv≥(1.05～1.10)In o (1.05～1.10)Imax

En la fórmula, I1nv: la corriente de salida nominal del convertidor de frecuencia (A);

In: la corriente nominal del motor (A);

Imax: la corriente máxima real del motor (A).

El desplazamiento de camiones y carros de gran tamaño es una carga general, por lo que es accionada por inversores de la serie Yaskawa y Yaskawa. Para el motor de elevación de la grúa, considerando la carga funcional, siempre arranca y frena con carga pesada durante la operación. Y requiere arrancar y frenar lo más rápido posible. La capacidad del convertidor de frecuencia se calcula según la fórmula anterior. De acuerdo con la situación real, después de una consideración exhaustiva del rendimiento, el precio y el servicio posventa de convertidores de frecuencia similares, se seleccionó como convertidor de frecuencia el convertidor de frecuencia con control vectorial de alto rendimiento de Yaskawa Company. El inversor Yaskawa adopta el actual método de control vectorial internacionalmente avanzado. Al desacoplar la corriente de excitación del motor y la corriente de torque, puede lograr una respuesta rápida y un control preciso del torque, y puede realizar una operación de regulación de velocidad de amplio rango con alta precisión.