Вопрос по диплому (литейный кран)

[electrorivod147]

Здравствуйте! Занимаюсь дипломным проектом по электроприводу на тему "Разработка ЭП главного подъёма литейного крана". Двигатели выбрал, проверил по нагреву и перегрузочной способности. Возникли трудности, т.к. я не знаю, что нужно делать дальше. Вроде как, нужно приниматься за разработку системы управления. Могу ошибаться. Подскажите пожалуйста.

[Бондарев Михаил]

интересно узнать что говорит по этому поводу ваш научный руководитель.

[electrorivod147]

Он уехал на конференцию. Когда будет - не знаю. Перед отъездом сказал, чтобы я дальше занимался этим вопросом. Велел потом показать наработки. Связаться с ним, пока он в отъезде, возможности нет.

[Никита]

Студенты активизируются... В принципе хорошо, время еще есть...
У Вас задание на проектирование уже оформлено и подписано? Что вообще в рамках работы должно быть сделано? Двигатель какой?

[doza]

Слово кран сразу отменяет всякую автоматизацию, только блокировки, придумайте человеческий фактор, а потом как блокировать оное.

[electrorivod147]

Студенты активизируются... В принципе хорошо, время еще есть...
У Вас задание на проектирование уже оформлено и подписано?

Пока что оно только сформулировано. Мы уже обсуждали этот вопрос с руководителем и сошлись на мнении, что.......

Что вообще в рамках работы должно быть сделано? Двигатель какой?

.......что в рамках дипломной работы нужно проработать вопрос перехода какого-то одного механизма (в данном случае, главного подъёма) на переменный ток и, как следствие, частотно-регулируемый электропривод, со всеми сопутствующими вещами. В данный момент кран работает на постоянном токе. Ну и двигатели, естественно, тоже на постоянном токе. Два двигателя Д816 - по 150 кВт. Управление - РКСУ. Когда был на практике, узнал, что проблем с краном много. Низкая надёжность системы, частые поломки. Да и на кранах сейчас ПЧ много где ставят. Надеюсь, я ответил на Ваш вопрос.

[Никита]

Не совсем.
Вам сейчас нужно заниматься "всеми сопутствующими вещами". Что под этим понимается?
Частотно-регулируемый привод - это полпроблемы. Собственно схему управления Вам тоже предстоит переделывать? Или пользоваться древними командоконтроллерами?
Что получилось с двигателями? Остается два? Или меняете на один? Синхронизировать два ПЧ или управлять одним или управлять двумя двигателями от одного ПЧ это разные подходы. Перечень блокировок есть? Вплоть до вертушки анемометра.
Ну а вообще - подбирайте пока частотник, прикидывайте какая ему нужна обвязка по главным цепям. И решайте вопрос, куда будете тормозить. В сеть - дорогие модули рекуперации. В двигатель - здоровья ему не добавит. В реостат - тогда его тоже надо считать и подбирать.

[electrorivod147]

Не совсем.
Вам сейчас нужно заниматься "всеми сопутствующими вещами". Что под этим понимается?

Разработка системы управления?

Частотно-регулируемый привод - это полпроблемы. Собственно схему управления Вам тоже предстоит переделывать? Или пользоваться древними командоконтроллерами?

Скорее всего, придётся переделывать, не уверен, что существующую релейку можно как-то приспособить. Регулирование скорости осуществлялось реостатным методом.

Что получилось с двигателями? Остается два? Или меняете на один?

Исходя из специфики механизма и его работы, а именно того, что в случае отказа одного из двигателей другой воспринимает на себя всю нагрузку и должен обязательно завершить начатую операцию, оставляем оба двигателя.

Синхронизировать два ПЧ или управлять одним или управлять двумя двигателями от одного ПЧ это разные подходы.

Видел несколько функциональных схем, обычно на каждый из двигателей главного подъёма ставят по ПЧ

Перечень блокировок есть?

Это, если не ошибаюсь, касается защиты. Пока не прорабатывал этот вопрос. Прекрасно понимаю, что вопрос защит на кранах - один из главнейших, просто пока ещё не дошёл до него.

Вплоть до вертушки анемометра.

Анемометр, кажется, прибор для измерения скорости ветра. Кран работает в помещении, так что, анемометр вряд ли пригодится.

Сам механизм выглядит так, если интересно:

Механизм подъёма мостового литейного крана.jpg

[Михайло]

И решайте вопрос, куда будете тормозить.

Предчувствую, что нужно этот момент чуть расписать подробнее. Короче, нужно выбрать способ торможения электроприводов. Навскидку могу перечислить следующие варианты, которые применимы к разным типам двигателей:
- динамическое торможение
- рекуперативное торможение
- торможение постоянным током
- торможение противовключением
- самоторможение
- и в конце концов, механический тормоз
Получится целая глава в диплом: расписать все плюсы и минусы (по цене, по надежности, по экономичности, по возможности обеспечивать длительное торможение и т.д.), выбрать наилучший вариант. Кстати, обычно предусматривают два типа торможения: рабочий и аварийный....

[electrorivod147]

Ну а вообще - подбирайте пока частотник, прикидывайте какая ему нужна обвязка по главным цепям.

Хотелось бы узнать, что подразумевается под выражением "обвязка по главным цепям"? Простите, в некоторых терминах пока не силён.

И решайте вопрос, куда будете тормозить. В сеть - дорогие модули рекуперации. В двигатель - здоровья ему не добавит. В реостат - тогда его тоже надо считать и подбирать.

Никита, Михайло, сейчас на кране стоят 4 тормоза ТКП-700, по 2 на двигатель с коэффициентом запаса торможения 1,1. Их можно приспособить под новую систему? Например, чтобы торможение осуществлялось ПЧ, а тормоза просто удерживали двигатели?

[Никита]

Хотелось бы узнать, что подразумевается под выражением "обвязка по главным цепям"? Простите, в некоторых терминах пока не силён.

Автоматы, дроссели, фильтры, может быть контактор придется оставить...

сейчас на кране стоят 4 тормоза ТКП-700, по 2 на двигатель с коэффициентом запаса торможения 1,1. Их можно приспособить под новую систему? Например, чтобы торможение осуществлялось ПЧ, а тормоза просто удерживали двигатели?

Для диплома - нужно. :) Снижение скорости до нуля и далее - наложение мех.тормоза. Можно ли их приспособить механически - не скажу, не зная объема переделок механики. Электричнски - надо приспосабливать под переменку или где-то оставлять постоянку. Кстати, при выборе частотника обратите внимание на наличие в нем функции управления мех.тормозом.
Но снижение скорости до нулевой (торможение ПЧ) все равно подразумевает выделение энергии. Ее нужно куда-то девать.

[Михайло]

что подразумевается под выражением "обвязка по главным цепям"? Простите, в некоторых терминах пока не силён.

Так и знал, что сленг Никиты будет непонятен. Это чисто инженерный сленг. Под "обвязкой" принято понимать всякие дополнительные элементы, которые подключаются в схеме к основному элементу. Например, если основной элемент - это преобразователь частоты, то обвязка - это всякие там сетевые дроссели, сетевые фильтры, моторные дроссели, тормозные блоки, тормозные резисторы и т.д. Как раз все эти элементы - это "обвязка по главным цепям" или "обвязка про силовым цепям".

сейчас на кране стоят 4 тормоза ТКП-700, по 2 на двигатель с коэффициентом запаса торможения 1,1. Их можно приспособить под новую систему?

Даже не сомневайтесь, без этих тормозов страшно будет жить. Они ОЧЕНЬ нужны.

[Xakas]

При выборе эл.двигателя учтите что двигатель переменного тока это далеко не двигатель постоянного тока. Моменты у них совершенно разные, и плясать нужно от этого. Т.е. если ДПТ 150кВ, то АСД должен быть на треть больше по мощности, а с учетом того что хотите ставить ПЧ, то запас должен быть ещё больше, так на частотах до 5..7Гц момент вообще у них низкий и двигатели опрокидываются только так. Ну и обратная связь (резольвер) как защита от опрокидывания не помешает.

[electrorivod147]

При выборе эл.двигателя учтите что двигатель переменного тока это далеко не двигатель постоянного тока. Моменты у них совершенно разные, и плясать нужно от этого. Т.е. если ДПТ 150кВ, то АСД должен быть на треть больше по мощности, а с учетом того что хотите ставить ПЧ, то запас должен быть ещё больше, так на частотах до 5..7Гц момент вообще у них низкий и двигатели опрокидываются только так. Ну и обратная связь (резольвер) как защита от опрокидывания не помешает.

Вроде бы, векторное управление позволяет обеспечить высокий момент на низких оборотах?

[Xakas]

Вроде бы, векторное управление позволяет обеспечить высокий момент на низких оборотах?

В теории да, но есть печальный опыт ГПМ на ПЧ Sew-eurodrive и скипового подъёмника на Micromastere. Хотя конечно в дипломе на этом не стоит заморачиваться.

[electrorivod147]

Снижение скорости до нуля и далее - наложение мех.тормоза. Можно ли их приспособить механически - не скажу, не зная объема переделок механики.

Пока планировалось менять только электрическую часть.

[electrorivod147]

Добрый день! Выбирал ПЧ и пока остановил свой выбор на Siemens S120. Правда, возникло несколько вопросов:
Векторное управление бывает трех типов:

а) Векторное управление скоростью без датчика скорости. Обычно используется для одно-двигательных приводов с асинхронными двигателями, при требуемом диапазоне регулирования 1:10, т.е. для многих промышленных применений, таких как прессы и вентиляторы с большой потребляемой мощностью, центрифуг, неответственных транспортных и подъемных механизмов;
б) Векторное управление скоростью с датчиком скорости. Применяется для однодвигательных асинхронных приводов с повышенными требованиями к динамике даже на низких скоростях, плюс высокая точность управления, т.е. для подъемных механизмов, приводов кранов с точным позиционированием. Для этого типа управления необходим импульсный датчик скорости, например инкрементальный датчик с 1024-мя импульсами на оборот;
в) Векторное управление моментом с датчиком скорости. В случае если необходимо поддержать постоянный момент на валу двигателя, например привода моталок, система приводов ведущий – ведомый, системы регулирования натяжения.

1. Так какой же тип векторного управления всё таки необходим для моего механизма???
2. Поддерживает ли его Sinamics S120???
3. Как синхронизируют двигатели в нормальном режиме, когда оба в рабочем состоянии (по скорости, по моменту)???

Михайло, Никита, насчёт рекуперации, на кранах с большой г/п (в моём случае 210 тонн) рекомендуется применять рекуперативные модули. Так что, вопрос с отдачей энергии при торможении тоже решён.

[Михайло]

1. Однозначно: Векторное управление скоростью с датчиком скорости. Иногда для второго привода применяют "Векторное управление моментом с датчиком скорости". Разница незначительна.
2. Он поддерживает все три режима.
3. Для жестко связанных валов двигателей применяют "выравнивание нагрузки". Это когда один привод (ведущий) задает скорость, а второй (ведомый) регулирует крутящий момент (повторяет его за ведущим) и тем самым нагрузка распределяется на двигатели поровну (пополам).

[electrorivod147]

1. Что то я запутался. Для обоих двигателей векторное управление с обратной связью по скорости? Или для одного двигателя, а для второго тогда что?
2. Хорошо.
3. А разве это не система "ведущий ведомый" ? На эту тему недавно разговаривал с руководителем. Он предложил взять 2 преобразователя и объединить их следующим образом: выход значения момента одного преобразователя подаётся на вход задания момента другого преобразователя, и получается поддержание одинакового момента на обоих двигателях. Но этот метод обладает одним недостатком, как мне кажется: при аварии, когда отказал один из двигателей, необходимо перестраивать систему управления для работы с одним. Есть второй вариант, по моему, весьма неплохой: если оба двигателя будут работать в режиме вект. управления с датчиками скорости, а выравнивание нагрузки будет осуществляться РДН (регулятором деления нагрузки) где будут сравниваться сигналы задания и скорость задания более загруженного двигателя будет снижаться, а менее загруженного увеличиваться. Не знаю, какой вариант лучше применить.
4. Как отразится на системе согласования (выравнивания) наличие в редукторах храпового механизма?
P.S. В нормальном режиме нагрузка и так будет делиться пополам между двигателями, ведь выбирается двигатель как раз с учётом аварийного режима :).

[Михайло]

1. Векторное управление скоростью + Векторное управление скоростью. Или альтернативный вариант: Векторное управление скоростью + Векторное управление моментом. Альтернативный вариант чуть проще для понимания, но он менее хорош (более опасен). Смотрите п.3.
2. -
3. Система "ведущий-ведомый", но поймите, что от ведущего к ведомому могут передаваться совершенно разные физические величины. В рассматриваемом случае передается крутящий момент. Это значит, что это система выравнивания нагрузки.
Если передавать скорость, то синхронизация по скорости; положение - синхронизация по положению; температура - выравнивание температур...
По поводу регулятора РДН. Эти академические (университетские) изобретения не работают. В них заложена концептуальная ошибка. :) У Сименса это называлось "droop control".
4. Храповый механизм, на первый взгляд, это плохо. Система выравнивания нагрузки предполагает, что валы двигателей жестко связаны. Храповый механизм при "храпе" разъединяет валы. Но тут есть такой нюанс: ведомый привод не даст механизму "храпеть", постоянно подпирая его. Но если, допустим, приводы плохо или неправильно настроены, то храповый механизм наверное поможет избежать некоторых проблем. В общем есть отдельное направление исследований в дипломе... Можно создать математическую модель храпового механизма и т.д.

P.S. В нормальном режиме нагрузка и так будет делиться пополам между двигателями

"И так" - это как? Не исключена такая штука: один движок уйдет в генераторный режим, а второй получит двойную нагрузку...

[electrorivod147]

1. Я бы хотел применить более надёжную систему. Насчёт обоих вариантов: обсудим с руководителем, что лучше.
3. По поводу регулятора РДН. Про такие тонкости не знал. Мне казалось, что это хорошее решение, т.к. на многих приводах применяется.
4. Про храповик уточню.
5. Под "И так" имелось ввиду работа механизма без дополнительных устройств (без ПЧ, без выравнивания и т.д.). Что установленный ныне двигатель, что применённый мной - оба спокойно выдерживают двухкратную перегрузку.

[Михайло]

3. Нет, на самом деле РДН может и будет работать, но концептуально эта схема немного корявая. Попытаюсь объяснить: в задаче требуется регулировать одну скорость и один крутящий момент, что эквивалентно регулированию одной скорости и выравниванию нагрузки. У нас есть преобразователи частоты, в которых уже заложены возможности регулирования скорости и момента. Так зачем задействовать какие-то дополнительные нестандартные регуляторы? (К слову, почти во всех ПЧ имеются функционал так называемых "технологических ПИД-регуляторов", которые можно использовать для создания своих нестандартных регуляторов.)
Использовав технологический ПИД-регулятор в качестве РДН-регулятора, мы не убираем регулятор активного тока (момента), а следовательно имеем один лишний регулятор, который надо тоже как-то настраивать... Получаем два регулятора, которые одновременно регулируют одну и ту же величину... Это концептуально непонятно, а может даже действительно не работает...

5. Асинхронные двигатели, подключенные к общему источнику напряжения, действительно обладают бесплатным свойством автоматического выравнивания нагрузки. Но ситуация меняется, если они подключены к двум разным несинхронизированным ПЧ.

[electrorivod147]

1. Надеюсь, в матлабе это смоделируется без проблем.
5. На всех схемах, которые я находил, у каждого двигателя свой преобразователь частоты, для надёжности, наверное.
6. А как повлияют на систему управления наличие упругих связей - канатов? Ведь у механизма подъёма целая полиспастная система. Руководитель предложил составить расчётную схему механизма, свести её к двух- или трёхмассовой и построить в матлабе ЛАЧХ механизма. Сказал, что это повлияет на систему управления. Вот только как? К структурной системе векторного управления добавятся какие-то структурные блоки, или сама структура как-то изменится?

[Михайло]

6. До этого мы говорили о регулировании скорости на валах двигателей и о распределении нагрузки на этих же валах, но если потребуется выровнять скорости после полиспастов, то наверное нужно ставить датчики где-то на выходе полиспастов, потом как-то интегрировать это в систему... Смотря какие требования к электроприводу. Я в кранах не разбираюсь.

[electrorivod147]

Михайло, в реализации Вы точно разбираетесь. А краны да, за всё то время, пока я их изучаю, понял, что тема со своей спецификой. Обсудим с руководителем всё, о чём мы тут за последнее время говорили.