Auswahl und Inbetriebnahme von Frequenzumrichtern für Laufkräne: Ein Vergleich der Projekte G120, ACS880 und ATV930
📌 Die Auswahl des Frequenzumrichter-Geschwindigkeitsregelsystems für Laufkräne wirkt sich direkt auf die Betriebsleistung der drei Antriebe – Hub, Hauptfahrwerk und Nebenfahrwerk – aus. Der Siemens G120 zeichnet sich durch PROFINET-Integration und Vektorregelung aus, der ABB ACS880 eignet sich dank der direkten Drehmomentsteuerung (DTC) für Schwerlastanwendungen, und der Schneider ATV930 ist aufgrund seiner Energieeffizienz und der Vorteile der Modbus-Vernetzung für die Nachrüstung älterer Anlagen geeignet. Bei der Auswahl müssen Steuerungsart, Kommunikationsprotokoll, Sicherheitsfunktionen sowie die Kosten für Inbetriebnahme und Wartung umfassend berücksichtigt werden.
Die Frequenzumrichterregelung ist die Kerntechnologie des elektrischen Steuerungssystems von Laufkränen und hat direkten Einfluss auf die Betriebsleistung, den Energieverbrauch und die Sicherheit der drei Antriebe: Hub, Hauptfahrwerk und Nebenfahrwerk. Krud Heavy Industry hat bei der Umrüstung von Kranen auf Frequenzumrichter umfangreiche Erfahrungen bei der Auswahl und Inbetriebnahme der drei gängigsten Frequenzumrichtermodelle – Siemens G120, ABB ACS880 und Schneider ATV930 – gesammelt. Im Folgenden wird ein technischer Vergleich anhand der vier Aspekte Steuerungsart, Kommunikationsprotokoll, Sicherheitsfunktionen und Inbetriebnahmeablauf vorgenommen.
Die richtige Auswahl des Frequenzumrichters ist die Voraussetzung für einen reibungslosen Betrieb der Laufkräne sowie für Energieeinsparungen und eine Senkung des Verbrauchs. Bezüglich des Entwurfs der SPS-Steuerung für Laufkräne können Sie folgende Informationen heranziehen:Ausführlicher Entwurf einer dreistufigen Architektur für das SPS-Steuerungssystem einer Laufkrananlage。
Vergleich der drei wichtigsten Frequenzumrichtertechnologien
| Vergleichsdimensionen | Siemens G120 | ABB ACS880 | Schneider ATV930 |
|---|---|---|---|
| Steuerungsart | Vektorsteuerung (SLVC/VC) | Direkte Drehmomentsteuerung (DTC) | Adaptive Spannungsvektorregelung |
| Kommunikationsprotokoll | PROFINET/PROFIBUS | EtherNet/IP/PROFINET | EtherNet/IP/Modbus TCP |
| Sicherheitsfunktionen | STO SIL3-Integration | STO SIL3 Zweikanal | Sicherheitsmodul SIL3 optional |
| Leistungsbereich | 0,37–250 kW | 0,55–280 kW | 0,75–315 kW |
| Encoder-Schnittstelle | TTL/HTL/SinCos | TTL/HTL/EnDat | TTL/HTL/Resolver |
| Bremsaggregat | Wahlweise intern oder extern | Wahlweise intern oder extern | Extern |
| Debugging-Tools | StarterDrive/TIA Portal | DriveWindow/DriveComposer | SoMove/EcoStruxure |
| Anwendungsbereiche | Systemintegration/Neuinstallation | Umbau/Sanierung | Energieeffizienzmaßnahmen |
Der gesamte Prozess der Inbetriebnahme eines Frequenzumrichters
Schritt 1: Hardwarekonfiguration und vorläufige Parametereinstellung.Geben Sie die Nennspannung, den Nennstrom, die Nennfrequenz und die Nenndrehzahl gemäß dem Typenschild des Motors ein. Stellen Sie die Steuerquelle des Frequenzumrichters auf PROFINET oder Klemmenansteuerung ein und legen Sie die Frequenzvorgabequelle auf Analogsignal oder Kommunikationsnachricht fest.
Schritt 2: Motorerkennung und Selbstoptimierung.Bei der Standstill-Identifikation (Standstill Identification) werden der Widerstand und die Induktivität des Motorstators gemessen, bei der Rotationsidentifikation (Rotating Identification) das Trägheitsmoment und die Gegen-EMK. Der DTC des ACS880 erfordert eine vollständige Identifikation, während der SLVC des G120 lediglich eine Standstill-Identifikation durchführen kann.
Schritt 3: Einstellung der PI-Parameter für den Drehzahlregelkreis.Der Hubmechanismus der Laufkräne erfordert ein hohes Drehmoment bei niedrigen Frequenzen; die Proportionalverstärkung des Geschwindigkeitsreglers wird üblicherweise auf 10 bis 30 und die Integrationszeit auf 50 bis 200 ms eingestellt. Für den Haupt- und Nebenwagen wird eine S-Kurve zum Beschleunigen und Abbremsen verwendet, wobei die Beschleunigungszeit 3 bis 8 Sekunden, die Bremszeit 3 bis 6 Sekunden und die Glättungszeit der S-Kurve 0,5 bis 2 Sekunden beträgt. Krud Heavy Industry wendet bei der Inbetriebnahme die Methode der schrittweisen Annäherung an: zuerst P, dann I, wobei der Überschwingwert bei der Sprungantwort im Bereich von 51 TP3T bis 101 TP3T gehalten wird.
Schritt 4: Überprüfung der Drehmomentbegrenzung und der Sicherheitsfunktionen.Einstellung der Drehmomentbegrenzung beim Heben: 150% bis 180%; für Haupt- und Nebenlauf: 120% bis 150%. Es wurde überprüft, dass die Reaktionszeit der STO-Sicherheitsdrehmomentabschaltung weniger als 100 ms beträgt. Informationen zum SIL3-Konzept für das Sicherheitsüberwachungssystem von Laufkränen finden Sie unterSIL-3-Lösung für ein Sicherheitsüberwachungs- und -managementsystem für Laufkräne。
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Vorteile des G120 Hoher PROFINET-Integrationsgrad, einheitliche Konfiguration über das TIA Portal, höchste Effizienz bei der Inbetriebnahme |
Vorteile des ACS880 DTC verfügt über eine hohe Überlastfähigkeit und ein hohes Drehmoment im unteren Drehzahlbereich und eignet sich daher für häufiges Anfahren und Anhalten. |
Vorteile des ATV930 Algorithmen zur Energieoptimierung, gute Modbus-Kompatibilität, ausgereifte Lösungen für die Nachrüstung bestehender Anlagen |
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Empfehlungen zur Fehlerbehebung Hubvorrang ACS880 oder G120, alle drei Varianten (großer Laufkatze, kleiner Laufkatze) sind möglich |
Auswahlkriterien Für Neuinstallationen wählen Sie den G120, für hohe Lasten den ACS880 und für die energetische Sanierung bestehender Anlagen den ATV930. |
Allgemeine Probleme Die Erdung und die EMV-Maßnahmen müssen streng eingehalten werden; die Encoder-Kabel müssen separat verlegt werden. |
Bei der Konstruktion und Inbetriebnahme von Frequenzumrichter-Drehzahlregelsystemen werden die Normen GB/T 12668 und GB/T 30844 eingehalten. Krude Heavy Industry führt die integrierte Inbetriebnahme der Frequenzumrichter vor der Auslieferung streng gemäß den Anforderungen der nationalen Normen durch, um den reibungslosen Betrieb der drei Antriebe – Hub, Hauptfahrwerk und Schwenkfahrwerk – jedes Kranes sicherzustellen.
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Frage: Wie wird die Leistung bei der Auswahl eines Frequenzumrichters für eine Laufkrananlage angepasst?
Antwort: Am Beispiel der Produkte von Krude Heavy Industry wird für den Hubmotor ein Frequenzumrichter ausgewählt, dessen Nennleistung das 1,2- bis 1,5-Fache der Nennleistung beträgt, während für den Haupt- und den Nebenwagen ein Frequenzumrichter gewählt wird, dessen Nennleistung das 1,1- bis 1,3-Fache der Nennleistung beträgt. Für den Hubmotor eines 5-Tonnen-Laufkrans mit 7,5 kW wird ein G120-Frequenzumrichter mit 11 kW verwendet, für die beiden Laufmotoren mit je 1,5 kW ein G120-Frequenzumrichter mit 2,2 kW.
Frage: Worin unterscheiden sich der G120 und der ACS880 hinsichtlich der Hubsteuerung?
Antwort: Die Vektorregelung des G120 benötigt eine Encoder-Rückmeldung, um die Drehmomentgenauigkeit über den gesamten Drehzahlbereich zu gewährleisten. Die DTC-Regelung des ACS880 kann im Encoder-losen Modus bereits das Nenn-Drehmoment von 200% (bei 0,5 Hz) liefern; unter Schwerlastbedingungen weist der ACS880 zudem eine bessere Hubleistung auf.
Frage: Wie hoch ist die Energieeinsparung nach der Umrüstung auf Frequenzumrichter?
Antwort: Nach der Umrüstung der Krananlage auf Frequenzumrichter wird die bei der Hubvorrichtung entstehende regenerative Energie über Bremswiderstände oder Rückspeiseeinheiten verbraucht bzw. ins Stromnetz zurückgespeist, was zu einer Gesamtenergieeinsparung von 151 TP3T bis 301 TP3T führt. Durch die frequenzgeregelte Drehzahlregelung der Haupt- und Nebenkrane werden die Start- und Stoppstöße verringert, der mechanische Verschleiß reduziert und die Wartungsintervalle verlängert.
Frage: Welche häufigen Störungen treten bei der Inbetriebnahme von Frequenzumrichtern für Laufkräne auf?
Antwort: Zu den häufigsten Störungen zählen: Fehler bei der Motorerkennung (falsche Angaben auf dem Typenschild), Überstromwarnung (zu kurze Beschleunigungs- bzw. Verzögerungszeiten oder unzureichende Drehmomentbegrenzung), Encoderfehler (mangelhafte Abschirmung der Verkabelung) sowie Kommunikationsunterbrechung (inkonsistente PROFINET-Konfiguration). Es wird empfohlen, die Fehlerbehebung Schritt für Schritt gemäß dem Inbetriebnahmehandbuch durchzuführen.
