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变频器在岸边集装箱吊上的应用

分类描述

变频器在岸边集装箱吊上的应用

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名称

变频器在岸边集装箱吊上的应用

产品名称
变频器在岸边集装箱吊上的应用
产品型号
起重行业
关键词
变频器解决方案、变频器应用案例、岸桥变频器
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详细介绍

1.引言

港口起重机械与其它传动机械相比对变频器有着更为苛刻的安全和性能上的要求。既要满足频繁的起、停,显著的振动与冲击,较大的过载能力以及各种恶劣的使用条件等;又要满足供电的特点:各种谐波分量较大,急剧的电流、电压变化,向下要保证恒转矩平滑调速,向上保证弱磁高速时的满功率输出,并且在低频、基频与高频都必须具有足够多的输出力矩等;更重要的是要满足港口机械的安全问题。

在这种情况下,新时达开发基于矢量控制的四象限高性能起重变频器,成功应用于上海港务集团振东集装箱码头分公司130号岸桥上,为港口起重机械设备电控系统的国产化迈出了重要一步。

2.130号岸桥改造情况
改造岸桥编号130,位于外高桥二期上海港务集团振东集装箱码头分公司,由上海振华重工(集团)股份有限公司制造并于2003年7月投入使用,如图1所示。
 
图1  振东公司130号岸桥
 
表1  130号岸桥电机驱动设备表
 
本次改造,保留原品牌PLC及LCL滤波器,替换原品牌的AFE和变频器,PLC与变频器驱动器间数据交换由原品牌专用SX总线改成为通用的Profibus-DP通讯。改造后的130系统控制流程如图2所示。
 
图2  130岸桥系统框图
 
改造后的新时达电控系统为:
1台原品牌PLC,增加SX转Profibus-DP模块;
1台AS510-4T0400 400kW AFE取代RHC400-4C AFE;
2台AS520-4T0160取代原品牌FRN160VG7S-4LC变频器,分别驱动2只132kW起升电机或分别驱动8台18.5kW电机及2台15kW大车行走电机;
1台AS520-4T0132取代FRN132VG7S-4A变频器驱动4台22kW小车电机或驱动1台55kW俯仰电机。
130号岸桥电控改造于2012年1月30日开始到2012年2月4日完成安装和调试工作,2月5日投入运行。改造现场如图3、图4所示。
 
在改造过程中,主要难点如下。
(1)原品牌PLC和新时达变频器控制的匹配:抱闸控制和动态性能,因为是提升集装箱的,故要求即使电机在很低的转速下也需要足够的转矩来提升或放下集装箱,而且在放下或提升时都不能有溜钩现象,否则将带来严重的安全问题。
 
(2)采用原品牌LCL滤波器与新时达AFE配合问题
 
表2   新时达AFE实测数据
 
(3)大车同步控制。大车由10 台电机拖动,其中8台电机由同1台变频器控制,其余2台由另1台变频器控制,并且8 台电机组和2 台电机组电机功率和齿轮传动比不相同。为保证大车的同步运行,采用主从控制方式,将主变频速度通过CAN总线传给从变频,保证大车2个变频驱动电机最终速度的一致性。
(4)小车平滑启动,快速制动。4台小车电机由同1台变频器控制,采用闭环矢量控制,达到电机的平滑控制。
(5)俯仰电机多年未用。由于改造前未知俯仰电机情况,改造后变频器运行,电机未能启动。经多方检测,电机早已损坏,更换电机后,一切正常。
(6)通讯问题。原品牌PLC不支持Profibus DP,采用第三方SX总线转Profibus DP总线,调试复杂。采用新时达自行设计的DP模块,与原品牌系统兼容性刚开始出现不少问题,导致通讯误报故障。后通过改PLC通讯程序并增加相关的附件,确保了通讯的正常使用。
 
3.运行情况
AFE变流器 
新时达AS510有源前端AFE具有减少电流谐波、母线电压平稳、减少无功功率等特点。在实际的使用中,除了调试阶段出现的通讯故障外,至今一直运行稳定。经过测试,在岸桥各种不同载荷下,整流器输出的直流电压和反馈电压稳定,电压波动在正常范围内,电压谐波小于1.5%,电流谐波小于5%。通过在试生产阶段各种工况的测试数据来看,满足130桥吊的交流与直流可逆变换的需求。图5为AFE运行图。
 
图5  电网波形
 
变频器(AS520-4T0160及AS520-4T0132)
起升和小车变频器从试运行到目前为止未出现任何硬件故障,软件运行稳定可靠。图6-8分别为弱磁波形、主从同步波形和挂舱保护波形。
 
图6  起升下行弱磁曲线
 
图7  主从控制波形
 
图8  挂舱保护曲线
 
在改造完成的试生产阶段,经过多次调试和控制软件的精细化调整,变频器的控制软件故障从最初出现7种到现阶段偶尔出现过速度偏差可复位故障;使岸桥作业投入初的2月份每作业1000TEU的复位性故障为20.74次,到了3、4、5月下降到每作业1000TEU的复位性故障为2次以下,经过5月份一次精调后,6、7、8月每作业1000TEU的复位性故障为0.3次以下,故障数量级的下降,验证了新时达变频器硬件的高可靠性,控制软件的精确性,起升电机抱闸时声轻机稳,电流波形平滑。从现在130桥吊的使用情况来看,新时达变频系统满足该类桥吊的可靠使用。表3数据来自振东集装箱码头分公司8月23日前统计数据。
 
表3  运行数据统计表
 
 
4.应用体会
在刚投入使用的1个月内,由于对码头工况的不熟悉,特别是司机操作习惯的理解不深入,出现了较多的复位性故障,随着双方项目团队间交流的深入,故障也越来越少地光顾130改造项目。从2月改造到现在的8个多月应用效果上来看,完全达到了130岸桥的作业要求。
 
通过实载实测,表明该变频器电气性能符合港口起重机电控技术要求。其主要的技术性能指标与国内外同类产品相当,部分性能指标要优于国内外同类产品。对港口起重装卸的稳定、生产效率高、降低维修成本、减轻工人的劳动强度起着重要作用,取得了较好的经济效益和社会效益。
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