ABB变频器在桥式起重机上的应用通用版.docx
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ABB变频器在桥式起重机上的应用通用版
ABB变频器在桥式起重机上的应用（通用版）
Safetyistheprerequisiteforenterpriseproduction,andproductionistheguaranteeofefficiency.Payattentiontosafetyatalltimes.
（安全论文）
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ABB变频器在桥式起重机上的应用（通用版）
导语：
安全是企业生产的前提，生产又是效益的保障。
谈到效益，我们总是想到利润、成本、资金、节支等字眼，很少有人想到安全。
安全与生产、效益是密不可分的，时时刻刻都要注意安全。
摘要：
变频器以其智能化，数字化，网络化等优点越来越受到人们的广泛应用。
变频器不仅调速平滑，效率高，启动力矩大，运行平稳，而且具有强大的功能块控制。
尤其对提升传动更有较好的精确控制性。
本文介绍了100T桥式起重机主起升采用ABB变频器控制及其配置情况,论述了该变频器控制参数的设置及变频器功能模块调用。
并对主钩变频系统运行过程中遇到的相关问题进行了分析讨论。
一、工艺概述
炼铁厂铸铁机1#100T天车，为大连重工机械设计院设计。
主要起吊100T以下铁水罐为转动的铸铁链带机模具中倾倒流量稳定的铁水，属液体天车。
该天车主钩起钩快慢、平稳与否，决定着铁水流量大小连续，模具内铁水是否过满、过浅。
如铁水过满会导致铁水溢出，出现铁水落地严重问题。
铁水过浅导致铸铁产能降低，不能高效铸铁。
所以对桥式起重机的起升机构的精确、安全稳定性有着较高的要求。
二、控制系统
该桥式起重机主钩，由电动机钢性连接减速机传动钢丝绳钩头升降。
三相异步电动机采用ACS800-0210+D150变频器矢量控制。
变频器先是由操作杆闭合触点控制中继接触器吸合，中继输出电压信号输入变频器RMIO板，根据RMIO板定义端子所接收到命令变频器进行运行。
并采用更加灵敏、保险的断电液压推动器双抱闸制动。
该变频器内部存储有CRANE宏（提升宏）,M/FCTRL宏（主从宏）。
另有两套USER1SAVE,USER2SAVE用户自定义宏，可根据现场实际需要来设定参数。
该桥式起重机则使用CRANE宏。
ACS800-0210+D150变频器共有37组参数，一套完善、精确的控制都是由这些参数相互的组合调节组成。
考虑参数冗多，只取重要参数及安装调试涉及故障案例阐述。
99START-UPDATA本参数组为启动参数组。
意为第一次开机时进行设置。
务必注意的是相关数据一定按照电机铭牌标注的输入，以免造成辨识时故障。
99.1LANGUAGE语言。
此参数有英、德等13种语言供选择。
99.2APPLICATIONMACRO应用宏选项。
此参数在2.1.1讲述。
但需要告知读者，如使用用户自定义USER1SAVE或USER2SAVE宏时，应遵循以下顺序，事先将99.2选择为USER1SAVE或USER2SAVE,待设定完毕参数时，务必确认存储再将99.2参数组选择为USER1LOAD或USER2LOAD。
意为调用该宏。
否则停电后便会恢复出厂设定值。
99.3APPLICRESTORE恢复出厂值。
如果选择的应用宏为CRANE或M/FCTRL，参数恢复为出厂值，除了参数组50，51，98和99的参数将保持不变。
如果选择的应用宏为用户宏1或2，则参数值将恢复为上一次所存储的参数值。
另外，电机辨识运行的结果也将被恢复，除了参数组50，51，98的参数将保持不变。
99.4MOTORCTRLMODE本参数设置电机的控制模式。
DTC（直接转矩控制）模式适用于多种应用。
ACC800对鼠笼式电机进行精确的速度和转矩控制，在所有的提升起重传动应用中都要求脉冲编码器。
99.5，99.6，99.7，99.8，99.9组参数均是电机铭牌上的相关数据。
99.10MOTORIDRUN此参数用于启动电机的辨识运行。
在运行中，ACC800将辨识电机的特性以获得最优的电机控制。
电机的辨识运行持续大约一分钟。
23SPEEDCTRL本参数组为速度控制组。
当实际速度与给定之间存在偏差值时（误差值），该参数的值定义了速度控制器的输出应如何应对改变。
此参数的设置决定了主钩在运行时的稳定精确性。
故在调试时分别在轻、重载状态反复调节到最佳状态。
下图给出了速度控制器的典型阶跃响应。
A:
欠补偿:
23.2INTEGRATIONTIME太短而23.1GAIN太低
B:
常规整定,自整定
C:
常规整定,手动整定。
动态性能比B更好
D:
过补偿:
INTEGRATIONTIME太短而23.1GAIN太高
23.1GAIN速度控制器的相对比例增益。
如果整定为1，那么10%的误差变化量；例如：
给定-实际值）将引起速度控制器的输出变化10%的额定转矩。
注意:
过大的增益可能造成速度振荡不稳定。
我们设置该参数值为15。
23.2INTEGRATIONTIME当误差值恒定时，积分时间决定了控制器输出变化率。
积分时间越短，连续误差值校正得越快。
但是过短的积分时间有可能造成控制不稳定。
我们设定该参数为0.5s。
该图为误差阶跃恒定后的速度控制器的输出。
23.3DERIVATIONTIME如果误差值改变，微分作用将增加控制器的输出。
变化过程中，微分时间越长，速度控制器输出增加的越大。
微分使控制对扰动更敏感。
如果将微分时间设定为0，那么控制器将作为PI控制器工作，否则为PID控制器。
只有在使用脉冲编码器时才推荐使用这个参数。
50PULSE-ENCODER此参数组为脉冲编码器参数组。
编码器有防溜钩保护功能，对于提升系统是必不可少的保护装置之一。
50.1PULSENR本参数定义了编码器每转的脉冲数。
务必按照编码器的脉冲数输入该参数，否则无法运行。
50.2SPEEDMEASMODE此参数定义了编码器脉冲的计算方法。
50.3ENCODERFAULT此参数定义当脉冲编码器和脉冲编码器接口模块（RTAC或NTAC）之间，或脉冲编码器模块和RMIO板之间检测到通讯故障时，ACS800的动作。
如果估测速度和编码器测量速度之间经滤波后有20%的偏差。
启动时，在定义的时间内未收到编码器的脉冲信号，而电机转矩已经处于极限值，此时启动编码器监控功能。
三、功能模块
1、速度监视
本功能模块用于监控电机的超速并会在电机超速时给出跳闸信号。
如果电机的速度超过了MOTOVERSPEEDLEV（61.3）定义的等级，通过发出信号MOTOVERSPEED，传动将立即跳闸（变频器关停+制动装置），并在控制盘上显示故障同时发送信号给现场总线和故障记录器。
2、转矩监视
本功能模块用于监控电机转矩。
它通过检查电机在加速和减速时是否能够跟随速度给定，在正常运行和加／减速期间是否产生过度的速度偏差来实现的。
为激活本监控功能，将TORQMONSEL（62.1）设为"True"。
如果速度偏差的绝对值（SPEEDREF4-SPEEDACT）高于SPDEVLEV（参数62.2）且时间大于TORQFLTTD（参数62.3）的时间，传动将因为转矩故障而跳闸。
并在控制盘上显示TORQFLT同时发送信号给现场总线和故障记录器。
参数SPDERBLKLEV（62.4），以%每秒表示的实际速度变化率，可用于在加/减速期间封锁保护。
只要在加/减速期间实际的电机转速的变化率（微分）高于参数SPDERBLKLEV的值，转矩故障保护将被封锁。
举例：
加速斜坡时间设为5秒，SPDERBLKLEV设为8%/s，在加速期间如果达到了转矩限制，传动并不会因转矩故障而跳闸，只要实际的加速时间（0-100%）低于12.5秒（100%/8%/s=12.5s）。
3、转矩验证
转矩验证是包括在传动控制中的一个功能模块，它用于确认在松开抱闸和开始提升运行之前传动能够产生转矩，抱闸没有打滑（信号"Zerospeed"=1）。
该功能模块主要用于起重机传动，但也可以用于其它带有编码器反馈的应用。
转矩验证是机械抱闸被施加时给一个正的转矩给定来完成的。
如果转矩验证成功，则表示转矩达到了正确的等级，制动将抬起，执行启动序列中的下一步骤。
执行转矩验证的时间是非常短的（大约100ms），操作者在启动过程中一般感觉不到。
转矩验证通过设置以下参数来激活:
-TORQPROVSEL（66.1）=”True”转矩验证的给定，TORQPROVREF（66.4）设置输出信号TORQPROVREF。
而实际转矩可以从信号MOTTORQ读出。
当转矩验证被激活但还没有执行时，输出信号TORQPROVOK为”0”。
当输入信号RUNNING为“1”时，即变频器启动时，转矩验证程序就开始了。
当转矩验证程序完成后，输出信号TORQPROVOK被置”1”。
如果在转矩验证期间检测到了任何故障，信号TORQPROVOK不会为“1”但是输出信号TORQPROVFLT被置为”1”，且传动跳闸。
相应信息显示在控制盘上并发出一个指示给监控系统。
注意：
在转矩控制模式下转矩验证无效。
四、各故障处理与预防措施
1、高速运行速度不稳
在升降25Hz以上时，电机出现时快时慢的现象。
观察CDP312R控制盘显示器，给定数据明显高低波动。
考虑输入信号有闪烁不稳的原因，便将输入回路的各线路、中继均更换一边，但故障依旧。
经过反复试验调试最后确定为RMIO主控板内部问题，更换新RMIO主控板后正常。
2、启动反转隐患
1#天车因更换新变频器，将变频参数重新设置。
在试车期间出现电机正转上升启动瞬间，电机先反转转动再正转上升。
此现象造成机械齿轮及电机轴承严重损伤，检查控制线路均无异常。
核查变频参数时发现启动转矩选择器选择了启动转矩固定给定设置。
该给定又设置过大，将参数值减小后正常。
3、LGBT短路故障
变频器在正常使用时突然停车，检查变频CDP312R控制盘显示器显示SHORTCIRCUIT,查询故障代码描述为：
在电机电缆或电机侧有短路。
处理方法为检查电机和电机电缆。
检查变频器输出侧有无功率因数矫正电容或浪涌吸收装置。
变频器的输出桥故障。
处理方法为检查IGBT和电流互感器，即使监测到一个损坏的IGBT，也要更换INT板。
经过遥测电机电缆绝缘无异常，检查变频器发现内部IGBT管由于积灰严重导致相间短路所致。
更换新变频，改善配电仓除尘效果后正常。
4、预冲电阻损坏故障
天车主钩在起升作业时，突然故障停车。
变频器面板CDP312R控制盘显示器显示DCOVERVOLT。
查询故障描述：
直流回路的DC电压过高。
DC过压的跳闸限制值是1.3·1.35·U1max，这里U1max是主电压范围的最大值。
对于400V单元，U1max是415V。
对于500V单元，U1max是500V对于690V单元。
相应的跳闸限制值为400V单元为728Vdc，500V单元为877Vdc，690V单元为1210Vdc，U1max是690V。
经检查发现制动电阻因灰尘接地短路，将变频器内部预充电阻烧毁。
更换新电阻，加强清灰密封，更换新预冲电阻后正常。
5、频繁报转矩故障
变频器面板CDP312R控制盘显示器显示TORQFLT。
查询故障描述：
在恒速运行期间，如果SPEEDERROR高于SPDEVLEV（62.2）的时间超过了TORQFLTTD（62.3）。
传动将由于TORQFLT跳闸。
解决措施：
检查斜坡时间。
检查转矩和电流极限的设置。
检查转矩监控（组）的参数设置。
检查电机和电机电缆。
检查脉冲编码器（A和B）与RTAC模块的连接。
经检查电机电缆无异常，核查变频参数SPDEVLEV数值为10%，设置过小所致。
调整为20%后正常。
日照钢铁有限公司两台100T主钩变频天车，于2007年投入运行，在系统调试运行过程中，发现了一些设计隐患和不足，通过不断改进，先后增设了增量型编码器防溜钩系统，制动电阻防接地短路改善等。
目前设备运行平稳，该系统的成功应用也为其它用户设计和选型时借鉴。
五、参考文献：
1、ACC800提升机应用程序7.2（+N652）3ABD00010450版本C，北京，ABB电气传动系统有限公司
2、起重机械设备制造及应用
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