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西门子模块6ES7222-1HD22-0XA0代理订购
1 问题的提出
“都什么年代了,还使用熔断器!”“熔断器已过时了!”这看似很有道理却又产生颇多疑议的技术问题,摆在电气技术人员的面前。近十多年来,无论是工业建筑、民用建筑和户外装置的低压配电系统设计中,使用低压熔断器越来越少,而是千篇一律地使用低压断路器,与之相应的,低压配电箱中装设熔断器的也大大减少。在低压配电系统保护电器的应用中,笔者认为这是一个不正确的或不的认识和作法。因此,有必要对熔断器和断路器(以下均指低压配电线路)进行一些比较和分析,以便读者日后能正确、合理地选用这两种保护电器。
2 配电线路的保护和保护电器的发展
2.1 配电线路保护要求
为了在发生故障(如过载、短路和接地故障)时防护人身(间接接触导致的电击),或避免线路过热而导致损坏,甚至引起电气火灾,配电线路应有必要的防护措施,以保护线路和用电。由于低压配电线路遍布各种建筑内部和户外各处,发生故障的机率大,而且可能有大量非人员接触,显得这种防护的重要性。
主要的是防护措施就是在各级配电线路装设保护电器,以保证在电路发生故障时,能有效地断开故障电路。这些保护应符合《低压配电设计规范》(GB50054-95)的有关规定。为此,各级线路不仅要设置保护电器,还正确整定其参数,以保证在规定时间内地有选择地切断电路,即要求靠近故障点的保护电器动作,而其上级的保护电器不动作,以使得被切断电路的范围小。
2.2 保护电器的类型和发展
保护电器主要有两种:一是断路器,二是熔断器。断路器类型很多,从与本文相关的保护特性看,有非选择型和选择型断路器两大类;此外,还有带漏电防护的断路器。这些保护电器各有自身的特点,自然也有其不足之处,应根据配电系统各处的具体条件和要求选用,不能简单地用“”或“落后”给予评价。
在当今世界上,特别是一些发达国家,断路器产品和技术发展十分,不断研制出新型、保护功能完善的断路器。近几十年来,每十年左右产品便新换代一次,一直到推出功能完善、具有通信模块的智能型断路器,为配电线路防护提供能的保护电器。
近二十年来,我国电器工业的发展十分,断路器产品生产企业紧跟技术潮流,研制了多种智能型断路器,为配电线路提供了完善的保护功能。
但是,在欧美一些发达国家,并没有因为断路器的快速发展而淘汰熔断器,也没有把熔断器视作“落后的”或“过时的”产品。在德、法等国家的企业(如西门子、溯高美等电器公司),不但仍在生产熔断器,而且还在继续研制新的产品,技术上也在不断前进。这些都说明断路器是的保护电器,决非“过时”或“落后”的产品。应该说,熔断器与断路器两者相辅相成,各有用途。
3 熔断器和断路器的比较
现就熔断器和断路器的保护性能等特点进行比较,其中断路器按非选择型和选择型两类分别叙述。
3.1 熔断器
3.1.1 熔断器的主要优点
(1)可选择性好:上下级熔断器的熔断体额定电流,只要符合GB13539.1-92、GB13539.2-92和IEC标准规定的过电流选择比为1.6:1的要求,即上级熔断体额定电流不小于下级的该值的1.6倍,就视为上下级能有选择性切断故障电流;
(2)限流特性好,分断能力高;
(3)相对尺寸较小;
(4)价格较。
3.1.2 熔断器的主要缺点
(1)故障熔断后换熔断体;
(2)保护功能单一,只有一段过电流反时限特性,过载、短路和接地故障都用此防护;
(3)发生一相熔断时,对三相电动机将导致两相运转的不良后果,当然可用带发报警信号的熔断器予以;
(4)不能实现遥控,需要与电动开关、负荷开关组合才有可能。
3.2 非选择型断路器
3.2.1 主要优点
(1)故障断开后,可以手操复位,不必换器件,除非切断大短路电流后需要维修;
(2)有反时限特性的长延时脱扣器和瞬时过电流脱扣器两段保护功能,分别作过载和短路防护用,各司其职;
(3)带电操机构时可实现遥控。
3.2.2 主要缺点
(1)上下级非选择型断路器间难以实现选择性切断,故障电流较大时,很容易导致上下级断路器均瞬时断开;
(2)相对价格略高;
(3)部分断路器分断能力较小,如,额定电流较小的断路器装设在靠近大容量变压器位置时,将出现分断能力不够现象。现在有高分断能力的产品可以满足要求,但价格较高。
3.3 选择型断路器
3.3.1 主要优点
(1)具有上述非选择型断路器的各项优点;
(2)具有多种保护功能,有长延时、瞬时、短延时和接地故障(包括零序电流和剩余电流保护)防护,分别实现过载、短路延时、大短路电流瞬时动作及接地故障防护,保护灵敏度高,调节各种参数方便,容易满足配电线路各种防护要求。另外,还可有级联保护功能,具有良好的选择性动作性能;
(3)目前,选择型断路器产品多具有智能特点,除保护功能外,还有电量测量、故障记录,以及通信接口,实现配电装置及系统集中监控管理。
3.3.2 主要问题
(1)价格很高,因此只宜在配电线路端和特别重要场所的分干线上使用;
(2)尺寸较大。
4 配电线路特点和保护电器选型
4.1 配电线路特点和对保护电器的要求
(1)配电系统通常有树干式和放射式两类,还有两者的混合系统。一般说,树干式系统的干线较长,对保护电器要求较高,往往需要保护电器,所以一般选用选择型断路器;
(2)配电线路可分为主干线、分干线和末端线路三种。主干线是从变电所低压配电屏引出的馈电线,当为树干式线路,此干线容量很大时,通常使用母干线;
(3)末端线路是直接连接用电设备的线路,短路或接地故障时,要尽快或瞬时切断电路,没有选择性要求。
4.2 配电线路故障特点
(1)短路和接地故障发生在末端回路的较多,大约要占所有故障的90%以上,特别是插座回路是如此,原因是插头、插座和移动电器及其导线和接头等较容易出故障;
(2)就故障类型说,接地故障多前者约占80%~90%,相间短路故障较少;
(3)电动机等设备的末端回路,通常是过载多,短路故障较少,电动机的过载约占总故障数的80%以上,而过载是用热继电器保护,不会使熔断器、断路器动作。
4.3 保护电器选型方案
根据叙述的电路故障特点和几种保护电器性能的比较,提出保护电器选型方案的建议。本文只论述熔断器和断路器的选型方案,而不涉及保护电器参数的整定。
4.3.1 以下位置应选用选择型断路器
(1)变压器低压出线的总开关;
(2)变电所低压配电屏引出的母干线,或引出的电流容量较大(如500A以上)的树干式线路的保护;
(3)重要场所的低压配电屏引出的电流容量较大(如300A以上)的放射式线路的保护。
4.3.2 以下位置可选用非选择型断路器
(1)末端回路的保护;
(2)靠近末端回路的上一级分干线的保护,用于供给用电设备不多,且偶然停电影响不太大时。
4.3.3 以下位置宜选用熔断器
(1)配电线路中间各级分干线的保护;
(2)变电所低压配电屏引出的电流容量较小(如300A以下)的主干线的保护;
(3)有条件时也可用作电动机末端回路的保护,但此处不宜选用gG型熔断器(即全范围分断、一般用途的熔断器),而应选用aM型熔断器(即部分范围分断、电动机保护用熔断器)。因aM型熔断器选用的熔断体额定电流比gG型小得多,有利于提高保护灵敏性,也避免了使上级保护电器选得过大。
4.3.4 保护电器选型综合方案
各级线路保护电器选型列于见下表。
5 关于合理应用熔断器的建议
(1)正确认识熔断器在配电线路保护的作用和地位,熔断器和断路器各有其特点,在不同条件下发挥作用;
(2)修订熔断器产品标准。现行熔断器—GB13539.1—92和GB13539.2—92是1992年颁布实施的,等效采用IEC269标准,IEC已于1998和1999年修订了该标准,建议及时修订该,使熔断器标准跟上水平;
(3)努力提高熔断器产品的技术水平。由于对熔断器应用的一些不正确理解和其他原因,近年来该产品市场不景气,一些企业技术进步较少。希望能按新的IEC标准和新修订,必要时引进国外技术,生产高水平、多品种的产品,如aM系列熔断器等产品;
(4)低压配电成套装置和配电箱,应有一定数量的熔断器的方案,以供配电设计人员和用户选用
1 引言
MCX系列运动控制器是日本NOVA公司设计的电路,其中的MCX314As是NOVA公司新推出的4轴运动控制器,是对MCX314功能的改进和增强。
MCX314As以单个电路同时控制4个伺服系统或步进电机系统,可进行各轴立的定位控制、速度控制,亦可在任意2轴或3轴中进行圆弧、直线、位模式插补。MCX314As能与8/16位数据总线接口,通过命令、数据和状态等寄存器实现4轴3联动的位置、速度、加速度等的运动控制和实时监控,实现圆弧、直线、位模式3种模式的轨迹插补,输出脉冲频率达到4 MHz。每轴都有伺服反馈输入端、4个输入点和8个输出点,能立地设置为恒速、线性、非对称S曲线加/减控制、非对称梯形加/减速控制方式,并有2个32位的逻辑、实际位置计数器和状态比较寄存器,实现位置的闭环控制。另外,较MCX314增加了自动搜寻原位、输入信号滤波器、同步动作、输出脉冲32位、圆弧/直线插补脉冲范围32位、S曲线加/减速的非对称、手动设定模式、位置计算器的可变环形、Z相输入的实位计数器的、实位计算器的增减反转等功能。同时,MCX314As对连续插补终写入、圆弧插补终点、输入UP/DOWN脉冲的计算出错等做了相应的改善。
2 内部结构和主要功能
图l为MCX314As的功能框图。由相同功能的X、Y、Z和U轴的控制部分和插补计数部分组成。主要功能如下:
2.1 4轴控制
MCX314As通过脉冲序列驱动控制电机运动。4轴运动控制器中的4个轴都具有相同的功能,允许至多3轴联动,同时对于恒速驱动、插补或S曲线驱动都有相同的操作方法。S曲线加/减速驱动等4轴的性能相同。
2.1 速度控制
对于恒速驱动、插补或S曲线加/减速驱动,输出脉冲的频率范围是1 p/s~4 Mp/s,而输出脉冲频率的精度(时钟频率为16 MHz)小于±0.1%。速度倍率为1~500。驱动脉冲输出的速度可以在不运行时自由变化。
2.3 加/减速驱动
MCX314As可以控制每根轴的恒速驱动、插补的加/减速驱动和S曲线加/减速驱动。每个轴还可以被立地预置为S曲线或梯形加/减速。使用S曲线的加/减速命令可以使输出脉冲按抛物线规律进行加/减速。
2.4 插补功能
直线插补:4轴中的任意2轴或3轴都可以实现直线插补运动。运动位置边界的坐标介于-2 147,483 646~+2 147 483 646之间,同时直线插补的位置误差为±0.5 LSB(小插位)。
圆弧插补:任意2轴都能实现圆弧插补,其插补坐标的范围与直线插补相同,圆弧插补的位置误差为±1.O LSB(小插位)。
位模式插补:这种插补的数据由上位机CPU进行计算,上位机将插补结果写入MCX314As,然后,MCX314As在预置的驱动速度下连续输出插补脉冲。根据上位机CPU的处理能力,MCX314As可以对各种形状的曲线进行插补。
连续插补:MCX314As允许不同的插补方式连续使用,例如直线插补→圆弧插补→直线插补→………,不间断的连续插补时允许的大插补速度为2 Mp/s。
2.5 位置控制
每个轴都有一个32位的逻辑位置计数器和一个32位的实际位置计数器。逻辑位置计数器记录输出的位置脉冲。实际位置计数器记录从外部编码器或者线性比例尺输入的反馈脉冲。
2.6 比较寄存器和软件限位
每个轴都有2个32位比较寄存器,一个为逻辑位置计数器,另一个为实际位置计数器。比较结果可从状态寄存器读出,也可以通过中断报出。这些寄存器也可以被用来实现软件限位。
2.7 自动搜索原位功能
MCX314As在不需要CPU干涉下可以完成自动搜索原位的工作。这个过程包括高速原位搜索→低速原位搜索→编码器Z相搜索→补偿驱动。这种功能减少了CPU的负担。
2.8 同步运行
同步运行可实现一些特殊功能,例如在每个轴或2个轴或与该电路相连的外部器件产生激励信号能使运行同步开始或停止。可以使用10种类型的激励信号,其中包括特殊位置、轴运动时的开始/停止和输入信号的脉冲上升沿/下降沿。4种运行的响应包括轴运动的开始/停止、保存位置的计算值和写入轴运行的速度等。
2.9 输入信号过滤
MCX314As具有对每个输入信号进行滤波的功能,并且可以设置输入的信号是否进行滤波还是直接进入电路。滤波的时间常数可以选择。
3 主要控制寄存器及指令系统
3.1 命令寄存器(WR0)
MCX314As中各轴的WR0寄存器用来进行各轴设定和命令寄存,它包括轴设定的各位、命令字设定的各位以复位命令的各位。在向此寄存器写入轴设定字和命令字后,它将立即执行。某些命令在写入WR0之前应先写入WR6和WR7。
3.2 模式寄存器1(WRl)
4轴都有各自的状态寄存器1,写哪个寄存器取决于NOP指令的或写前的情况。WRl可以控制输入信号IN3~INO的使能,并用于设定减速状态和比较寄存器。
3.3 模式寄存器2(WR2)
WR2设定外部限位开关输入、反馈计数器脉冲类型及伺服驱动的反馈信号。
3.4 模式寄存器3(WR3)
4个轴都有各自的WR3。读哪个状态寄存器取决于已被的轴或NOP指令的轴。WR3可用于操作手动减速、单减速、S曲线加/减速、外部操作模式设定和通用输出OUT7~OUT4的设定。
3.5 输出寄存器(WR4)
该寄存器用于设定4轴的输出信号nOUT3~nOUT0。它也可以被用作16位的通用输出。若某位置O,将会输出低电平;置1将会输出高电平。
3.6 主状态寄存器(RR0)
该寄存器用来显示各轴驱动和错误的状态。此外,它还显示插补、连续插补的就绪信号、圆插补的象限和BP插补的栈计数。
3.7 状态寄存器1(RRl、RR2、RR3)
每个轴都有状态寄存器RRl、RR2和RR3。读取哪个状态寄存器,取决于写入MCX314As的命令。命令10FH表示X轴,20FH表示Y轴,40FH表示z轴,80FH表示U轴。
3.8 输入寄存器(RR4/RR5)
RR4和RR5为通用寄存器。如果寄存器的数据位为O,则输出为低电平;若数据位为1,则输出为高电平。
3.9 数据寄存器(RR6/RR7)
RR6和RR7是数据寄存器并对相应的数据读取命令。RR6存放低16位(D15~DO),RR7存放高16位(D31~D16)。
3.10 写数据命令
设置驱动参数如加速度、驱动速度、输出脉冲数时,要用写数据命令,以将这些参数/数据写入MCX314As。如果同时多轴,可以对不同的轴同时写入相同的数据。如果数据长度是2 B,只需把数据写入WR6。如果数据长度大于2 B,则高16位写入WR7,低16位写入WR6。数据写入数据寄存器后,向WR0写入命令设定轴,然后执行命令。
3.1l 读取数据指令
数据读取命令用来读取各轴寄存器的值。当向WR0写入读命令后,数据将出现在RR6和RR7中,要读取的数据是二进制的,负值为二进制补码形式。
3.12 驱动命令
驱动命令将控制MCX314As以不同的方式输出驱动脉冲。当向WR0写入命令代码并控制轴后,该命令被立即执行。可以同时用同一命令多轴。运行时,每个轴的RR0的nDRV位将置为1,当运行结束时.nDRV位置0。
3.13 插补命令
插补命令由2轴或3轴直线插补、顺时针/逆时针圆弧插补、2轴或3轴位模式插补和其他有关命令组成。当向WR0写入插补命令时,置WR0的D8~Dl位为O,因为对插补命令没有必要轴。
在执行插补命令之前,先执行以下2步:通过设置WR5的D5~DO位来要插补的轴;设定主轴的速度参数。
4 应用电路
目前,占据国内数控市场主要分额的经济型数控系统多采用MCS~5l系列单片机或MCS~51系列兼容的单片机,频率为12 MHz~40 MHz,单周期指令执行时间为250 ns~1 ms,限制了经济型数控系统的进一步发展,尤其是多轴高速联动、螺纹高速切割和高分辨率控制等功能受到限制。将MCX314As运动控制器和MCS-51系列单片机相结合构建经济型数控系统,可以解决传统经济型数控系统速度慢、功能少、开发难度大等问题,具有很好的发展前景。
张力控制广泛应用于各种卷壳及滚筒组成的加工生产线,如造纸厂、印刷厂、纺织漂染厂和食品厂等。这些生产线在处理纸张、薄片、丝、线、布等大尺寸材料的过程中有一定的张力。张力太小会导致褶皱和套印不准等弊病;张力太大会无谓增加机器负荷并容易使材料断裂;而张力不稳定会使材料发生跳动也会导致套印不准及重影等。为了保持产品的品质、效率及性,一套功能完备的张力控制系统是必需的。如图2所示,凹版印的张力控制装置整体可以分为3部分;张力/速度装置、控制装置、执行机构及驱动器。其中,控制装置是系统控制的,本设计使用MCX314As和89C52型单片机来实现系统的张力控制和速度调整。
4轴运动控制卡以MCX314As为,采用89C52型单片机作为主控制器,并采用PSD913F2型可编程外围器件替代传统的大部分外围器件。MCX314As的时钟频率由外部决定,本系统采用了MCX314As默认的16 MHz频率作为时钟信号。图2中,PGl、PG2、PG3、PG4为光电编码器。Ml、M2、M3、M4是步进电机。
MCX314As的片选信号和低位地址AO~A3都由PSD913F2产生,数据线和读/写信号直接由89C52相应的数据线和读/写信号控制,中断信号触发89C52的外部中断端。MCX314As只有一个中断信号端口,所有中断源信号进行“或运算”后输出到中断信号端口。中断源的使能和状态通过MCX314As上的写/读寄存器进行设置和判断。
89C52、PSD913F2 和MCX314As能够提供32个通用输入端、32个通用输出端、13个可编程通用输入/输出端。这些端口用于S、M、T功能和各种反馈输入信号。
系统放卷和收卷电机控制脉冲由MCX314As产生,经过差分输出驱动器产生差分驱动输出,既可以控制数字式交流伺服驱动器,也可以控制步进电机驱动器和直流电机驱动器。外部反馈脉冲经过差分输入驱动后输入MCX314As,张力传感器信号和速度信号也可以直接输入MCX314As。通用输入/输出信号都要经过光电隔离,直至驱动后才能与MCX314As或PSD913F2相连。
5 结束语
张力控制系统是印刷包装行业中的重要环节。将MCX314As型运动控制器应用于凹版印的张力控制系统可以提高系统的稳定性和性,使得和智能的控制策略得以运用。但该系统的抗干扰能力还需要进一步改进。
1. 引言
电梯性能的好坏对人们生活的影响越来越显著,因此努力提高电梯系统的性能,保证电梯的运行既节能又。我国电梯控制系统主要有三种方式:继电器控制系统、微机控制系统和PLC控制系统。其中PLC控制系统以其显著的优点成为电梯控制系统的主流。PLC控制系统主要有双速电梯系统和变压变频调速系统,后者通过改变电机供电的电压和频率,平滑调节电梯速度,可以获得好的乘坐舒适感,它平层精度高,并具有显著的节能效果,了电梯的性,成功地解决了电梯运行的舒适感问题。
过去,对中、低速电梯主要采用拖动系统来构成其曳引系统,应用变方式实现电机的调速。因为这种系统只能实现有级调速,无法对电机的转速和加、减速进行准确的控制,所以此方式的舒适感和平层精度都较差。后来又采用交流调压调速控制的电梯,进行速度闭环控制,其舒适感和平层精度都有较大提高,但它却很难实现控制,并且能耗大,输入功率因数也低,影响了系统的整体性能。对于高速电梯,过去主要采用晶闸管直流调速系统,存在维护难等问题,并且调速系统的功率因数也不高。与前述方式相比较,变频调速则是各种调速方法中效率、性能均较好的一种。
2. 变频调速电梯系统及其驱动技术
采用PLC控制的变频调速电梯系统原理图如图1所示。
图1 PLC控制的变频调速电梯系统原理框图
在电梯系统中要处理的信号十分多而且复杂,在设计时仔细考虑对信号快速准确的处理问题。采用许多的驱动和控制技术就很有必要,其中包括矢量变换控制技术、高速CPU技术、DSP技术和采用新型大功率器件IGBT的变频调速器。图1中PLC主要处理一些监控信号,主要有楼层计数信号,呼梯、选层信号,定向信号,换速信号,主控制信号等。此外还有开、关门控制,楼层显示,呼梯、选层显示,单、双控制,条件自动检测,自动平层、消防等各种控制信号。
将变频器用于电梯时,常称为VVVF电梯。一般变频器有交—交、交—直—交两种类型。对于交—直—交变频器,可以按直流环节电压、电流的特点(由滤波的电容量和电感量决定)划分为电压型和电流型变频器。电梯一般采用电压型变频器。改变电动机定子的电源频率,就可实现对异步电动机的调速。但为了保持调速时电动机大转矩不变,需要维持磁通恒定,应满足压频为常数,即变频时应协调地变压。
目前,虽有电梯变频器,但其价格昂贵,因此可以采用通用型变频器,通过合理设计,可使其达到变频器的控制效果。为满足电梯控制上的要求,参数设置比型变频器要复杂得多。为减少启动冲击及增加调速的舒适感,其速度环的比例系数宜小些(3s),而积分时间常数宜大些(5s)。为了提高运行效率,快车频率应选为工频(50Hz),而爬行频率要尽可能低些(4Hz),以减少停车冲击,检修慢车频率可选10Hz。为了保证平层精度及运行的性,曳引电机的转速采用闭环控制,其转速由旋转编码器。为使变频器工作在状态,需使变频器对所驱动的电机进行自学习,其方法是:将曳机制动轮与电机轴脱离,使电机处于空载状态,然后启动电机,变频器便可自动识别并存储电机有关参数,使变频器能对该电机进行控制。
3. 变频调速电梯系统的控制技术
电梯系统的控制主要可分为拖动系统的调速控制与选层系统的逻辑控制。VVVF电梯拖动调速系统的实质就是采用交流异步电动机驱动及矢量变换控制技术。VVVF电梯调速系统的特点是:电梯启动采用降频软启动,电机启动电流很小,不过额定电流。在电梯的制动段,电梯调速系统工作在发电制动状态,不需从供电网中电能,从而降低了电能的消耗,避免了电机过热,调速系统的功率因数比较高(接近1)。
调速控制是指对电梯从启动到平层整个过程中速度的变化规律进行控制,从而减轻人在乘坐电梯时由于启、制动过程中加、减速产生的不舒适感(上浮、下沉感),并保证平层停车准确。与选层系统的逻辑控制相比,调速控制为复杂,其控制性能的优劣在很大程度上决定着电梯的性能和质量。电梯的运行可分为启动、稳速、制动三个阶段。稳速运行时考虑到节能和对电网的干扰,系统采用开环控制,而启、制动运行时为使运行速度跟随给定理想速度运行,采用闭环控制。理想速度运行综合了舒适感(满足人体对加速度及加速度变化率要求)、运行效率及电机调速性能,按位置原则存储于程序存储器中。调速控制系统由主回路和控制回路两部分组成,主回路包括曳引电动机(三相异步电动机)驱动及功能电路,速度反馈信号来自与电机转子同轴的脉冲发生器,其输出脉冲的频率对应电梯运行速度。速度的控制由系统通过改变触发脉冲的控制角(移相角)实现,经相应的移相角延时时间后,根据电梯实际速度与给定速度之差情况控制主回路工作状态。由于负载变化、电网波动、钢丝绳打滑、伸缩等因素,使减程可能不符合直接停靠的平层要求,为此,在离层楼100-200mm处设置1-2个平层校正器,当轿厢运行到此校正点时,将实际速度与该点由平层校正器发出的平层速度给定值进行比较,如无差,则按原减速曲线运行;若有差,则用差值校正原速度给定曲线斜率,使之保证准确平层。
岸边集装箱起重机(简称岸桥)是在码头进行集装箱装卸作业的大型港口装卸设备,是现代化集装箱码头的装卸设备。岸边集装箱起重机由前后两片门框和拉杆构成的门架和支承在门架上的桥梁组成。行走小车沿桥架上的轨道运行,门架可沿着与岸线平行的轨道行走。桥架伸出码头部分可俯仰,以方便船舶靠离码头作业。岸边集装箱起重机的工作机构主要包括:起升机构、俯仰机构、大车运行机构和小车运行机构等。驱动装置主要包括电力驱动装置,主要为电动机及其装置、调节元件组成的控制系统。岸边集装箱起重机可采用PLC控制系统和CMS监测系统,具有自动监测和诊断功能,工作。
我国集装箱装卸机械电控调速技术的发展历程主要经理三个阶段。
阶段采用发电机――电动机调速系统,由发电机发电驱动各机构的电动机,采用晶闸管励磁装置调节发电机的电压,以实现调速。
二阶段采用晶闸管供电――直流电动机调速系统。交流电源直接经过晶闸管整流供电装置驱动各机构的直流电动机。其特点是去掉了庞大的发电机组,减少了旋转机械,提高了系统性。
三阶段为全交流变频调速系统。交流电源经过交流变频装置来驱动各机构的交流鼠笼式变频电动机。交流变频调速开始用于平移机构,如:小车机构和大车机构;后逐渐发展到用于位势负载机构,如:俯仰机构和起升机构。特别值得提出的是,随着近几年微电子技术和功率电子技术的飞速发展,交流变频调速技术也得到了发展;尤其是近年来全数字矢量控制的交流变频器的研制成功,使变频调速技术应用进入了崭新的阶段。过去,繁杂的控制数学模型由分离电子元器件组合而成,如今采用微处理器控制技术,应用软件程序即可简单方便实现。这样,系统的元器件不但高度集成化,数量减少,而且性大提高,功能为丰富。
交流变频调速技术应用于起重机后,与市场上大量使用的传统的绕线异步电动机转子串电阻调速系统相比,可带来以下显著效益:
(1)交流鼠笼式电动机不但坚固、、制造方便,而且廉。采用结构简单、性高的鼠笼异步电动机,避免了因集电环、电刷磨损或腐蚀引起接触不良而造成电动机损坏或不能起动的故障。
(2)由于交流变频器采用交--直--交流控制方式,即先将交流电源整流变为直流,再通过SPWM控制技术转为交流变频电源,其中直流回路的滤波电容起到很好的功率因素补偿作用。交流变频系统的功率因数多在0.9以上,现代电网管理规定中要求的功率因数0.85。因此交流调速系统增设功率因数自动补偿装置。
(3)由于控制技术及功率元器件制造技术的发展,使交流变频调速装置的造价大大降低,小功率的变频器价格与直流调速装置相当,大功率的稍贵些。但从系统综合考虑,交流变频调速装置不需要谐波吸收装置,功率因数自动补偿装置。因此总的说来交流电动机的价格为低廉,
(4)由于交流变频器的IGBT大功率管采用基保护瞬时封锁,在电网波动较大的场合不会损坏元器件。
(5)采用交流变频调速技术的起重机由于变频器驱动的电动机机械特性硬,具有定位的优点,不会出现传统起重机负载变化时电动机转速也随之变化的现象,可以提高装卸作业的生产率。
(6)变频岸桥运行平稳,起、制动平缓,运行中加、减速时整机振动和冲击明显减小,性提高,并且延长了桥吊机械部分的寿命。交流接触器大量减少,电动机主回路实现了无触点化控制,避免了因接触器触头频繁动作而烧损以及由于接触器触头烧损而引起的电动机损坏故障。
(7)交流变频调速系统可以根据现场情况,灵活调整各档速度和加、减速时间,使得变频门吊操作灵活、现场适应性好。交流变频调速系统属率调速系统,运行效,发热损耗小,因此比老式调速系统能省电。变频器具有完善的保护、监测及自诊断功能,如再结合PLC控制,可大幅度提高变频门吊电控系统的性。
因此让起重机主要运行机构全部采用交流变频调速,一直是机械电气制造厂商的多年追求。从八十年代起,世界各大公司均着手开发全变频岸边集装箱起重机。因为岸边集装箱起重机采用柴油机发电机组,不能吸收系统反馈的能量,不需考虑变频技术中困难的能量反馈电网的问题,所反馈的能量通过制动单元消耗在制动电阻上,相对技术些。因此,试验在岸边集装箱起重机上进行,并于九十年代初获得成功,并投入批量生产。
从九十年代中期开始,变频装置能量反馈电网的问题得到解决,全变频的岸边集装箱起重机开始投入生产运行。据统计,1994-1995年岸边集装箱起重机规格书中提出全变频电控要求的用户占20%,可见市场之需求。各公司生产的全变频岸边集装箱起重机的数量也逐年增加,生产规模越来越大。
数传电台有发射功率限制,传输距离大只有数十公里,而且,长距离的发送需要大功率发射,因此需要提供大功率电源。这一特性决定了数传电台的应用只能限定在一定的区域范围内。
数传电台组成的网络单占用1个频率资源,在同一频点上,同时只能有1个设备发送数据。一般采用对远端多点的通信分配方式,采用轮询方式查询数据,轮询周期与电台数量有密切关系。设访问1个站点需要0.5 s,轮询等待时时间设定为3 s,系统有100个终端,那么在所有终端工作正常情况下,轮询周期是0.5×100=50 s,如果有1台终端由于设备故障、频率干扰等原因导致传输失败,系统在此终端将等待3 s,轮询的长周期可能是3×100=300 s。
数传电台的轮询模式以及覆盖范围,决定了网络的容量有一定限度。
数传电台的建设成本除了数传电台的采购成本外,还包括架设建塔台、天线等基站建设成本,传输距离越远,基站建设成本就越大。数传电台由用户单位自行建造,缴纳通信费用,但频率占用费以及对电台设备的维护费用是笔不小的开销,电台数量越少,单位成本就越高。
数传电台建设受城市建设影响大,建设好的数传网络很可能被城市中新增的高大建筑所阻挡,楼群对电波的反射、折射有着很大的影响,自建电台网络针对城市建设中出现的情况不断调整网络,包括移动天线位置、增加天线高度等,必要时可能会根据无线电管理机构的要求调整频率。这些在后期运行成本中占据了很大的份额,而且具有很大的未知性。
2 GPRS/CDMA网络构成与优势
GPRS/CDMA已经组成了覆盖全国的数据网络,它是利用“分组交换”(Packet-Switched)概念发展起来的无线传输方式,是一种新型的分组业务。GPRS在数传领域采用DTU+网络接入的方式组网,图2是互联网接入的一种典型应用。
采用GPRS/CDMA方式组成网络及其方便,只要附近有GPRS/CDMA基站,就可以架设数据采集终端,没有通信距离的限制;GPRS/CDMA终端的发射功率都很小,一般<2 W,加上具有电源管理等功能,可满足部分依靠太阳能电池供电的采集点使用。
在一个应用系统中,利用2台或多台数传电台组网,每个数据网络都会占用1个频率,当此频率受到干扰时,将受到严重影响。
GPRS与GSM共用频段,GSM采用TDMA/FDMA多址工作方式,每个频道有8个时隙(8信道)。依据小区用户数量(密度),GSM可采用不同的小区频率复用方式。由于GPRS可用频段宽,容易满足组建公网对信道数的需要。GPRS/CDMA是公众生活中的一个重要交流工具,其工作频率受到无线电的保护,因此频率受干扰的机会非常少。GPRS/CDMA的跳频机制也能有效地解决频率受到干扰的问题。
GPRS采用卷积编码,4种编码方式:C~CS-4(C码率为1/2,CS-2码率为2/3),可通过减少纠错比特适应不同传输信道质量要求。目前使用的CS-2编码纠错能力较强,即使传输信道质量比较差,也能满足要求。
CDMA技术早已在抗干扰通信研究中得到广泛应用,这一成果成为的热门课题。成功转化为民用的CDMA技术,在领域将会给用户提供高的。
GPRS/CDMA网络采用分组交换方式,在满足数据带宽的情况下,可以几乎同时向全部终端发送查询数据,组成和上述电台组网案例中相同规模的GPRS/CDMA网络,整个轮巡周期为3~5 s,而且这个周期不随着终端数量的增长而增长,个别终端故障,不会影响整个系统的轮询周期。针对GPRA/CDMA的网络特点,改变传统的轮询模式,采用终端主动发送数据的方式,数据采集效。
在GPRS/CDMA网络上组建网络,根据总带宽需求,申请合适的接入方式与带宽,对终端数量没有限制。使得其在电力、气象、水文等行业里作为大范围、大容量的检测网络成为可能。
GPRS/CDMA网络属于蜂窝网络结构,高大建筑对网络无线信号的影响只局限在小块区域,而且,移动运营商有专门的网络优化部门,根据网络上的、通信故障等情况,可及时调整网络,用户根本不必关心网络的调整,不需要为网络调整付出额外的支出。
3 GPRS/CDMA网络替代数传电台的实现方案
使用GPRS/CDMA DTU开发新的网络,只需要按照GPRS/CMDA DTU的组网方案实施即可,方便易行。现有大量的数传电台网络,需要改造成GPRS/CDMA数传网络。本文将探讨如何改造,并在改造过程中大限度地减少工作量,充分利用原有资源,降低改造成本。
(1)网络规划
这是改造过程的步,是计算整个数据网络中的带宽需求,从而选择合适的终端与接入方式。GPRS DTU理论上可以满足13.4~53.6 kbit/s的传输要求,但在实际应用中,建议考虑应用的带宽需要在9600 kbit/s以下,出这个带宽的需求时,建议使用CDMA DTU。对GPRS/CDMA的选择还要考虑到当地网络的覆盖情况,目前GPRS/CDMA网络可以覆盖到大部分地区。数传电台网络中,通常接入设备带宽与终端带宽相同,如果改造后的GPRS/CDMA网络同样沿用传统的轮巡模式,则带宽的需求同样与终端相同。如果需要改变轮巡模式,对终端同时发送查询指令,则带宽是所有终端带宽的总和。对于特别大型的项目中,可以考虑对GPRS/CDMA DTU分组,合理利用带宽。
(2)终端改造
也许是整个改造过程的环节,数传电台与RTU通过RS-232、RS-485等接口连接,改造所要做的是就是从接口上拔掉电台,插上设置好的GPRS/CDMA DTU。剩下的工作就是观察这个安装地点GPRS/CDMA的网络信号状况、记录DTU运行状态、调整天线等,直至终端正常运行并与连接。
现在很多接入点都可以很方便接入Internet,利用互联网接入方式是大多数工程的。部分终端数量大、项目性、性要求高的项目可以选用GPRS/CDMA专线接入。
改造过程中的难点是在接收软件上,数传电台网络的软件一般通过RS-232口与电台连接,通过这个串行口与所有终端数据连接。改造方案如下:
方案1:部分软件可以重新写,软件将原先调用的串行口数据收发的函数替换成GPRS/CDMA DTU配套的连接库函数,就可以方便地实现从数传电台到GPRS/CDMA数传网络的转换;
方案2:部分软件已不便于重新改写,如国外的软件、未保留源码的软件等等,这样的项目改造,只能采用增加中间件的方案实现,即增加1个中间处理软件,将网络接收到的数据转换成串口数据,通过虚拟串行口或者实际串口转发给原有软件,从而实现从数传电台到GPRS/CDMA数传网络的平稳过渡。此方案已经在多个项目上实现,让几个已经瘫痪的数传电台网络通过GPRS/CDMA网络改造后重新投入运行。
4 结束语
随着GPRS/CDMA网络的发展,适于各种应用的终端产品不断出现,同数传电台相比,GPRS/CDMA在建设成本、维护成本上有很大的优势。利用公用网络组建数据网络也是一种趋势。
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