易思炜 王智远上海振华重工( 集团) 股份有限公司 上海 200125摘 要：介绍了西门子SINAMICS S120 驱动系统的参数组切换功能、配置方法以及在自动化集装箱轨道吊上的应用。在分析相关硬件回路和软件设置的基础上，论述自动化轨道吊中起升和大车等机构冗余设计的原理。关键词：集装箱轨道吊；命令数据组（CDS）；驱动参数组（DDS）；冗余切换；降级模式中图分类号: U653.921; TP273 文献标识码: A 文章编号：1001-0785（2018）10-0108-04随着集装箱航运业的快速发展，自动化集装箱码头成为港口建设的新趋势。自动化集装箱港口对设备（如全自动化集装箱轨道吊aRMG）的可靠性提出了更高的要求。设备制造方需要找到一个既不增加设备成本投入又能最大限度延长轨道吊作业时间的技术方案。西门子SINAMICS S120 变频器的参数组切换技术完美地解决了这一需求。1 技术要求自动化轨道吊一般配有主变压器（1 000 kV·A）和辅助变压器（200 kV·A）。其中主变压器主要为起升、小车和大车三大驱动机构供电，辅助变压器主要为整机照明、空调等辅助设备供电。在主变电路发生故障时，希望引入辅助变压器电源，轨道吊仍能降级别（DegradeMode）使用，即让起重机在低性能指标下持续运行。起升机构由2 台电机驱动，大车机构由12 个电机驱动（陆侧6 个、海侧6 个），小车机构由4 个电机驱动。其中起升、大车机构布置形式如图1 所示。在控制方面，整流装置采用2 套单元，这样设计可以保证在1 套整流单元故障的情况下，轨道吊仍能降级别使用。2 个起升变频器分别驱动2 个起升电机。2 个大车变频器分别驱动海侧6 个大车电机和陆侧6 个大车电机。(a) 起升机构 （b) 大车机构图1 起升机构和大车机构布置图由于负载功率接近，希望在1 号起升变频器故障时，1 号大车变频器能投入运行替代起升变频器，使得起升机构仍能满负荷工作。同样，起升变频器也能在大车变频器故障时全面替代大车变频器。此外，在某一个起升变频器故障时，可用另一个起升变频器单独驱动起升机构，降级别驱动起升机构持续作业。同样，某一个大车驱动器故障时，通过接触器切换功能，进入交叉驱动模式，让另一个大车变频器驱动大车机构降级别运转。2 个小车变频器分别驱动海侧2 个小车电机和陆侧2 个小车电机。这样分配的目的是保证在1 个变频器故障的情况下，小车机构仍能降级别运行。2 S120 驱动系统参数组SINAMICS S120 是西门子公司推出的全新的集V/F、矢量控制及伺服控制于一体的驱动控制系统。S120驱动控制系统支持多组参数切换功能，通过设置多个命令数据组并在这些数据组之间进行切换，驱动可以使用不同的预设信号源运行。实现多种不同控制方式切换、系统设定参数的切换，为客户在使用过程中提供了更灵活的选择。2.1 命令数据组CDS（命令数据组Command Data Set），在一个命令数据组中集合了BICO 参数（二进制和模拟量互联输入输出技术）。这些参数用于连接驱动的信号源。通过相应地设置多个命令数据组并在这些数据组之间进行切换，驱动可以使用不同的预设信号源运行。一个命令数据组包括：控制命令的二进制互联输入（ 数字量信号）， 如ON/OFF, 使能（P0844）、JOG(P1055) 等；设定值的模拟量互联输入（模拟量信号）。不同驱动对象可以管理的命令数据组数量不同，最多4 个。命令数据组的数量由 P0170 设置。参数P810和P811用于选择命令数据组和显示当前的命令数据组。2.2 驱动数据组DDS （驱动数据组Drive Data Set)，包含各种设置参数，如分配的电机数据组和编码器数据组的编号（其中P0186 用于分配的电动机数据组MDS；P0187 至P0189 用于分配相应的编码器数据组EDS）。各种控制参数，例如转速固定设定值，转速限值，斜坡函数发生器参数，控制器参数。一个驱动对象可以管理最多32 个驱动数据组。驱动数据组数量由P0180 设置，由二进制互联输入 P0820～ P0824 这五个参数用于选择驱动数据组。这样可使各种驱动配置之间的切换更为简易，只需要选择相应的驱动数据组。各类数据组中包含的参数分别具有相应的下标 [0..n]。3 主电路设计3.1 供电回路设计整流单元的供电分为两路，分别来自主变压器和辅助变压器。2 个整流单元并联运行，整流之后由直流母排再连接到各电机模块供电。3.2 驱动回路设计驱动器与电机之间冗余电路的连接，每个驱动器下分别通过两个接触器连接到需要驱动的两组电机，通过PLC 逻辑控制在不同工况下吸合相应的接触器。同时在单个大车驱动器时接触器连接也如图中所示。各接触器再通过其辅助触点加入互锁，在硬件回路上也保证接触器吸合的安全性。其中H-mode 为共用驱动器模式下发出起升命令时接触器吸合；G-mode 为共用驱动器模式下发出大车命令时接触器吸合。各工况下接触器吸合/ 断开状态见表1。3.3 控制系统拓扑结构冗余系统的驱动器拓扑结构由1 个控制单元（CU）带起升和大车各2 个驱动器。由于每个驱动器在各个工作模式下都是采用带编码器的闭环控制模式，所以每个驱动器在切换控制时也需要能够采集到相应电机的编码器信号，这就需要每个驱动器都带2 个编码器模块（SMC30），例如起升1 号驱动器带2 个编码器模块分别接收对应的1 号起升电机和1 号大车电机的编码器信号。4 切换方式4.1 CDS 配置由于起升2 号电机正常工作时是力矩跟随模式，但起升2 号电机单个工作时是工作在速度控制模式，这就需要通过CDS 来切换驱动器的预设控制源。起升2 号驱动器的CDS 配置如表2 所示。CDS 中的控制源参数可以通过命令切换数据组来切换，起升2 号驱动器的部分控制源参数如表3 所示。4.2 DDS 配置驱动器驱动数据组的配置和选择以起升1 号驱动器为例，见表4。根据整机的不同工况：包括空载或带箱状态，正常双驱动或单个驱动模式下，主变压器供电或只有辅助变压器供电状态，驱动起升1 号电机或驱动大车电机模式下共分为下列16 个（P0180=16）驱动数据组，用于选择数据组的4 个参数P820~P823 分别依据下列功能相对应的选择不同的驱动数据组。起升1 号驱动器的部分控制参数：P186/P187 为MDS 和EDS 选择参数，P186[0]=0 表示选择MDS0 这套电机数据组，P186[8]=1 表示选择MDS1 这套电机数据组，P187 同理。根据不同的工艺要求不同的DDS 也进行不同的速度及加减速时间配置。4.3 MDS 配置电机数据组（Motor Data Set，MDS）中包含连接的电机的各种设置参数，用于对驱动进行配置。此外还包含一些显示参数和计算得到的数据。每个由控制单元通过电机模块控制的电机都需要一个独立的电机数据组。每个驱动数据组通过参数 P0186 来选择电机数据组。所以通过驱动器DDS 的切换就能够切换相应电机数据组，从而达到驱动器驱动不同电机的功能。例如起升1号驱动器中，配置了2 套MDS, MDS0 是起升1 号电机及其相应参数，MDS1 为大车电机及其相应参数，部分参数见表5。4.4 EDS 配置编码器数据组（Encoder Data Set，EDS）中包含连接的编码器的各种设置参数，用于对驱动进行配置。例如编码器接口组件号（P0141）；编码器组件号（P0142）；选择编码器类型（P0400）等。其中，起升1 号驱动器中，EDS 配置及部分参数见表6。4.5 冗余切换原理首先通过控制按钮选择所需要的工作模式，由PLC程序逻辑输出相应的CDS、DDS 选择控制字以及相应接触器的吸合命令。控制字再经过Profibus 通信报文传到驱动器中。CDS 和DDS 控制字与相应的CDS、DDS 选择参数（P810,P811;P820~P824）互联，驱动器再根据CDS 和DDS 控制字内容指定相关数据组并令其生效，数据组生效后再以当前的控制源或控制参数对相应的起升或大车电机进行驱动控制。从而达到命令源和控制对象的冗余切换。5 结语通过驱动参数组切换技术的应用，在不增加设备成本的情况下, 提高了设备运转的可靠性，极大地降低了设备维护成本，提高了集装箱码头的装卸效率，值得在自动化集装箱港口起重设备的控制系统设计中进行推广。举报/反馈发表评论发表作者最新文章高定位精度的第三代核环行起重机运行系统 刚柔耦合动力学仿真01-2014:40液压挖掘机转台有限元分析与疲劳强度评估01-2014:33SPMT 液压平板车车板变形有限元计算与仿真模拟01-2014:31相关文章5G时代边缘计算基本形态量子中继是在gifgaffestation1工作的蓝盾股份与叙州区政府签署六大项目投资协议 首推量子通信新品构筑产业生态护城河「干货」物联网产业链全景梳理及重点区域分析电机中心高相同，功率却不同，差别主要表现在哪些方面？
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