門座起重機直流電機控制系統(tǒng)的改造發(fā)布時間：2009-11-13 20:51:46 來源：秦皇島港務集團有限公司雜貨分公司 直流電動機由于具有良好的線性特性、優(yōu)異的控制性能和寬廣的調速范圍等優(yōu)點，在部分工業(yè)控制場合仍然采用。秦皇島港雜貨公司部分門座起重機(以下簡稱門機)仍采用直流電動機作為動力源，原直流電機控制系統(tǒng)老化，故障率較高，決定采用英國CT公司生產(chǎn)的MentorⅡ智能全數(shù)字式直流電機驅動器對直流電機的控制系統(tǒng)進行改造，其輸出電流范圍為25A～1850A，具有控制、監(jiān)測、保護和串行通訊的功能。 
    1 直流電機的控制 
    直流電動機在實際運用中必須控制速度、輸出轉矩和轉向。速度與電樞反電勢成正比，與磁通成反比。轉矩與電樞電流和磁通成正比。轉向簡單地由電樞和勵磁電壓的相對極性決定。 
(1)電樞電壓反電勢是電樞電壓的一部分。若假定磁場不變，控制電樞電壓能完全控制速度直到電樞的最大電壓設計值。電樞電流也是電樞電壓的函數(shù)。在速度能達到的范圍內，轉矩也由電壓控制。只要磁場是完全激勵的，從零速到最大電樞電壓(基速)一般能保持最大轉矩。 
(2)勵磁電壓它決定勵磁電流，從而決定磁通量。若勵磁電壓能獨立于電樞電壓變化，在滿功率(滿電樞電壓)下速度可超過電樞電壓提供的基速點且電流為最大值。因為轉矩直接與磁通成正比，所以當速度由弱磁開始增加時最大轉矩減少。 
直流調速是控制電樞的端電壓從而控制送入電機的電流。如要求速度超過基速，則驅動器必須有控制磁場的能力。對于工作在基速以下的系統(tǒng)，需采用獨立勵磁方式。如果配有合適的反饋，實現(xiàn)位置控制也是可能的。 
      2 McntorI直流電機驅動器控制原理 
      MentorII直流電機驅動器內部采用可控硅雙橋反并聯(lián)系統(tǒng)，能滿足在2個方向完全控制電機，快速頻繁地改變轉矩方向的應用。此配置不需要倒向接觸器，能完全控制電機的正反轉及正反向制動，為四象限或可逆驅動器。 
MentorU驅動系統(tǒng)采用全數(shù)字式雙閉環(huán)調速方式。電機響應基本上是輸出電壓的函數(shù)，輸出電壓又由可控硅的觸發(fā)角決定，而觸發(fā)角可以精確控制。電機響應的質量依賴于驅動器中驅動邏輯接收、解釋和處理與電機當前狀態(tài)及其要求狀態(tài)相關的全部數(shù)據(jù)的能力。這些數(shù)據(jù)有些來自外部源，如速度給定、轉矩給定速度反饋等，有來自驅動邏輯本身，如輸出電壓和電流，以及不同階段邏輯系統(tǒng)要求的條件。 
     邏輯的最終輸出是觸發(fā)角，觸發(fā)角決定加在電樞兩端的輸出電壓。而觸發(fā)角參數(shù)的最終值決定于外部輸入、驅動器參數(shù)值及選擇邏輯。常規(guī)運行中最重要的參數(shù)值是速度給定，速度給定最終控制觸發(fā)角。一般的選擇是允許速度給定信號按要求配置或選雙極性信號，然后用選擇邏輯控制速度給定的動態(tài)特性，使操作人員快速加“啟動”、“點動”、“正向”和“停止”等信號。在反向控制后面是1個邏輯選擇，通過零速給定產(chǎn)生1個“停止”信號。到此為止，還有3個只讀參數(shù)01．0I，01．02，01．03，顯示輸入信號在各個點的數(shù)值。接下來一組參數(shù)控制加減速的速率，這部分可根據(jù)需要旁路掉。到此處，外部速度給定與所選擇的實際速度參數(shù)進行比較，產(chǎn)生速度偏差參數(shù)。實際速度的反饋源可從2個外部源，編碼器或測速機中選擇其一，或者由內部計算的電樞電壓參數(shù)03．04提供，編碼器輸入可實現(xiàn)位置控制，主板上有允許測速機電壓范圍調整功能。比例、積分和微分(PID)增益，可進行PID速度環(huán)等3項參數(shù)(P、J、D)最佳配置的調整，加快系統(tǒng)動態(tài)響應，實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)時速度無靜差，抑制轉速超調。接著是4個電流限幅參數(shù)。放大后的速度 
偏差的變化率受其參數(shù)的限制。此時，速度給定變?yōu)殡娏鹘o定，與電流反饋值得代數(shù)和產(chǎn)生控制可控硅橋觸發(fā)角的給定值。從斜坡函數(shù)到觸發(fā)角之問有4個只讀參數(shù)，可用于研究和幫助建立控制系統(tǒng)的精確模型。 
     邏輯系統(tǒng)需要一系列指令使得它能夠完成訪問、處理及觸發(fā)控制信號產(chǎn)生的全過程。指令以數(shù)據(jù)形式提供，根據(jù)電機應用的特定操作要求，數(shù)據(jù)又分解為各個數(shù)值即參數(shù)。驅動器的特性由用戶設定參數(shù)及內部監(jiān)視參數(shù)設定。由于上述原因，MentorII驅動器由微處理器和用戶設定參數(shù)來配置的軟件組成。參數(shù)包含了所有與電機性能相關的重要因素，因而可以通過設置驅動器能準確地滿足具體應用的要求。配置所有的模擬量輸入及大多數(shù)數(shù)字量輸入，從狀態(tài)位中可得到驅動器運行狀態(tài)的最重要的參數(shù)值，參數(shù)的數(shù)量很多， 
但將其按特定邏輯和功能分成多個菜單后，理解和存取這些參數(shù)將變得容易，通過用戶定義的菜單，可快速訪問最常用參數(shù)。例如，可以設定經(jīng)濟勵磁時的電流值和進入經(jīng)濟勵磁前的等待時間2個參數(shù)，便采用經(jīng)濟勵磁工作方式。參數(shù)還能進一步提供通訊、保密和其他功能。  
  3運行監(jiān)測與故障診斷
MentorII配有作為可選件的智能顯示屏，電機運行情況的檢測和驅動器運行條件的信息通過顯示燈進行顯示，使電機和驅動器的當前運行狀態(tài)一目了然。另外，智能屏上的鍵盤可對驅動器有關參數(shù)進行調整，以滿足具體場合應用的要求。
若驅動器發(fā)生故障，智能屏索引窗口將顯示trip，數(shù)據(jù)信息將閃爍，數(shù)據(jù)窗口顯示故障原因的英文縮寫，這對電氣維修人員在維修設備時是個重要的參考信息。

4串行通訊
串行通訊是Mentor1I系列驅動器在工業(yè)應用中的顯著特點。驅動器通訊接口是標準配置，允許1臺或多臺驅動器受主機如PLC或計算機控制組成自動化系統(tǒng)。外部可編程控制器(PLC)可訪問全部或部分驅動器邏輯，使得驅動器參數(shù)能及時改變，以滿足控制過程中不同階段的特殊要求。
MentorⅡ系列可受主機直接控制、改變運行配置，采集運行狀態(tài)或受數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的連續(xù)監(jiān)視。1臺主機可最多連接32臺Mentor11驅動器，通訊口是連接器PL2，采用RS485標準。
在門機控制系統(tǒng)改造的具體應用上，Mentor11驅動系統(tǒng)采用全數(shù)字式雙閉環(huán)調速方式，在門機的起升、變幅機構采用外環(huán)是速度反饋，內環(huán)是電流反饋的雙環(huán)系統(tǒng)，在旋轉機構中采用外環(huán)是電壓反饋、內環(huán)是電流反饋的雙閉環(huán)系統(tǒng)。并分別在內環(huán)中對電流連續(xù)和不連續(xù)進行控制，外環(huán)中對基速下的恒轉矩和基速上的恒功率進行控制。另外在起升、開閉驅動器中還對磁場電流進行額定磁場電流與弱磁場電流的控制。通過采用該驅動系統(tǒng)，門機各機構運行情況良好，操作平穩(wěn)，故障率明顯降低，維修量減少，易于維護。