ООО «Кранприборсервис»: «Модернизация кранов»

Станки, линии, оборудование / Подъемное - станки
Alexsandrs
1 435
11-11-2017, 23:06
0

Опыт успешной модернизации крановых электроприводов с использованием техники Schneider Electric

Большинство современных крановых электроприводов выполнено на основе асинхронных двигателей с фазным ротором, которые управляются силовыми контроллерами или низковольтными комплектными устройствами (панелями управления). 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:
-> невозможность получения посадочной скорости в электроприводах механизмов подъёма с силовыми контроллерами;
-> отсутствие режима силового спуска пустого крюка и лёгких грузов в электроприводах механизмов подъёма с панелями управления;
-> отсутствие электрического торможения в электроприводах механизмов передвижения;
-> низкая износостойкость релейно"контакторной аппаратуры;
-> большие потери энергии при пуске и торможении электроприводов в интенсивном режиме работы.
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 или по радиоканалу и пр.
Модернизация крановых электроприводов зачастую обусловлена необходимостью выполнения требований, предъявляемых к современным кранам.
Цели
Основными целями модернизации являются:
-> расширение диапазона регулирования скорости;
-> повышение плавности переходных процессов;
-> исключение быстроизнашивающейся релейно"контакторной аппаратуры;
-> уменьшение потерь энергии;
-> перевод крана на управление с пола с помощью подвесного пульта или по радиоканалу;
-> необходимость сопряжения системы управления краном с системой управления верхнего уровня.
Важно заметить, что ретрофит, то есть применение уже установленного оборудования, пригодного для дальнейшего использования, но требующего обновления, позволяет существенно снизить затраты на модернизацию.

Рис. 1. Модернизированный мостовой кран 1932 года выпуска
В настоящее время наиболее оптимальным вариантом является использование частотно-регулируемого асинхронного электропривода.
ООО «Кранприборсервис» — давний партнёр Sсhneider Electric — на протяжении вот уже пяти лет при модернизации и создании новых электроприводов использует разнообразные преобразователи частоты (ПЧ), разработанные этой французской компанией.
Встроенные функции преобразователей позволяют легко интегрировать их в электропривод подъёмно"транспортных машин. Наиболее современными являются преобразователи серии Altivar 71, на базе которых могут быть созданы любые крановые электроприводы.
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. Кроме того, допускается использование векторного управления с обратной связью по скорости, а также скалярного управления.
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.
Функции
Функция подъёма с повышенной скоростью необходима для кранов с большой высотой подъёма (башенные и некоторые мостовые краны). 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 предназначена для выдачи сигнала на открытие тормоза (по достижении двигателем необходимого момента) и сигнала на 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).
Время пуска и торможения для крановых механизмов обычно не превышает 6 с. В процессе разгона и/или торможения электропривода возможно изменение времени пуска и торможения внешним сигналом или по достижении определённой выходной частоты преобразователя.
Профили кривых пуска и торможения позволяют выбрать наиболее подходящий для конкретного механизма закон изменения скорости.
Функция позиционирования по концевым выключателям позволяет подключать контакты последних непосредственно к логическим входам преобразователя. Концевые выключатели могут использоваться для предварительного снижения скорости и остановки. При
этом могут использоваться как короткие, так и длинные копиры.
Ограничение момента электродвигателя при векторном управлении позволяет формировать механическую характеристику «экскаваторного типа». Момент может находиться в пределах ≈0"220% от номинального момента электродвигателя, причём для двигательного и генераторного режима работы ограничение момента может задаваться индивидуально.
Для торможения электропривода может быть использован тормозной резистор или блок рекуперации. В электроприводах механизмов подъёма и передвижения при низкой и средней интенсивности работы целесообразнее использовать тормозной резистор. Для электроприводов средней и большой мощности интенсивного режима работы может быть экономически целесообразен возврат энергии торможения в питающую сеть при помощи устройства рекуперации. Если на кране имеются несколько частотно"регулируемых
электроприводов, они могут быть объединены по цепям постоянного тока и питаться от общего блока торможения/рекуперации.

Рис. 2. Панель управления электропривода механизма подъёма с ПЧ Altivar 71

Функция ограничения перенапряжения на зажимах электродвигателя целесообразна при использовании установленных до
модернизации электродвигателей, особенно в тех случаях, когда длина кабеля между преобразователем и двигателем достаточно велика.
Перенапряжения ограничиваются введением специального алгоритма широтно"импульсной модуляции без применения дополнительных
фильтров.
Функция мультидвигателя может применяться при поочерёдном питании двух или трёх электроприводов крана с различными
двигателями от одного ПЧ. При этом для каждого двигателя программируются свои уставки защиты и настройки регуляторов, а
переключение осуществляется при остановленном двигателе.
Мультиконфигурация применяется в случае, когда для одного электропривода необходимо иметь две или три настроечные конфигурации, например для режима управления башенным краном из кабины или с монтажного пульта. Переключение также осуществляется при остановленном двигателе.
Сменный комплект параметров применяется для изменения режима работающего электропривода. Количество параметров может достигать трёх комплектов.
Управление
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.
Управление электроприводом 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 IEC1 616131"3.
Преобразователь имеет развитую систему диагностики с выдачей сообщений об ошибках и сбоях на графический терминал.
Таким образом, ПЧ Altivar 71 в максимальной степени адаптирован для применения в электроприводе подъёмно"транспортных машин.

¹ Аббревиатура от International Electrotechnical Commission — Международная электротехническая комиссия (англ.). (Прим. ред.).
Уровни модернизации
В зависимости от целей модернизации и финансовых возможностей заказчика можно выделить несколько уровней модернизации.
Первый — наиболее простой вариант — предусматривает модернизацию одиночного электропривода, например, электропривода механизма подъёма, с целью расширения диапазона регулирования скорости. Остальные электроприводы крана не модернизируются. В таких случаях,
как правило, целиком используется уже установленное на кране оборудование. Дополнительно устанавливается комплектное устройство (шкаф, оснащённый системой вентиляции и отопления) с ПЧ, который управляется по логическим входам от существующего командоконтроллера. По рассмотренному варианту ООО «Кранприборсервис» провело, применив ПЧ Altivar 71, модернизацию электропривода механизма подъёма мостового крана г/п 3 т, изготовленного в 1932 году. Целью модернизации этого крана, установленного в цеху сборки электрических машин АО «Кросна"Мотор», было расширение диапазона регулирования скорости механизма подъёма для проведения точных монтажных операций.
Вторым — более сложным вариантом — является модернизация всех электроприводов крана. В этом случае также желательно сохранение установленных электродвигателей, концевых выключателей и максимальное использование кабельных трасс. Существующие устройства
управления и ввода полностью демонтируются, а взамен устанавливается комплектное устройство с ПЧ и необходимыми устройствами ввода и защиты. Для управления ПЧ используется программируемый контроллер. Существующие командоаппараты в кабине машиниста
демонтируются, а взамен устанавливается кресло"пульт с малогабаритными командоконтроллерами (джойстиками).
Иногда для управления электроприводами, одновременная работа которых не предусматривается (например, главного и вспомогательного механизмов подъёма), используется один преобразователь с поочерёдным подключением электродвигателей. Если кран переводится
на управление с пола, то один преобразователь может использоваться для управления всеми механизмами. Для размещения комплектного устройства с преобразователем и необходимой коммутационной аппаратурой часто используется кабина машиниста после демонтажа органов управления.
Необходимые переключения силовых и управляющих цепей преобразователя обеспечиваются программируемым контроллером. По такому варианту ООО «Кранприборсервис» выполнило модернизацию с переводом на управление с пола двух мостовых кранов г/п 20/5 т АО «Бакра» и мостового крана г/п 5 т Центрального научно"исследовательского аэродинамического института имени Н.Е. Жуковского (ЦАГИ). Для управления электроприводами этих кранов были использованы ПЧ Altivar 58.
Третий вариант является наиболее дорогостоящим и предусматривает полную замену электрооборудования и кабельных трасс.
При этом устанавливаются новые электродвигатели, как правило, специально спроектированные для работы с ПЧ. Такие двигатели имеют усиленную изоляцию, изолированные подшипники, а также датчики скорости, встроенные тормоза, датчики температуры и т. д. Следует
отметить, что современная отечественная промышленность только осваивает производство таких электродвигателей в крановом исполнении.
Управление электроприводами и защита такого крана осуществляется от программируемого контроллера, который связан со всеми устройствами (преобразователями, командоаппаратами, концевыми выключателями и датчиками) посредством коммуникационной
шины. Зачастую такие краны являются составными элементами автоматизированного производства и управляются от системы верхнего уровня.
Такой модернизации целесообразно подвергать интенсивно работающие перегрузочные и технологические краны.
При этом существенный экономический эффект достигается благодаря повышению производительности, увеличению ресурса механического оборудования и экономии электроэнергии.
Таким образом, применение ПЧ при модернизации крановых электроприводов позволяет успешно решать все поставленные при разработке проекта задачи.

Schneider Electric

Обсудить на форуме