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        論抱閘控制在變頻調(diào)速系統(tǒng)中的重要性

        2021-01-28 10:40:57王超
        錦繡·下旬刊 2021年6期

        王超

        摘要:三鼓一次法成型機中的成型鼓和卸胎機構(gòu)往往由帶有電磁抱閘機構(gòu)的三相異步交流電機作為動力來源,由變頻器調(diào)速。由于前者旋轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)動慣量較大,后者的負載重力較大,所以抱閘的控制與電機動作配合時機非常關(guān)鍵。本文通過分析成型鼓和卸胎機構(gòu)不同工作段時的力矩表現(xiàn),論證了抱閘控制在變頻調(diào)速系統(tǒng)中的重要性,以羅克韋爾40變頻器為例,簡單介紹變頻器內(nèi)部抱閘控制邏輯及如何設置參數(shù)的問題。

        關(guān)鍵詞:變頻調(diào)速;抱閘控制;參數(shù)

        在工業(yè)自動化行業(yè)中,帶有抱閘機構(gòu)的電機占據(jù)了比較大的比例,抱閘控制投入的時機直接關(guān)系到設備的運行性能。在一些特定應用場景下,不正確的抱閘控制甚至會引發(fā)嚴重的安全事故。相較于能耗制動、直流制動、第三方制動等制動手段,由變頻器自帶的抱閘控制功能具有更高效、更便捷、更節(jié)能等優(yōu)勢。

        1 成型鼓和卸胎機構(gòu)簡介

        三鼓一次法成型機是輪胎企業(yè)生產(chǎn)胎坯的專用設備,是輪胎經(jīng)硫化出成品前的最后一道工藝。成型鼓是成型工藝的最后一步滾壓成型的設備,卸胎器是將成型后的胎坯運載至胎坯車的設備。具體工藝流程及功能如下:

        1.1成型鼓:將貼合鼓產(chǎn)出的胎筒和輔助鼓產(chǎn)出的胎面符合滾壓的設備,。其工作形式類似于金屬加工機床的主軸,主要功能是變速旋轉(zhuǎn),由三相交流異步電機傳動,不同滾壓部位對應不同轉(zhuǎn)速,鼓體具有較大質(zhì)量。

        1.2 卸胎器:胎坯在成型鼓上壓合完畢后,卸胎器平移至成型鼓軸端,胎面?zhèn)鬟f環(huán)夾持胎坯放至卸胎器懸臂上,卸胎器將胎坯提升平移至卸胎車,之后下降將胎坯卸載。常見類型為懸臂型,由兩個三相交流異步電機分別作為平移和提升的動力來源。

        2 抱閘控制邏輯分析

        2.1 成型鼓

        成型鼓旋轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)動慣量較大,即使沒有精準定位的需求,仍然不能采用自由滑行的停車方式,在旋轉(zhuǎn)開始和旋轉(zhuǎn)停止時需要抱閘控制介入。其負載類型屬于恒功率負載,此類負載特性為:功率保持不變,隨著轉(zhuǎn)速增加,轉(zhuǎn)矩減小;隨著轉(zhuǎn)速減小,轉(zhuǎn)矩增大。

        旋轉(zhuǎn)開始和停止時,抱閘動作應同步于電機啟動和停止,不能滯后或超前。加速時低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下的成型鼓需要的啟動轉(zhuǎn)矩較大,減速時成型鼓對電機作用的力矩隨轉(zhuǎn)速降低而逐漸增大,此時若加速狀態(tài)抱閘打開滯后于電機啟動,和減速時抱閘閉合超前于電機停止,那么成型鼓的旋轉(zhuǎn)對電機作用的力矩可能超過電機的過載能力,出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)和變頻器報警,影響正常工作。斜坡時間設置的越短,滯后或超前時間越長,越容易出現(xiàn)故障,影響電機和變頻器的使用壽命。

        2.2 卸胎機構(gòu)

        懸臂卸胎器的平移和提升動作代表了恒轉(zhuǎn)矩負載包含的兩個分類:反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載和位能性恒轉(zhuǎn)矩負載,因此我們分開說明:

        2.2.1 卸胎機構(gòu)平移

        此類反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載的標志特性為:電機轉(zhuǎn)矩隨旋轉(zhuǎn)方向變化而變化。其抱閘控制與恒功率負載相似。

        短距離平移類動作一般包含著精準定位的要求,電機的啟停要盡量精準,所以抱閘的控制要與電機的啟停同步,滿足定位精準的要求的同時,也避免了抱閘超前或滯后造成平移機構(gòu)動能對電機作用的力矩超過電機的過載能力,或出現(xiàn)溜車現(xiàn)象,引發(fā)堵轉(zhuǎn)或增強機械沖擊,頻繁引發(fā)變頻器報警,影響正常工作和縮短設備使用壽命。

        2.2.2 卸胎機構(gòu)升降

        此類位能性恒轉(zhuǎn)矩負載的標志特性為:電機轉(zhuǎn)矩不隨旋轉(zhuǎn)方向變化而變化。在提升機上升或下降時,負載(懸臂及胎坯重量)力矩與電機轉(zhuǎn)矩的方向保持不變。以下通過分析提升電機的不同動作確定抱閘控制的時機:

        2.2.2.1 負載上升和下降初始

        負載對電機有反向力矩,提升電機停止時,抱閘閉合,負載重力由機械結(jié)構(gòu)及抱閘承擔,電機運行時,抱閘打開,負載重力會轉(zhuǎn)而傳導作用在升降電機上。由于抱閘本身動作帶有一定遲滯,電機加速存在響應時間,若抱閘打開后一瞬間電機沒有輸出大于等于負載力矩的有效轉(zhuǎn)矩,那么負載會下滑或墜落,造成變頻器報警,也容易引發(fā)安全事故。為防止此類問題出現(xiàn),需啟用變頻器自帶的抱閘控制功能,抱閘打開滯后一定時間,即變頻器以設定最小頻率運行設定時間后抱閘打開,保證轉(zhuǎn)矩過渡平穩(wěn)。滯后時間應盡量縮短,以負載不出現(xiàn)下滑或墜落為準。

        2.2.2.2 上升停止和下降停止

        手動控制卸胎機構(gòu)升降停止或自動運行至限位傳感器,變頻器轉(zhuǎn)矩輸出即將停止,負載力矩保持不變,由于抱閘動作的遲滯性,如果抱閘閉合同步或滯后于電機停止,電機轉(zhuǎn)矩輸出停止時抱閘未能完全閉合,那么負載就會下滑或墜落。所以此時應啟用變頻器抱閘控制功能,且抱閘閉合應超前于電機停止,之后變頻器以設定最小頻率運行至設定時間后停止,負載力矩作用對象轉(zhuǎn)移前保持電機平穩(wěn)輸出轉(zhuǎn)矩。超前時間應盡量縮短,以負載不出現(xiàn)下滑或墜落為準。

        3 抱閘電路設計

        圖3.1示意了變頻器的抱閘控制原理,抱閘機構(gòu)由交流220V驅(qū)動,經(jīng)電機內(nèi)部抱閘整流單元整流后控制抱閘線圈,變頻器DO點輸出直流24V經(jīng)過中間繼電器控制交流220V電源的通斷,變頻器輸出信號可選擇繼電器輸出或光電耦合輸出。

        4 變頻器參數(shù)設置

        以羅克韋爾40變頻器為例,通過RSNetWorx軟件設置關(guān)鍵參數(shù)。設置變頻器停止模式P037為Ramp+EM Brk(斜坡+電磁閘制動),設置P034最小頻率為2Hz,A058光電耦合輸出1設置為EM Brk Cntrl(電磁抱閘制動控制),A160和A161電磁閘制動關(guān)閉和開啟延遲設置為0.5秒。

        啟用了變頻器的抱閘控制功能后,在一個完整運動周期內(nèi)抱閘的控制時序如圖4.1。變頻器以P034設置的最小頻率啟動直到A160設置的時間到達,抱閘開啟,此時電機已穩(wěn)定輸出轉(zhuǎn)矩,負載不會下滑;經(jīng)過斜坡加速、穩(wěn)定頻率和斜坡減速后,抱閘關(guān)閉,變頻器保持P034設置的最小頻率輸出,直至A161設置的時間到達,變頻器完全停止。

        其它品牌變頻器抱閘控制功能的參數(shù)設置與本例相似,均可實現(xiàn)電機輸出轉(zhuǎn)矩與抱閘動作配合無縫銜接的目的。

        5 總結(jié)

        啟用了變頻器的抱閘控制功能以后,設備工作性能及可靠性有了很大改善。如果忽略了抱閘控制時機,僅由變頻器的啟停或PLC程序來簡單控制抱閘,輕則不能實現(xiàn)既定目標任務,導致變頻器報警,影響正常作業(yè),重則具有一定重量的負載無法停車或保持停止狀態(tài),引發(fā)人身傷害等安全事故。由此可見,精準的抱閘控制時機對變頻調(diào)速系統(tǒng)非常重要。

        參考文獻

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