ABB定子调压、调速装置在冶金铸造起重机上的应用
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| 2009-10-10 13:53:10楼主
［摘要］本文主要介绍了ABB定子调压装置（ASTAT）先进的调速性能,以及采用PID控制技术的ASTAT起重机专用调速器在冶金铸造行车上的实际选型应用、计算和设计思路
［关键词］ABB；ASTAT调速器；工业行车
1 简介
河南安阳钢铁股份有限公司第一炼轧厂100t转炉工程—高速线材生产线是一条年产量150万吨钢、70万吨轧材的国内一流水平的生产线，在其冶炼加料跨间共安装A7级跨度27.5米的200t冶金铸造起重机行车2台，主要用于吊运铁水罐、钢水罐等高温液态金属。行车的主起升高度26m，最大起重量200t, 主起升驱动采用2台280KW 绕线式转子异步电动机，经过一级行星齿轮减速器传递到二级两台卧式减速器驱动两套对称的起
升机构卷筒，通过钢丝绳缠绕系统控制龙门钩升降。额定提升速度
0.9~8.6m/min ，由于是两台电动机驱动的二自由度的两套起升机构。所以工作方式为：两套机构以额定速度正常工作，或任一套机构以1/2额定速度正常工作，两台电动机可同时启动，也可分别启动。能够满足作业工况较为恶劣，作业率较高的冶金生产现场工作需要。
2 ABB交流定子调压、调速技术介绍
冶金炼钢生产用起重机的工作条件通常十分恶劣，而且工作环境大都是在粉尘大、高温、高湿度或室外露天场所等环境中使用。其工作性质是间歇的（时开时停、有时轻载、有时重载），工作负荷属于重复短时工作制。电动机经常处于频繁启动、制动反向工作状态，同时承受较大的机械冲击。并对调速有一定的要求，其调速范围，要求达到5：1—10：1。
ASTAT 全数字式绕线式异步电动机控制器，是适应高要求应用的起重机运行控制的先进控制器。是用于工业起重机重型电动机的高度完善的，历经考验的速度控制系统，能适应最恶劣的运行环境。其可靠的，高性能的价格比，将起重机的控制带入了计算机时代。通过使用现代的计算机技术，工业网络技术，将先进的控制特性与综合信息数据处理相结合后，提高起重机在各个层次和领域的表现。ASTAT的设计更适合高利用率场合，高等级的部件，使其具有比其他一般的工业驱动器更大的优势。主要能完成以下的功能及控制特点：
? 坚固的，紧凑的、低损耗型晶闸管控制综合设计：ASTAT 是一个成熟的晶闸管相位控制的起重机电动机控制系统。它包含了所有起重机控制常用功能，如主令控制器控制，带减速及停止功能的限位开关逻辑，接近零速时的自动制动及闭环速度控制。使用新开发的转矩及电流调节器，并在固有的稳压控制特性支持下，ASTAT 通过改进了起重机的响应优化了电动机控制，并通过控制的平滑处理，减少冲击，延长了部件寿命。能量损耗少，部件寿命长，对于传动系统及操作人员的压力小，这些特点意味着ASTAT 给你更高的利用率及更好的控制。
? 全数字控制系统，保证参数设定不会发生漂移，以及控制器综合信息简
明显示：ASTAT 提供了综合的信息，显示方式简单。通过起重机状态的LED 阵列，迅速提供起重机状态的面板显示，使操作者对关键信息一目了然。主令控制器可以是有级或无级。由用户决定是用速度控制还是转矩控制。所有其他操作均为ASTAT 控制系统的内在的组成部分。
? 设备管理开放式的PC应用，用于监测，维护及高度自动化的数据通讯系统。
? 快速的安装及试运转：ASTAT 实现快速，无故障的安装。该系统的模块化特性使之容易适应单一用途的起重机结构，对于电气室的要求较低，主要部件恒温的成本低。电源及控制信号易于连接，布线简单。ASTAT 调试也同样容易。大多数参数在交付前已设置好，现场只需设置少数参数。一种专门的试运转方式允许对机械轴系和主要电路进行快速的现场测试。使用一台标准的个人电脑来设置现场运行参数及通过对话框进行试运转，并可对所有参数进行动态监视，记录，打印。
? 高性能的可选模块式设计，方便灵活的适应不同要求：ASTAT 是一套灵活的模块化系统，针对不同要求有众多的选件。既可选择带测速发电机或脉冲编码器单个传动；也可选择所有控制接线在可控硅控制屏内的全套系统，以对起重机实行全冗余自动化控制。
3 ASTAT起重机专用调速器的系统组成
ASTAT 运行控制器包含：
可控硅模块DASD 电路图代号-A1
控制系统模块DARA 电路图代号-A2（和-A3）
转子频率反馈模块DADT 电路图代号-A4
驾驶室I/O 模块DAPM 电路图代号-A5（和-A6）
过压保护DASG 电路图代号-Z1
在ASTAT运动控制系统中，电源通过DASD可控硅功率模块向电机提供能量，使电机产生转矩。DARA控制系统模块控制根据所需转速和实际转速控制电压和相序，通过测速发电机、脉冲编码器或者DADT反馈模块测量实际转速，经给定叠加运算后，DARA控制模块来控制DASD可控硅功率模块的电压和外部转子电阻和接触器进行转矩-转速特性的优化，以达到最佳的电机转速-转矩特性曲线。而所需转速给定则来自于驾驶室的DAPM I/O模块。ASTAT起重机运动控制中有多个可选件，下面框图为带可选的电源过压保护模块DASG的系统。
ASTAT运动控制系统组成框图
4 ASTAT起重机专用调速器的参数组
组号名称组号名称组号名称
01 识别号09 速度调节器17 转子系统
02 运行类型10 速度监控19 定位系统
03 电源参数11 电流/转矩调节器20 主－从控制
04 电机参数12 转子电阻21.1 运行控制逻辑
05 ASTAT 组态13 可编程DO 21.2 共享运行
06 制动器参数14 机械超载21.3 双操作站
07 速度反馈15 松绳功能21.4 多种参数组
08 速度给定16 限位开关功能21.5 故障处理系统
5 ASTAT起重机专用调速器的现场调试
5．1现场通电之前所做的准备工作。
1．熟悉起重机系统的配置情况，掌握系统的重点。
2．检查主回路是否与图纸相符，检查主回路是否有短路接地现象，主要的控制回路也要查一下。
3．检查PLC控制路是否有短路接地现象，需要仔细查线，对照I/O地址。4．测量电机定子绝缘，检查转子串电阻阻值是否与设计相同，每档切电阻是否正确。记下各电机参数。
5．记下控制系统模块DARA型号和可控硅模块DASD型号
6．断开ASTAT控制系统模块所有小空气断路器和输入点的黄色分隔器。(提起即为断开，按下即为接通)
7．检查电源模块的进线电压跳线是否正确：对
DARA1000,DARA1001,DARA1010――电源模块X1：6和X1：7短接即为正常(选择220v输入)，如果这两个点没有短接就有可能烧变压器。
5．2通电启动
1．通电前断开所有空气断路器，检查柜内元件是否清理干净（线头，工具等）。
2．通电前首先测量总电源三相电压是否平衡，再合总空气断路器和控制电源空气断路器。：注意测量主控电源的电压是否符合要求，再合下端机构控制空开。
3．检查装置DASD(功率单元)可控硅扇热风扇的连接:（注意功率单元的型号不一样，风扇的电压等级也不一样）。其中DASD146、147、156、157型系列的风扇电压等级为AC 220V，并且只有一个风扇，连接外部220V电源。而DASD102,103,104,105,152,153,154,155型系列的风扇电压等级为AC 110V AC，1号风扇连接电源模块的X3:1和X3:2，2号风扇连接电源模块的X3:3和X3:4。其他型号风扇连接请参考手册。
4．检查速度反馈模块的连接：X1端子接电动机转子，最大额定转子电压600V，50/60Hz时，接X1：1，2，3。最大额定转子电压300V，50/60Hz 时接X1：11，12，13。
5．测量星形电阻接地端是否接地良好，电阻阻值是否正确。（注意：转子用兆欧表测量绝缘时需断开转子反馈的接线，不然兆欧表的高电压有可能损坏反馈模块；而且还需断开星形电阻，不然测出绝缘为0）
6．合上相应机构辅助电源230（220）V空气断路器。检查风扇是否旋转。
3．检查X1:1,2之间电压是否为230（220）V，然后合上110V DC 开关，观察DATX110上的110V ok指示灯是否亮起。
4．如果是浮地系统（任何一相都没有接地），请将110v DC接地，看开关会不会跳闸，DATX110接地故障指示灯是否亮起。
5．对照图纸检查各个DI信号是否正常：用万用表测量相应的外部端子看电压是否是110V直流电压，检查外部其他电源是否错误的接入了DI端子。确认电压无误后将相应的黄色分隔器按下。动作相应输入看指示灯是否亮起。然后检查完其余所有使用的DI及输入端子。（未使用的点建议黄色
分隔器不按下）
5．3系统调试
1．ASTAT系统参数的校验和修改，只需要修改少量的参数即可以运行机构。不需要做自学习的电机辨识。
2．使用制作好的通信电缆将笔记本PC机和控制系统模块的RS232接口连接起来。ASTAT软件界面操作及使用，请参考系统手册。
3．合上系统主电源后，观察控制系统面板显示器上如果显示5C即为正常。显示代码说明报故障了。相应故障说明请参考系统手册。
4．调试大、小车运行机构时，如果出现电机电流波动较大，或者电机运行震动较大，或者系统响应慢等情况时，请调整第9组参数。这个参数组需要细细调整，一次修改一个参数再动车为好。
5．调试起升机构时，如果起升机构一个方向运行稳定，一个方向运行不稳定，可调节参数11.3来改善其性能。如果起升机构下降各档运行正常，上升各档运行有振动，就将11.3设为5（黙认为10），根据改善效果再适当调整11.3的值。
6 结论
本系统良好的运行效果，说明ABB定子调压、调速技术在桥式起重设备上的技术应用是切实可行的，解决了绕线电机调速无法克服的诸多弊病，效果也较为显著，运行二年多来无大故障，达到了预期的目的。相信通过不断总结经验，不断完善改进，定子调压、调速技术在桥式起重机上的应用，其优越的性价比必然成为将来发展的方向。
参考文献
【1】《电机与拖动》上下册周绍英牛秀岩编中国广播电视大学出版社1994
【2】《PLC编程及应用》，廖常初主编，机械工业出版社，2002。【3】《起重机司机》国家经贸委安全生产局编写气象出版社2002 【4】《DCW 安钢200t 冶金铸造起重机功能说明书》［J］大连重工?起重2003
【5】《ASTAT 起重机运行控制器说明书》上海ABB 工程有限公司2003
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