台达VE系列变频器在港机电缆卷筒上的应用

/中达电通股份有限公司　喻然/



台达VE系列变频器在港机电缆卷筒上的应用

/中达电通股份有限公司喻然/

摘要：本文从电缆卷筒的工作原理入手，对磁滞式电缆卷筒和变频电缆卷筒进行分析比较，指出变频电缆卷筒在使用性能、机械故障率以及可扩展性方面都更具有优势，使用变频电缆卷筒将成为未来发展趋势。同时，通过现场调试完成模拟实验，得出测试结论：配备台达VE系列变频器的港机电缆卷筒能够满足现场的各种工况要求。

关键词：电缆卷筒；磁滞式电缆卷筒；变频电缆卷筒；VE系列变频器

1　电缆卷筒简介

电缆卷筒是为大型移动设备提供动力电源、控制电源或控制信号的电缆卷绕装置，广泛应用于港口门座起重机、集装箱起重机、装船机、龙门式起重机等类似工况的重型机械设备上（见图1）。

图1　电缆卷筒

2　台达VE系列变频器简介

台达VE系列变频器非常适合产业机械方面的高端应用，既可用作速度控制又可用于伺服位置控制。该系列变频器具有丰富的多功能I/O供灵活应用，并提供基于Windows的PC监控软件进行参数管理与动态监控，为排除负载调试问题提供了强大的解决方案（见图2）。

图2　台达VE系列变频器

台达VE系列变频器技术参数如下：

1）输出频率0.1～600Hz；

2）采用伺服的强健式控制；

3）在0速、高低速PI增益及频宽设定；

4）与速度闭环控制模式，零速时保持转矩可达到150%；

5）过负载：150%可达1min，200%可达2s；

6）原点复归、脉冲跟随、16点的点对点位置控制；

7）位置/速度/转矩控制模式；

8）超强的张力控制、收放卷功能；

9）32位CPU，高速版本最高可输出3333.4Hz；

10）支持双RS 485及监控软件；

11）内置主轴定位换刀；

12）可驱动高速电主轴；

13）具有主轴定位、刚性攻牙等能力。

3　电缆卷筒的工作原理

通过卷筒电机提供固定方向合适的力矩，使大车在正向运行时能将电缆收起在卷盘上；当反向运行时，电缆被大车拖拽而出，同时保证一定的拉力使电缆不松散。一般分为磁滞式电缆卷筒和变频电缆卷筒。

3.1磁滞式电缆卷筒

磁滞式电缆卷筒的关键在于磁滞联轴器，由磁盘通过磁耦合带动感应磁盘旋转。如果负载力超过磁耦合力，负载就可以反转，而不会让电机堵转或反转。磁滞式电缆卷筒的力矩通过调整电机头的数量来调节，一般采用ABB1.5kW电机，数量可为1～4个，个别情况下可为5个（见图3）。

图3　磁滞式电缆卷筒

3.2变频电缆卷筒

变频电缆卷筒使用一台电机驱动，电机使用死循环力矩控制，通过减速机带动集电环旋转。同时，通过收放卷功能，实时调整输出力矩，避免拉坏电缆（见图4）。

3.3磁滞电缆卷筒与变频电缆卷筒的比较

变频电缆卷筒相对磁滞电缆卷筒，在使用性能、机械故障率以及可扩展性方面都更具优势。但同时，由于变频电机和减速机的价格都比同型号的磁滞电缆卷筒的价格要高，因此其相对成本更高。通过比较（见表1）可以看出，未来使用变频电缆卷筒将成为一种趋势。

4　现场调试

（1）机械参数

图4　变频电缆卷筒

表1　磁滞电缆卷筒与变频电缆卷筒的比较

电机型号：功率7.5kW，17.3A；变频器型号：VFD075V43A-2+EMV-PG02O+PD-01；根据机械参数确定相关数据：最小卷径1600mm，最大卷径4000mm，厚度83mm。

（2）变频器关键参数设置（张力控制）

1）张力控制选择08-21=4，张力开回路；

2）机械传动比：实际为77∶1，由于设置原因先设置成77∶2；

3）08-23=77；

4）08-24=2；

5）卷径来源08-42=2由厚度积分计算；

6）最大卷径（满盘卷径）08-43=4000mm，根据现场情况调整；

7）最小卷径（空盘卷径）08-44=1800mm，根据现场情况调整；

8）初始卷径（清零卷径）08-46=1800mm，根据现场情况调整，在过坑限位动作时将卷径清为此值；

9）材料厚度08-51=41.5mm（实际83mm，由于设置原因，设置为一半，与08-23，24配合设置，等效为实际值）；

10）当前卷径08-54=不需要设置；

11）张力设定来源08-76=1模拟量输入；

12）模拟量信号03-00=15张力设定值，张力开回路；

13）张力最大值08-77=3196N；

14）转矩前馈增益08-85=0；

15）速度限制07-25=100%。

图5～11为现场调试情况。

图5　电机详细参数

图6　变频器接线图

图7　柜内组件图

图8　堵转实验

图9　模拟反拖实验（1）

图10　模拟反拖实验（2）

图11　现场波形

5　测试结果

整个模拟实验满足电缆卷筒的各种工况：调试工况使用的点动控制正转与反转；起重机正向行走时自动正向卷缆，起重机反向行走时反向放缆；上位机控制电缆卷筒系统运行和停止，电缆卷筒系统出现故障时向上位机提供故障信号。保持合适的转矩，在卷盘圈数较少时不会拉坏电缆，卷盘圈数较多时能完成收放缆。