关键词：矢量变频器（SVC、VC）、集装箱装卸机

1、引言

集装箱装卸机是集装箱专用装卸设备之一，可用于20ˊ、40ˊ国际标准集装箱的装卸、转运及堆放等作业。其作业高度可以达到“堆六过七”。传统的集装箱装卸机为了提高起动转矩，采用绕线式异步电动机拖动，通过鼓形凸轮控制器的操作改变其转子所串电阻调速。随着电力电子技术发展和矢量控制技术的出现，现在人们普遍采用变频器作为调速电源，用多极变频异步电机取代原来的绕线式异步电动机，用PLC作为控制装置进行无触点控制。从而改善了调速性能，增加了系统的可靠性。本文以CHV100在赣州铁路局货运站的成功应用为例，阐述集装箱装卸机的变频调速过程。

2、系统简介

2.1集装箱装卸机的运行机构的构成。

主要由三部分组成：大车拖动系统、小车拖动系统、吊钩拖动系统。

（1）大车拖动系统拖动整台起重机顺着车间方向左右移动（以司机的坐向为参考）

（2）小车拖动系统拖动吊钩及重物顺着桥架作前后运动。

（3）吊钩拖动系统拖动重物作吊起或放下的上下运动，下面这种介绍吊钩拖动系统。

2.2负荷特点

集装箱装卸机运行机构均属于恒转矩性质负载，且其吊钩拖动系统为位能性负载，当吊钩吊起重物下降或者快速减速运行时，电动机处于再生发电制动状态。需要将电能通过反馈装置反送给电网或者消耗在制动电阻上，以防止母线电压过冲，变频器过压。

3、控制要求

3.1吊钩拖动系统要求起动转矩大，起动运行平稳。能够实现正反运行且要有超载、限位、限流等多种保护。

3.2吊钩拖动系统在启、停过程中容易出现“溜钩”问题。

由于制动器从抱紧到松开，以及从松开到抱紧的动作过程需要时间（约0.6s），从而电动机转矩的产生或消失，是在通电或断电瞬间就立刻反应的。因此，制动器和电动机在动作的配合上极易出现问题。如电动机已经通电，而制动器尚未松开，将导致电动机严重过载；反之，如电动机已经断电，而制动器尚未抱紧，则重物必将下滑，即出现所谓的“溜钩”现象。因此要有相应的防止措施。

3.3吊钩拖动系统中要有机械抱闸装置（机械制动器）。当重物吊在空中出现突然停电的情况，如果不加装机械抱闸装置，重物就会有下滑的危险。因此，吊钩电动机轴上必须加装制动器。常用的有电磁铁制动器和液压电磁制动器等。

4、系统构成与控制原理

4.1系统构成

4.1.1变频器的选择。

集装箱装卸机的大、小车（平移机构）拖动系统对系统的性能要求不高，为了节省成本，选用V/F控制方式的通用变频器INVT-CHF100即可满足要求。（本文从简）；装卸机吊钩（提升机构）拖动系统要求有较高的起动转矩和调速性能，必须采用矢量控制型变频器。本文采用INVT-CHV100系列矢量变频器。CHV100系列变频器具有以下技术特点：

a、 起动转矩：无PG矢量控制0.5Hz/150%（SVC）；有PG矢量控制0Hz/180%（VC）（零速全转矩功能，又称零伺服功能，即零速是电动机仍然能输出180%的额定转矩，使重物停在空中）。

b、过载能力：150%额定电流60s；180%额定电流10s

c、调速比：无PG矢量控制：  1：100；有PG矢量控制：  1：1000

d、速度控制精度：无PG矢量控制：±0.5%最高速度；有PG矢量控制：±0.1%最高速度。

吊钩提升电机的功率为：75kw。为了保证足够的起动和运行力矩，故将变频器的容量放大一个规格。选用：INVT-CHV100-090G-4型变频器+I/O扩展卡。为了节省成本，精简控制系统，本方案采用无PG矢量的控制方式

4.1.2 PLC、HMI的选择

日本三菱的FX2N-40MR；台湾“威纶”触摸屏 MT506LV

4.1.3制动单元的选择

变频器的制动单元应加大一个档次，以便允许有较大的制动电流，缩短制动过程；制动电阻的额定功率应加大一倍。故选用：DBU-055-4（2个并联）、制动电阻：13.6/9600W（2个）。（也可以放大一个规格，直接选用能量回馈单元：RBU-110-4。）

4.2系统控制原理

4.1系统控制原理说明

4.1.1主令开关、超载、限位开关及变频器的继电器输出信号1（故障输出），作为三菱FX2N plc的输入信号。

PLC的输出信号控制变频器的多功能输入端子（控制变频器的正反转、多段速、故障复位、紧急停止等。）和主电源电路的通断。

触摸屏和PLC通过RS422串行接口相连，PLC中的接口程序在PLC中为触摸屏设立数据读取区及相关状态标志，用于监视主钩的高度、载荷、运行状态、故障信息等。