Автоматизация и Промышленный Контроль

Грузоподъемные краны являются массовыми общепромышленными механизмами, они применяются практически во всех отраслях промышленности, транспорта и строительства.

В течение многих лет компания Schneider Electric укрепляет свои позиции в области краностроения, и сегодня она является одним из основных производителей современных средств автоматизации и электрооборудования, предназначенных для применения в системах управления подъемно-транспортным оборудованием:

В настоящее время в предложении компании по приводной технике ключевое место занимает преобразователь частоты Altivar 71, который оснащён всеми необходимыми функциями по управлению подъёмно-транспортными механизмами.

Большинство современных крановых электроприводов выполнено на основе асинхронных двигателей с фазным ротором, которые управляются силовыми контроллерами или низковольтными комплектными устройствами. Основным достоинством таких электроприводов является простота их использования, низкая стоимость и ремонтопригодность. Однако эти электроприводы не лишены и весьма существенных недостатков. Вот некоторые из них:

Резюмируя вышесказанное, можно предположить, что многие крановые электроприводы не отвечают современным требованиям. Зачастую промышленные предприятия, где установлены краны, изменяют технологию производства и номенклатуру выпускаемой продукции, делают перепланировку производственных и складских помещений. В результате этого мостовой кран, изначально предназначенный для обслуживания склада металла, может, например, использоваться для точных монтажных операций, а краны, управляемые из кабины, переводятся на управление с пола и пр. Модернизация крановых электроприводов зачастую обусловлена необходимостью выполнения требований, предъявляемых к современным кранам. В настоящее время наиболее оптимальным вариантом при модернизации и создании новых электроприводов является использование частотно-регулируемого асинхронного электропривода. Применение преобразователей частоты (ПЧ) серии Altivar 71 благодаря встроенным прикладным функциям позволяет легко интегрировать их в электропривод подъёмно-транспортных машин. Преобразователи частоты серии Altivar 71 обеспечивают полностью бесконтактное управление двигателями и плавное высококачественное регулирование частоты вращения во всём диапазоне. Плавность регулирования приводит к существенному уменьшению нагрузки на механическую часть крана, что, в свою очередь, снижает аварийность и увеличивает срок службы крана. Скорость электропривода может быть адаптирована к каждому конкретному технологическому процессу, что позволяет повысить производительность крана. Кроме того применение преобразователей частоты Altivar 71 позволяет получить по некоторым оценкам до 30% экономии электроэнергии.

Векторное управление асинхронным электродвигателем в преобразователях серии Altivar 71 может осуществляться без датчика скорости по вектору тока и вектору напряжения. Последний способ может использоваться при питании параллельно включённых двигателей от одного преобразователя. Также допускается использование векторного управления с обратной связью по скорости, и скалярного управления. Кроме того, такая модификация ATV71, как ATV71…383, обладая всеми возможностями базовой модели, может также управлять синхронными двигателями с синусоидальной электродвижущей силой в замкнутом приводе, которые всё шире применяются вместо асинхронных двигателей для таких подъёмных механизмов, как лифты.

Преобразователь серии Altivar 71 обеспечивает простое и быстрое программирование при помощи макроконфигураций, соответствующих различным видам применения. При этом любая из конфигураций остаётся полностью модифицируемой. Для удобства программирования, контроля и диагностики преобразователь поставляется со съёмным графическим терминалом (8 строк по 24 символа). Диапазон регулирования скорости может достигать 100:1 при векторном управлении без применения датчика скорости. Это особенно важно при модернизации, когда используется уже установленный двигатель, не имеющий встроенного датчика скорости. Следует отметить, что для большинства кранов мостового типа максимально необходимый диапазон не превышает 20:1.

В преобразователе частоты Altivar 71 реализованы такие прикладных функций для крановых механизмов как:

Прикладная функция подъем с повышенной скоростью позволяет оптимизировать циклограмму работы крана. В этом случае максимальная скорость подъёма и опускания определяется автоматически в зависимости от массы груза. При этом лёгкие грузы и пустой крюк перемещаются с большей скоростью, чем грузы, близкие к номинальному.

Функция управления тормозом выдает сигнал на открытие тормоза (по достижении двигателем необходимого момента) и сигнал наложение тормоза (при снижении скорости до минимального уровня). Существуют разновидности функции для механизмов подъёма и горизонтального перемещения груза. Для корректировки тока снятия тормоза в зависимости от веса груза может использоваться функция весоизмерения, при этом задействуется внешний датчик массы груза (например из состава ограничителя грузоподъёмности).

При использовании двигателей оснащенных фотоимпульсным датчиком скорости - сигнал датчика используется в качестве сигнала обратной связи по скорости для регулирования частоты вращения двигателя и выполнения различных функций контроля. Данный способ управления позволяет обеспечить номинальный момент при нулевой скорости и реализовать функцию удержания груза в случае отказа тормоза.

Функция позиционирования поконцевым выключателям позволяет подключать контакты последних непосредственно к логическим входам преобразователя. Концевые выключатели могут использоваться для предварительного снижения скорости и остановки.

Функция разделения момента позволяет оптимально распределить момент нагрузки между приводами механизмов горизонтального перемещения мостовых и козловых кранов с большими длинами пролетов для устранения перекоса моста крана при перемещении.

Для механизмов крана, одновременная работа которых по технологическим требованиям исключена или и целях уменьшения стоимости внедрения преобразователей частоты, предусмотрена возможность использования одного преобразователя частоты Altivar 71 для поочередной работы с разными двигателями путем перезагрузки управляющей программы преобразователя частоты Преобразователь может иметь до 3 конфигураций, сохраняемых в памяти преобразователя частоты При этом для каждого двигателя программируются свои прикладные функции, уставки защиты и настройки регуляторов, а переключение осуществляется при остановленном двигателе.

Торможение с подключением внешнего резистора получило наибольшее распространение в электроприводах с преобразователями частоты, поэтому преобразователи частоты Altivar 71 мощностью до 200кВт имеют встроенный по умолчанию тормозной модуль для прямого подключения тормозных резисторов. Сложившаяся практика использования частотного электропривода основывается на том, что электроэнергия, генерируемая двигателем при опускании груза или при торможении инерционного механизма, передаётся на блоки тормозных сопротивлений и преобразуется в тепловую. Альтернативой такому нерациональному использованию энергии является применение модулей рекуперации Schneider Electric, которые заменяют резисторы в приводах с длительной работой в генераторном режиме или имеющих большую тормозную мощность, как, например, у подъёмных механизмов. В этом случае энергия торможения высвобождаемая при спуске груза, а также при торможениях крана и его тележки возвращается в питающую сеть.

Электропривод может управляться разными способами. Наиболее простым считается управление при помощи логических входов. ПЧ Altivar 71 имеет 6 программируемых логических входов. В случае необходимости может устанавливаться дополнительная карта расширения входов-выходов. Соединяя тот или иной логический вход с положительным или отрицательным потенциалом встроенного или внешнего источника питания, можно осуществлять пуск, реверсирование, переключение заданных уставок скорости, изменение времени пуска и торможения, переключение комплектов параметров и т. д. При необходимости бесступенчатого регулирования скорости задавать последнюю можно с помощью аналогового входа. Для задач изменения скорости привода в линейке продуктов компании Schneider Electric представлены подвесные кнопочные посты ХАС предназначены для управления грузоподъёмными механизмами «с пола» и джойстики серии XK — дискретные с самовозвратом в нулевое положение и с ощущаемыми промежуточными положениями. Кроме того по опросному листу и соответствующему каталогу может быть выбрано кресло оператора XJC включающее в себя операторское место и аппаратуру управления грузоподъёмным механизмом, которая размещается в двух аппаратных шкафах справа и слева от кресла.

Управление преобразователем частоты Altivar 71 от системы управления верхнего уровня (программируемого контроллера) осуществляется по протоколу Modbus или CANopen через встроенные порты. При необходимости Altivar 71 может подключаться к другим промышленным сетям и шинам с помощью дополнительных коммуникационных карт. Для реализации специальных алгоритмов управления в составе преобразователя может использоваться программируемая карта встроенного контроллера. Преобразователь, оснащённый такой картой, может применяться для управления локальным электроприводом с прямым подключением различных датчиков или служить в качестве устройства Master для управления всеми электроприводами крана по протоколу CANopen. Карта программируется на языках стандарта IEC 616131-3.

Для мостовых и козловых кранов, которые являются наиболее массовыми грузоподъемными машинами на промышленных предприятиях, карта контролера поставляется с готовым прикладным решением - специальная крановая карта, обеспечивающая компенсацию раскачивания груза при передвижении моста крана и тележки крана. Проблемы, связанные с возникновением колебаний груза в процессах разгона и торможения механизмов перемещения крана и грузовой тележки, хорошо известны: при раскачивании невозможно проведение погрузочно-разгрузочных операций, а время, затраченное на его гашение, может составлять до трети суммарного времени рабочего цикла, что снижает эффективность использования крана, и т.д. Опытные крановщики способны манипулировать крановыми механизмами для уменьшения раскачивания груза, используя, например, рывковое управление путём приложения противомомента к двигателю с фазным ротором. Однако, такой способ малоэффективен при работе на низких скоростях и приводит к чрезмерному износу механики и частым поломкам муфт и двигателей, при этом работа крановщика становится более интенсивной и напряжённой. Теперь все эти проблемы легко решаются с помощью крановой карты.

Система управления краном может быть также реализована на основе программируемого логического контроллера среднего уровня Twido, в котором реализуются алгоритмы всех защитных и блокировочных связей механизмов крана, а также функции весоизмерения и весоограничения. Панели оператора с сенсорным экраном Magelis, установленные в кабине крановщика, обеспечивают контроль, отображение состояния основных элементов системы управления и электрооборудования крана, а также архивирование аварийных и предаварийных ситуаций (журнал аварийных и предупредительных сообщений).

Наличие встроенных в частотный преобразователь фильтров Altivar 71 обеспечивает нормативный уровень электрических помех и гармонических составляющих напряжения питающей сети.

Таким образом, ПЧ Altivar 71 в максимальной степени адаптирован для применения электроприводе подъёмно-транспортных машин.