安川变频器的应用第9讲 安川A1000变频器在大型高效起重机中的应用

安川变频器的应用第9讲 安川A1000变频器在大型高效起重机中的应用

浙江工商职业技术学院 李方园

在大型起重机中，电机调速系统要求控制功率大、调速范围宽、故障维修快，安川A1000变频器正好符合这些要求，结合西门子的分布式I/O控制系统，可以构成高效性、安全性更高的控制系统。

安川变频器；ET200分布式I/O；高效起重机

1 概述

物料搬运成了人类生产活动的重要组成部分，距今已有五千多年的发展历史。随着生产规模的扩大，自动化程度的提高，作为物料搬运重要设备的起重机在现代化生产过程中应用越来越广，作用愈来愈大，对起重机的要求也越来越高。

起重机的更新和发展，在很大程度上取决于电气传动与控制的改进。将机械技术和电子技术相结合，将先进的计算机技术、微电子技术、电力电子技术、光缆技术、液压技术、模糊控制技术应用到机械的驱动和控制系统，实现起重机的自动化和智能化。大型高效起重机的新一代电气控制装置已发展为全电子数字化控制系统。主要由全数字化控制驱动装置、可编程控制器、故障诊断及数据管理系统、数字化操纵给定检测等设备组成。

本文主要介绍安川A1000变频器与西门子S7-300 PLC在大型高效起重机中的应用。

2 大型高效起重机的电气系统设计

大型高效起重机电气系统的控制包括：大车的左、右行及速度档；小车的前、后行及速度档；吊钩的升、降及速度档等。图1所示为主要的硬件接线图。起重机的控制器采用西门子S7-300 CPU315-2DP，通过PROFIBUS-DP现场总线，既将电气房I/O和司机室I/O连接起来，也将3台安川A1000（即起升/1#大车变频器、2#大车变频器和小车变频器）连起来。

图1 大型高效起重机的硬件接线示意

在实际系统应用中，西门子S7-300 PLC根据手柄编码器的码值变化，利用PLC特有的曲线功能，根据不同的工况作出不同的输出曲线，向变频器提供初级速度给定信号，并根据变频器反馈的力矩、电流信号，结合转动惯量、负载转矩、速度反馈、加速时间等在PLC内部进行运算，配合手柄信号、保护信号，向变频器提供最终的给定信号，并不断根据变频器的反馈信号进行精确的闭环调整，使变频器能在PLC的精确控制下线性地运行于恒功率状态，提高生产效率。同时S7-300 PLC实时根据变频器反馈的信息监控变频器及周边元件的运行状态，对任何影响设备安全的微小的异常（如速度反馈、电压、电流、力矩、编码器、通讯、运行精度的异常）及时检出，以保证设备的安全稳定运行。

由于安川A1000变频器需要配置SI-P3通讯卡，采用与西门子PLC进行PROFIBUS-DP进行通讯。

3 安川A1000变频器的闭环矢量控制

闭环矢量控制方式，主要用于高精度的速度控制、转矩控制、简单伺服控制等对控制性能要求严格的使用场合。在该方式下采用的速度传感器一般是旋转编码器，并安装在被控电动机的轴端。闭环矢量控制方式的变频调速是一种理想的控制方式，它有许多优点，比如可以从零转速起进行速度控制，即使低速亦能运行，因此调速范围很宽广，可达1000:1；可以对转矩实行精确控制；系统的动态响应速度甚快；电动机的加速度特性很好等优点。因此，在大型高效起重机采用闭环矢量控制不失为一种好办法。

在图1所示的起重机控制系统中，安川A1000变频器进行闭环矢量控制一般应遵循如下步骤：

（1）上电前检查变频器接线是否正确，编码器接线是否对应。

（2）确认电机是否脱离减速机，做电机自学习功能，选择控制模式A1-02=3（带PG矢量控制），进入变频器菜单模式后显示：T1-01=0（旋转型自学习），T1-02~T1-08按电机参数和编码器参数进行设置。

自学习结束后变频器显示自学习完毕。可以看到E2（电机1的设定参数）电机参数和以前有变化，说明自学习成功。

（3）自学习结束后，接上负载运行变频器看U1-01（频率指令）与U1-02（输出频率）是否正常，包括电机方向信号。

（4）起重机变频器通常情况下为速度控制（即d5-01=0时），确认正反转是否正常。同时注意监视参数U1各参数是否正常。如果速度控制时不正常，检查编码器和相关参数设置是否正确。

（5）为确保1#大车和2#大车同步运行，可以建议2#大车为转矩控制（即d5-01=1时），设定端子A1功能选择为转矩指令/速度限制时转矩极限（H3-06=13时）。

如果出现电机只有正转无反转，反转时无信号反馈不正常（U1-02不等于U1-01），此时可以将电机转矩极性取反。具体做法：①将参数外部转矩指令的极性反转指令（H1-07=78时）；②变频器多段速接线S2、S7，短接后引出一根线接开关，SC引出一根线接开关另一端，当变频器正转运行时开关断开，当变频器需要反转时开关闭合。变频器运行时可以监视参数U1-09转矩指令是否在正常范围。

表1 所示为起升/1#大车变频A1000的参数列表。

表1 起升/1#大车变频A1000的参数

4 高效起重机电控系统分布式I/O的设置

组建高效起重机的自动化系统时，通常需要将过程的输入和输出集中集成到该自动化系统中。如果输入和输出远离可编程控制器，将需要铺设很长的电缆，对于移动式的起重设备来说尤其不易实现，并且可能因为电磁干扰而使得可靠性降低。分布式 I/O设备（这里采用ET200M）便是起重机系统的理想解决方案，即控制 CPU （西门子S7-300）位于中央位置，而I/O 设备（输入和输出）在不同的地方分布式运行（此处有电气房和司机室），同时通过功能强大的 PROFIBUS-DP 的高速数据传输能力，可以确保控制 CPU 和 I/O 设备稳定顺畅地进行通讯。

ET 200M电气接线按照图2所示进行。

图2 ET 200M 电气接线

如果该ET200M为唯一的一个分布式I/O，或者最后一个分布式I/O，必须打开连接器上的终端电阻。如图3所示，启动SIMATIC管理器，然后建立一个带有DP主站的新项目，除了OB1之外，还为项目创建OB82。接着从硬件目录中插入PROFIBUS-DP上的 IM 153-2，并设置 IM 153-2上的 PROFIBUS地址为 3，最后将各个模块从硬件目录拖放到组态表上。

Application of Yaskawa A1000 Inverter in the Large-scale Efficient Crane

In the large cranes, the motor speed control system requires big power, wide speed range, and fast maintenance. The Yaskawa A1000 drive meets these requirements and can constitute the efficient and more secure control system with the help of Siemens Distributed I/O control system.

Yaskawa inverter; ET200 Distributed I/O; Efficient Crane