门座起重机直流电机控制系统的改造

     门座起重机直流电机控制系统的改造发布时间：2009-11-13 20:51:46 来源：秦皇岛港务集团有限公司杂货分公司 直流电动机由于具有良好的线性特性、优异的控制性能和宽广的调速范围等优点，在部分工业控制场合仍然采用。秦皇岛港杂货公司部分门座起重机(以下简称门机)仍采用直流电动机作为动力源，原直流电机控制系统老化，故障率较高，决定采用英国CT公司生产的MentorⅡ智能全数字式直流电机驱动器对直流电机的控制系统进行改造，其输出电流范围为25A～1850A，具有控制、监测、保护和串行通讯的功能。 
    1 直流电机的控制 
    直流电动机在实际运用中必须控制速度、输出转矩和转向。速度与电枢反电势成正比，与磁通成反比。转矩与电枢电流和磁通成正比。转向简单地由电枢和励磁电压的相对极性决定。 
(1)电枢电压反电势是电枢电压的一部分。若假定磁场不变，控制电枢电压能完全控制速度直到电枢的最大电压设计值。电枢电流也是电枢电压的函数。在速度能达到的范围内，转矩也由电压控制。只要磁场是完全激励的，从零速到最大电枢电压(基速)一般能保持最大转矩。 
(2)励磁电压它决定励磁电流，从而决定磁通量。若励磁电压能独立于电枢电压变化，在满功率(满电枢电压)下速度可超过电枢电压提供的基速点且电流为最大值。因为转矩直接与磁通成正比，所以当速度由弱磁开始增加时最大转矩减少。 
直流调速是控制电枢的端电压从而控制送入电机的电流。如要求速度超过基速，则驱动器必须有控制磁场的能力。对于工作在基速以下的系统，需采用独立励磁方式。如果配有合适的反馈，实现位置控制也是可能的。 
      2 McntorI直流电机驱动器控制原理 
      MentorII直流电机驱动器内部采用可控硅双桥反并联系统，能满足在2个方向完全控制电机，快速频繁地改变转矩方向的应用。此配置不需要倒向接触器，能完全控制电机的正反转及正反向制动，为四象限或可逆驱动器。 
MentorU驱动系统采用全数字式双闭环调速方式。电机响应基本上是输出电压的函数，输出电压又由可控硅的触发角决定，而触发角可以精确控制。电机响应的质量依赖于驱动器中驱动逻辑接收、解释和处理与电机当前状态及其要求状态相关的全部数据的能力。这些数据有些来自外部源，如速度给定、转矩给定速度反馈等，有来自驱动逻辑本身，如输出电压和电流，以及不同阶段逻辑系统要求的条件。 
     逻辑的最终输出是触发角，触发角决定加在电枢两端的输出电压。而触发角参数的最终值决定于外部输入、驱动器参数值及选择逻辑。常规运行中最重要的参数值是速度给定，速度给定最终控制触发角。一般的选择是允许速度给定信号按要求配置或选双极性信号，然后用选择逻辑控制速度给定的动态特性，使操作人员快速加“启动”、“点动”、“正向”和“停止”等信号。在反向控制后面是1个逻辑选择，通过零速给定产生1个“停止”信号。到此为止，还有3个只读参数01．0I，01．02，01．03，显示输入信号在各个点的数值。接下来一组参数控制加减速的速率，这部分可根据需要旁路掉。到此处，外部速度给定与所选择的实际速度参数进行比较，产生速度偏差参数。实际速度的反馈源可从2个外部源，编码器或测速机中选择其一，或者由内部计算的电枢电压参数03．04提供，编码器输入可实现位置控制，主板上有允许测速机电压范围调整功能。比例、积分和微分(PID)增益，可进行PID速度环等3项参数(P、J、D)最佳配置的调整，加快系统动态响应，实现稳态时速度无静差，抑制转速超调。接着是4个电流限幅参数。放大后的速度 
偏差的变化率受其参数的限制。此时，速度给定变为电流给定，与电流反馈值得代数和产生控制可控硅桥触发角的给定值。从斜坡函数到触发角之问有4个只读参数，可用于研究和帮助建立控制系统的精确模型。 
     逻辑系统需要一系列指令使得它能够完成访问、处理及触发控制信号产生的全过程。指令以数据形式提供，根据电机应用的特定操作要求，数据又分解为各个数值即参数。驱动器的特性由用户设定参数及内部监视参数设定。由于上述原因，MentorII驱动器由微处理器和用户设定参数来配置的软件组成。参数包含了所有与电机性能相关的重要因素，因而可以通过设置驱动器能准确地满足具体应用的要求。配置所有的模拟量输入及大多数数字量输入，从状态位中可得到驱动器运行状态的最重要的参数值，参数的数量很多， 
但将其按特定逻辑和功能分成多个菜单后，理解和存取这些参数将变得容易，通过用户定义的菜单，可快速访问最常用参数。例如，可以设定经济励磁时的电流值和进入经济励磁前的等待时间2个参数，便采用经济励磁工作方式。参数还能进一步提供通讯、保密和其他功能。  
  3运行监测与故障诊断
MentorII配有作为可选件的智能显示屏，电机运行情况的检测和驱动器运行条件的信息通过显示灯进行显示，使电机和驱动器的当前运行状态一目了然。另外，智能屏上的键盘可对驱动器有关参数进行调整，以满足具体场合应用的要求。
若驱动器发生故障，智能屏索引窗口将显示trip，数据信息将闪烁，数据窗口显示故障原因的英文缩写，这对电气维修人员在维修设备时是个重要的参考信息。

4串行通讯
串行通讯是Mentor1I系列驱动器在工业应用中的显著特点。驱动器通讯接口是标准配置，允许1台或多台驱动器受主机如PLC或计算机控制组成自动化系统。外部可编程控制器(PLC)可访问全部或部分驱动器逻辑，使得驱动器参数能及时改变，以满足控制过程中不同阶段的特殊要求。
MentorⅡ系列可受主机直接控制、改变运行配置，采集运行状态或受数据采集系统的连续监视。1台主机可最多连接32台Mentor11驱动器，通讯口是连接器PL2，采用RS485标准。
在门机控制系统改造的具体应用上，Mentor11驱动系统采用全数字式双闭环调速方式，在门机的起升、变幅机构采用外环是速度反馈，内环是电流反馈的双环系统，在旋转机构中采用外环是电压反馈、内环是电流反馈的双闭环系统。并分别在内环中对电流连续和不连续进行控制，外环中对基速下的恒转矩和基速上的恒功率进行控制。另外在起升、开闭驱动器中还对磁场电流进行额定磁场电流与弱磁场电流的控制。通过采用该驱动系统，门机各机构运行情况良好，操作平稳，故障率明显降低，维修量减少，易于维护。