Vacon變頻器在堆廠、車間航吊電器設備上的應用
從上世紀八十年代末變頻調速開始應用的起重設備上，至今大多數起重設備采用的是安川、三菱、富士等品牌變頻器，也有ABB、Siemens、Vacon、danfoss等廠家。系統解決方案共同特點是將變頻器應用在起升設備上，沒有從系統本身的工藝方面改進，基本上固守不進。變頻調速是通過改變電源的頻率和電壓這兩個參數來實現的。它是一平滑的過程，在調節速度過程中是無級的，對振動不敏感。其本身具有控制接線簡單，全過程可調整，調速精度高，啟動力矩的大，本身過載能力強的優點。變頻器能通過開環、閉環、編碼器、總線、頻率、矢量、力矩等控制組合出多達十幾種控制方法。
Vacon變頻器針對各應用場合開發不同的應用宏。能滿足各種苛刻的應用方案，降低了成本，使控制更專業化、集成方便化。
在使用變頻器的過程中對成本的回收不是利用設備的創造價值，而是依附節省能源這部分來實現。而大多數變頻器使用壽命在2~8年，與環境和保養方法有直接聯系，與是國內或國外的產品沒多大關系。在國內用戶只注重變頻器一次性投入價格，而忽視了性價比的用戶比較常見。在變頻器的選型時，用戶要考濾的技術因素已不在是昔日的關鍵技術是否成熟的問題；轉而轉到CPU處理速度是否夠快，變頻器對電機的建模方法，控制板和功率板的設計運算能力和精度等問題。選擇Vacon高性能變頻器能夠使系統科技含量跨向一新臺階，一切源自于Vacon起重應用宏的設計是針對與起重設備各機構的調速需求。
在起升機應用中，要求變頻器在四個象限工作、200%力矩啟動、啟動次數頻繁等苛刻條件下工作。變頻控制時為防止重載提升貨物過程中出現溜鉤現象。Vacon CX的專用的機械制動應用變頻器、Vacon CX主從控制應用變頻器、Vacon CX的閉環總線應用變頻器、抗晃應用變頻器等都具有該功能。
在起升過程中變頻器如果在沒有力矩輸出時就誤打開機械報閘是很危險的，更不符合《起重設備安全技術規范》的要求。Vacon的機械制動應用變頻器是將報閘的開閉信號都由變頻器的輸出端子控制。原理是：用電流互感器檢測輸出電流，進行向量分解以檢測電機定子磁場位置，計算反饋給控制處理器CPU，經CPU運算分析通過專用ASIC電路發出控制信號，觸發門極驅動器來控制IGBT橋的PWM調制電壓、頻率的。整個過程在每1ms內循環完成一次。當輸出力矩足夠大（>150%）時打開報閘，運行時電機出力將自動保持在能夠提升重物所克服的摩擦力和向上的加速度，停車時先降低頻率增大力矩直到輸出頻率為零，經過設定的延時時間后（0~1S），控制端子輸出閉合報閘信號，控制報閘閉合。采用頻率控制或速度控制。
在雙機抓斗運行的模式中，vacon主從應用宏是為抓斗、港口吊車專門開發的一種軟件.主體是一主一從兩個變頻器,以主帶從,以方便實現特定功能. 主機和從機之間不是剛性連接，允許主機和從機之間有一定的速度偏差，抓斗上升時主機和從機采用負荷分配的方式運行，抓斗下降時主機和從機采用速度同步的方式運行。該控制應用宏中，從機通過模擬量的方式獲得主機的運行速度和輸出轉矩，主機和從機均采用頻率控制或速度控制。
起重機用來提升和運送重物，由于起重機的每一次加速都會引起貨物的晃動，使用Vacon變頻驅動器可以令起重機的運動平穩。ICRAS應用通過智能的速度控制計算代替限制起重機的加速度，從而避免負載的晃動并優化電機轉矩，這使得操作更快捷并且沒有貨物晃動情況。ICRAS系統同時具備高度檢測功能，負載的高度利用ICRAS板上的4-20mA輸入端口來測量。4-20mA輸入信號有0..10m和0..20m兩種狀態可供選擇，預校準傳感器是可選件。快速旁路和ICRAS操作模式可通過一個數字輸入端口進行轉換或可自動轉換。如果選用自動轉換模式，驅動器在讀取第一個方向指令后，其控制狀態就被鎖定，直到重新開始一個上電運行循環。對生產廠來說，ICRAS系統顯著地提高了工作效率。
通訊功能在航吊設備上具有廣泛的開發前景。由于Vacon變頻器本身結構有效抑制了電磁干擾和變頻器的電磁諧波。采用了穩定、可靠的通訊方案有MODBUS、INTERBUS、PROFIBUS-DP、LANWORK、CAN等等。在起升系統中不僅解決了通訊不穩定的難題，也可做到無稱重傳感器的過載保護、力矩限制功能。通過觸摸屏等人機界面進行參數顯示、設定、修改，將復雜的過程變得清晰。系統可靠性高、集成度高，更大限度的發揮了系統的強大功能。
在任何系統功能不變的情況下，Vacon CXI方案更有利于系統的資本回收，并且提高了系統的運行穩定性。在起升機構制動或下降時，能量反饋到直流DC，使DC電壓升高，給其他機構運行提供穩定的電壓，就不會有導致電源電壓下降的可能；在起升的同時使用其他機構，其他機構的制動也帶來較好的節能效果。整個電源電壓允許在-15%~+20%范圍變化，輸出穩定性大大提高。
對20噸的航吊而言，Vacon CX系統可為用戶節約投資成本20~30%左右，節能較CX方案提高5~10%左右。如果資金許可，采用Vacon CXR再生能量反饋方案更有利于節約能源，CXR將制動能量轉變為可以再次利用的電能。節能較CX方案提高15~25%左右。但初期投資成本增加了15~25%左右，系統投入運行后反而縮短了成本的回收期。圖一a、b、c分別是VaconCX、CXI、CXR變頻器系統方案圖。
Vacon CXR解決方案能提高系統運行穩定性不單依賴允許電源電壓最大在340V~550V范圍變化，而且能夠提供可選擇的二極管直流電壓水平（線電壓額定值的1.35倍）100%、115%、120%、125%四種不同的電壓值。隨著負荷的高速變化，輸出電壓水平在±5%范圍內變化并且持續時間大約為10ms。在硬件配置方面，CXR線路再生單元的容量并不要求必須是逆變器總容量之和，但需要能夠提供同時工作的各電機電流之和。
總結：Vacon變頻器是歐洲的品牌，在整體硬件設計上滿足歐洲的工業、商用各項標準，通過了EN50178、EN60204-1、UL、GOST、CE、FI、C—UL等各項國際認證標準。Vacon在硬件設計上率先使用了水冷結構設計，在軟件方面設計了強大的軟件開發功能。Vacon能夠使所有應用場合硬件的配件互相兼容主要也歸根于強大的軟件功能上。在變頻器硬件十分成熟的今天，Vacon雖然并不是專一做起升行業變頻器的生產廠家。Vacon變頻器能夠為起重行業提供優秀的操作平臺，確實是我們最佳選擇的品牌之一。專業的軟件功能不得不令我們稱贊，在其他行業里他的軟件功能一樣出色。
HMMI PLC & logo
Profibus-DP
I/O
機械制動 主從控制 ICRAS系統 ICRAS系統 ICRAS系統
抓斗 抓斗 小車 大車 大車
電機1 電機2 電機1、2 電機1、2 電機3、4
圖一（a） Vacon CX系統方案圖
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機械制動 主從控制 ICRAS系統 ICRAS系統 ICRAS系統
公共整流 CXI1 CXI2 CXI3 CXI4 CXI5
FC 抓斗 抓斗 小車 大車 大車
電機1 電機2 電機1、2 電機1、2 電機3、4
3AC 圖一（B） Vacon CX系統方案圖
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I/O
機械制動 主從控制 ICRAS系統 ICRAS系統 ICRAS系統
CXI1 CXI2 CXI3 CXI4 CXI5 CXI6
FC
抓斗 抓斗 小車 大車 大車
3AC 電機1 電機2 電機1、2 電機1、2 電機3、4
圖一（C） Vacon CX系統方案圖
電氣接線圖與端子功能：
Vacon起升機械制動變頻器在航吊系統中開環控制系統圖二，其中變頻器控制板各端子功能如下表一。參數P3.14定義了機械制動功能，將與制動報閘的控制接觸器線圈相連，由變頻器直接控制報閘的開閉。這種控制能夠更精確的控制提升重物，不溜鉤，為系統的合理集成化提供了高度可靠的基礎平臺。圖三、四分別是變頻器抱閘打開、關閉邏輯圖，圖五是開環抱閘控制抱閘位置圖。
表一
端子 信號 描述
1 +10Vref 參考輸出 電位計電壓
2 Uin+ 模擬輸入， 電壓范圍0~10V,參數Par1.6=4，輸入為速度參考信號
3 GND I/O地 參考和控制端子地
4 Iin+ 模擬輸入， 電流范圍0~20Ma,參數Par1.6=3，該輸入為速度參考信號
5 Iin-
6 +24V 控制電壓輸出 開關、按鈕等的電壓，最大0.1A
7 GND I/O地 參考和控制端子地
8 DIA1 正向運行（可編程） 觸點閉合=開始正向運行
9 DIA2 反向運行（可編程） 觸點閉合=開始反向運行
10 DIA3 外部故障復位 復位故障（可編程）
11 CMA COM 連接到GND或+24V
12 +24V 控制電壓輸出 開關、按鈕等的電壓，最大0.1A
13 GND I/O地 參考和控制端子地
14 DIB4 速度參考選擇 根據參數Par1.6設置速度參考
15 DIB5
16 DIB6
17 CMB COM 連接到GND或+24V
18 Iout+ 電機速度模擬輸出 可編程（參數Par.3.1）
范圍0~20mA/RL，max.500Ω
19 Iout-
20 DO1 數字輸出，故障 可編程（參數Par.3.7）NC，I≤50mA，U≤48VDC
21 RO1 繼電器輸出，
運行 可編程，參數Par.3.10
22 RO1
23 RO1
24 RO2 繼電器輸出，
機械制動 可編程，參數Par.3.14
25 RO2
26 RO2
DIA1
DIA2 D01故障
DIA3
DIB4 RO1運行
DIB5
DIB6 Vacon
cx R02機械制動
3AC M
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