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点滴积累之四
振华桥吊
国投镇江港集装箱公司机械队
一、桥吊电气的核心部分的详细说明
1、可编程控制器 本桥吊采用西门子S7-400可编程控制器。在工控机房的PLC柜，安装
S7-400的电源模块PS407-4A、CPU模块416-2DP、通讯接口模块 CP443-1。 在PLC2柜、MCC3柜有PLC2分站、MCC3分站（以上在电气房）；在后 大梁有BKIO分站；在俯仰控制室有BOS分站；在西横梁有GIO分站；在司 机室的控制柜有SPIO分站；左/右操纵台有LCIO和RCIO分站。 各分站采用S7-300系列的模块，每分站有ET-200M分站家族的通讯接 口模块IM153-1和若干I/O模块组成。每分站有各自的站号，它们和变频 器统一按序编号。CPU与各分站构成主从通讯形式，由PROFIBUS总线进 行通讯。 下图是HG1INV的网络地址、通讯速率等。系统的构成如下下图所示。
5、变频器的通讯
变频器的运行是通过PLC提供的指令来进行。PLC的指令由 PROFIBUS总线传送到各变频器，用通讯电缆传送。各变频器的运行状 态也由PROFIBUS总线传送到PLC。每个变频器都有自己的站号，它们 是： AFE 1#，Add: 4；AFE 2#，Add: 5；H/G1 INV，Add: 6； H/G2 INV，Add: 7；T/B INV，Add: 8。(详见桥吊原理图P14， Sheet 00）。这个站号是在编程软件STEP7的硬件设置中编排定的。
与日系的PLC-变频器系统不同，运行指令的转送是通过传送数据块、 PZD、连接器的方式组织的，而不是在输入、输出映像区开辟变频器 对应的区域，按类似I/O口操作来进行的。
在PLC的程序中，FB22、FB23、FB24分别是H/G1 INV、H/G2 INV、T/B INV的通讯功能块。以H/G1 INV为例，以下是发送报发文， 其中，PCD1是控制字，PCD2是速度给定字。
H/G1、H/G2变频器各拖动一台460KW的起升电动机或10台15KW 的大车电动机。T/B变频器拖动一台250KW的小车电动机或250KW的 俯仰电动机。同一变频器拖动的两个机构电动机不能同时工作，是由 接触器来切换。
两个起升/大车变频器中，1#为主，2#为从，两者之间由光纤传输 的SIMOLINK通讯。起升动作的速度指令先到1#，经1#计算之后，速 度/转矩再传送到2#。这样保证两台变频器/电动机的速度和出力相平 衡。
这样，通过两次等效的转换，定子中的三相交流电流就由旋转的两个 独立的直流电流等效。当观察者和旋转磁场同步旋转，看到的这两个电 流就和直流电动机中的一样，成为互相正交的两个分量：直轴的励磁分 量和交轴的转矩分量。
下面的功能图的左上部分（见矢量大全下P55图-285）反映了在变频 器中进行的由三相静止坐标系到两相静止坐标系、两相静止坐标系到两 相旋转坐标系的转换过程。因为在三相电路中，有三相电流的和为零的 关系，所以只需要检测其中的两相电流就可以了。
输出的电压频率。 同时，可以计算出相应的电动机定子电流的励磁分量和转距分量的
设定值，与实测到的三相电流解耦成直轴分量（Isd）和交轴分量（Isg） 比较，综合成定子电流的电流幅值给定信号和相角给定信号。 前者控制变频器输出的电流幅值，后者控制逆变器换相的触发时刻。 整个转速控制系统和典型的直流电动机的转速控制系统一样，是一 个以电流环为内环，速度环为外环的双环控制系统。 控制框图如下：
两个AFE前各有一个交流电抗器与电源隔离，防止高次谐波反送到电 网。正常远行时，两个AFE同时接在直流母线上。当其中一台有故障时， 可以切除，仅让一台AFE作，这时各机构可以工作在慢速状态。
3、变频器
变频器是西门子6SE71系列。四大机构动作的变频器共有三个： H/G1 INV，起升/大车1变频器；H/G2 INV，起升/大车2变频器；两 者的容量是630KW。T/B INV，小车/俯仰变频器，250KW。
2、前端设备
从电气的角度认识和分析桥吊，可以从“动力”和“信号”两条路 来进行。这里着重说明“动力”部分。本桥吊的“动力”部分有它的独 特的地方。
由1600KVA主变压器的两组分别接成Y-Δ的付绕组，各输出440V的 三相交流电压，给两个AFE柜供电。两组付绕组的输出电压相差30度电 角度，各自全波整流后并联，成12波头的脉动电压，可以减少直流母 线的脉动分量，降低对滤波电容的要求。另一方面，可以大为减少电源 侧电流的高次谐波的成分。AFE的全称为“Active Front End ”，一般 称作“前端设备”。它有两个作用，一方面，把交流电整流成直流电， 提供给后面的变频柜变成频率、幅植可调的交流电，拖动三相交流电机。 另一方面，它把交流电动机在发电状况（典型的是重箱下降时），由变 频器反送回来的电能（在直流母线）逆变成工频电，回馈给电网。AFE 与各变频器通过直流母线连接。
转换的结果，是将定子电流分解成旋转坐标系中的两个垂直的分量： 直轴和交轴分量（Isd和Isg）。进一步根据定子电流的直轴和交轴分量 （Isd和Isg），计算出来转子的磁通ψ，这个环节称为磁通观察器。见 下图，上图中参与计算转矩的ψ就是这儿得到的。
所以，就可以分别控制这两个电流分量来控制电动机的磁场和转距。 根据控制指令和实测到的三相电动机的转速，计算出相应的变频器
AFE和各变频器的控制回路的工作电源，都由 柜供给，为了提高可 靠性，隔离输电线路进入的干扰，通过两台1000伏安的在线式UPS， 提供纯净的220V、50HZ正弦电压。
4、矢量控制
各电动机的转速控制采用矢百度文库控制方式。
矢量控制是模仿直流电动机的控制方法。电动机定子中互差120度电角 度的三相电流在空间相距120度的绕组产生旋转磁场，在保持磁势相同 的前提下，可以由互相垂直的两相绕组里的相位差90电角度的电流所产 生。如果有一对互相垂直的、与旋转磁场同步转动的、其中纵轴与转子 磁链重合的两相绕组，里面通过合适的直流电流，同样可以产生相同的 旋转磁场。
振华桥吊
国投镇江港集装箱公司机械队
一、桥吊电气的核心部分的详细说明
1、可编程控制器 本桥吊采用西门子S7-400可编程控制器。在工控机房的PLC柜，安装
S7-400的电源模块PS407-4A、CPU模块416-2DP、通讯接口模块 CP443-1。 在PLC2柜、MCC3柜有PLC2分站、MCC3分站（以上在电气房）；在后 大梁有BKIO分站；在俯仰控制室有BOS分站；在西横梁有GIO分站；在司 机室的控制柜有SPIO分站；左/右操纵台有LCIO和RCIO分站。 各分站采用S7-300系列的模块，每分站有ET-200M分站家族的通讯接 口模块IM153-1和若干I/O模块组成。每分站有各自的站号，它们和变频 器统一按序编号。CPU与各分站构成主从通讯形式，由PROFIBUS总线进 行通讯。 下图是HG1INV的网络地址、通讯速率等。系统的构成如下下图所示。
5、变频器的通讯
变频器的运行是通过PLC提供的指令来进行。PLC的指令由 PROFIBUS总线传送到各变频器，用通讯电缆传送。各变频器的运行状 态也由PROFIBUS总线传送到PLC。每个变频器都有自己的站号，它们 是： AFE 1#，Add: 4；AFE 2#，Add: 5；H/G1 INV，Add: 6； H/G2 INV，Add: 7；T/B INV，Add: 8。(详见桥吊原理图P14， Sheet 00）。这个站号是在编程软件STEP7的硬件设置中编排定的。
与日系的PLC-变频器系统不同，运行指令的转送是通过传送数据块、 PZD、连接器的方式组织的，而不是在输入、输出映像区开辟变频器 对应的区域，按类似I/O口操作来进行的。
在PLC的程序中，FB22、FB23、FB24分别是H/G1 INV、H/G2 INV、T/B INV的通讯功能块。以H/G1 INV为例，以下是发送报发文， 其中，PCD1是控制字，PCD2是速度给定字。
H/G1、H/G2变频器各拖动一台460KW的起升电动机或10台15KW 的大车电动机。T/B变频器拖动一台250KW的小车电动机或250KW的 俯仰电动机。同一变频器拖动的两个机构电动机不能同时工作，是由 接触器来切换。
两个起升/大车变频器中，1#为主，2#为从，两者之间由光纤传输 的SIMOLINK通讯。起升动作的速度指令先到1#，经1#计算之后，速 度/转矩再传送到2#。这样保证两台变频器/电动机的速度和出力相平 衡。
这样，通过两次等效的转换，定子中的三相交流电流就由旋转的两个 独立的直流电流等效。当观察者和旋转磁场同步旋转，看到的这两个电 流就和直流电动机中的一样，成为互相正交的两个分量：直轴的励磁分 量和交轴的转矩分量。
下面的功能图的左上部分（见矢量大全下P55图-285）反映了在变频 器中进行的由三相静止坐标系到两相静止坐标系、两相静止坐标系到两 相旋转坐标系的转换过程。因为在三相电路中，有三相电流的和为零的 关系，所以只需要检测其中的两相电流就可以了。
输出的电压频率。 同时，可以计算出相应的电动机定子电流的励磁分量和转距分量的
设定值，与实测到的三相电流解耦成直轴分量（Isd）和交轴分量（Isg） 比较，综合成定子电流的电流幅值给定信号和相角给定信号。 前者控制变频器输出的电流幅值，后者控制逆变器换相的触发时刻。 整个转速控制系统和典型的直流电动机的转速控制系统一样，是一 个以电流环为内环，速度环为外环的双环控制系统。 控制框图如下：
两个AFE前各有一个交流电抗器与电源隔离，防止高次谐波反送到电 网。正常远行时，两个AFE同时接在直流母线上。当其中一台有故障时， 可以切除，仅让一台AFE作，这时各机构可以工作在慢速状态。
3、变频器
变频器是西门子6SE71系列。四大机构动作的变频器共有三个： H/G1 INV，起升/大车1变频器；H/G2 INV，起升/大车2变频器；两 者的容量是630KW。T/B INV，小车/俯仰变频器，250KW。
2、前端设备
从电气的角度认识和分析桥吊，可以从“动力”和“信号”两条路 来进行。这里着重说明“动力”部分。本桥吊的“动力”部分有它的独 特的地方。
由1600KVA主变压器的两组分别接成Y-Δ的付绕组，各输出440V的 三相交流电压，给两个AFE柜供电。两组付绕组的输出电压相差30度电 角度，各自全波整流后并联，成12波头的脉动电压，可以减少直流母 线的脉动分量，降低对滤波电容的要求。另一方面，可以大为减少电源 侧电流的高次谐波的成分。AFE的全称为“Active Front End ”，一般 称作“前端设备”。它有两个作用，一方面，把交流电整流成直流电， 提供给后面的变频柜变成频率、幅植可调的交流电，拖动三相交流电机。 另一方面，它把交流电动机在发电状况（典型的是重箱下降时），由变 频器反送回来的电能（在直流母线）逆变成工频电，回馈给电网。AFE 与各变频器通过直流母线连接。
转换的结果，是将定子电流分解成旋转坐标系中的两个垂直的分量： 直轴和交轴分量（Isd和Isg）。进一步根据定子电流的直轴和交轴分量 （Isd和Isg），计算出来转子的磁通ψ，这个环节称为磁通观察器。见 下图，上图中参与计算转矩的ψ就是这儿得到的。
所以，就可以分别控制这两个电流分量来控制电动机的磁场和转距。 根据控制指令和实测到的三相电动机的转速，计算出相应的变频器
AFE和各变频器的控制回路的工作电源，都由 柜供给，为了提高可 靠性，隔离输电线路进入的干扰，通过两台1000伏安的在线式UPS， 提供纯净的220V、50HZ正弦电压。
4、矢量控制
各电动机的转速控制采用矢百度文库控制方式。
矢量控制是模仿直流电动机的控制方法。电动机定子中互差120度电角 度的三相电流在空间相距120度的绕组产生旋转磁场，在保持磁势相同 的前提下，可以由互相垂直的两相绕组里的相位差90电角度的电流所产 生。如果有一对互相垂直的、与旋转磁场同步转动的、其中纵轴与转子 磁链重合的两相绕组，里面通过合适的直流电流，同样可以产生相同的 旋转磁场。