傳統(tǒng)門(mén)座式起重機(jī)電控系統(tǒng)改造的意義

門(mén)座式起重機(jī)簡(jiǎn)稱門(mén)機(jī)是港口碼頭前沿裝卸生產(chǎn)的重要設(shè)備之一，廣泛應(yīng)用于 海港、內(nèi)河碼頭。其四大機(jī)構(gòu)包含：起升、變幅、旋轉(zhuǎn)、行走。隨著自動(dòng)控制技術(shù) 的不斷發(fā)展，門(mén)機(jī)的電氣控制系統(tǒng)也在不斷的更新[6]。二十世紀(jì)九十年代傳統(tǒng)門(mén)機(jī) 的電氣控制系統(tǒng)是采用接觸器與繼電器相關(guān)聯(lián)的控制方式，各機(jī)構(gòu)電機(jī)的速度控制 方式是采用轉(zhuǎn)子串聯(lián)切電阻，此種控制方式存在很大的弊端，主要表現(xiàn)在：控制精 度差，故障率高，能耗高，電氣備件損耗大，因此在開(kāi)展生產(chǎn)作業(yè)方面會(huì)存在生產(chǎn) 效率低，安全隱患大等缺點(diǎn)，在設(shè)備使用壽命方面會(huì)出現(xiàn)各類電氣件損耗嚴(yán)重，金 屬機(jī)械結(jié)構(gòu)沖擊大等缺陷[7]。此次論文對(duì)采用傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的門(mén)機(jī)進(jìn)行了缺陷 分析，并結(jié)合現(xiàn)代港口裝卸生產(chǎn)的狀況，將 PLC 控制變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用到門(mén)座式 電氣控制系統(tǒng)中[8]。本文是結(jié)合老港口傳統(tǒng)門(mén)座式起重機(jī)開(kāi)展變頻控制方法的研 究。針對(duì)傳統(tǒng)門(mén)座式起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)和行走機(jī)構(gòu)運(yùn)用變頻控制 方法的研究，結(jié)合實(shí)際改造，從而證實(shí) PLC 控制技術(shù)和變頻控制技術(shù)在傳統(tǒng)門(mén)座 式起重機(jī)各大機(jī)構(gòu)的應(yīng)用[9]，針對(duì)其可靠性、穩(wěn)定性、安全性進(jìn)行研究分析，對(duì)于 起重機(jī)性能的提升、起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的沖擊，電氣元件使用壽命的延長(zhǎng)等有著重大 的研究意義。給目前百年老港、港機(jī)廠家相關(guān)港機(jī)設(shè)備電控系統(tǒng)的升級(jí)改造提供有 力的參考。

由 PLC 控制，以變頻器為核心控制起重各大機(jī)構(gòu)的電氣控制系統(tǒng)，將會(huì)實(shí)現(xiàn) 對(duì)起升、變幅及旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的矢量控制，為各機(jī)構(gòu)電機(jī)提供良好的調(diào)速性能，整機(jī)采 用安川 CP-316H 的 PLC 控制和交流變頻器調(diào)速控制[10]，使得起重機(jī)在工作時(shí)無(wú)嚴(yán) 重沖擊和異常響聲，振動(dòng)小，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，工作可靠。

1.2 門(mén)座式起重機(jī)的介紹

門(mén)座式起重機(jī)廣泛應(yīng)用于港口船舶裝卸作業(yè)，船舶制造、維修，水電站建設(shè) 等，門(mén)座式起重機(jī)對(duì)降低碼頭工人體力勞動(dòng)、改善船舶裝卸環(huán)境、提高船舶裝卸效 率有著極其重要的意義，是實(shí)現(xiàn)港口碼頭船舶自動(dòng)化、智能化裝卸作業(yè)中必不可少 的生產(chǎn)設(shè)備[11]。港口起重機(jī)根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、功能分類可劃分為：橋式起重機(jī)， 俗稱天車，臂架類起重機(jī)，其中門(mén)座式起重機(jī)類屬于臂架類起重機(jī)。起重機(jī)種類雖

然繁多，但其各大機(jī)構(gòu)基本相同，大概分為：起升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、行 走機(jī)構(gòu)等，利用各機(jī)構(gòu)間的有效配合，可以開(kāi)展港口碼頭船舶、車輛等裝卸作業(yè)。

1.3 港口起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)的缺陷

近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電力電子技術(shù)、控制理論、變頻調(diào)速控制 技術(shù)及計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)在各類生產(chǎn)制造業(yè)中取得了較大的進(jìn)展[12]，但由于港 口碼頭作業(yè)模式較為傳統(tǒng)，碼頭裝卸設(shè)備更新緩慢，使得先進(jìn)的電氣控制系統(tǒng)并未 在碼頭起重機(jī)得到廣泛應(yīng)用[13]。但隨著全國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)走低，“港老大”的時(shí)代已 經(jīng)過(guò)去，這就要求港口碼頭開(kāi)展船舶裝卸作業(yè)，需要提高裝卸效率，提升裝卸質(zhì) 量，同時(shí)在設(shè)備管理方面不斷降低設(shè)備維護(hù)成本，延長(zhǎng)起重設(shè)備的使用壽命，從而 降低港口碼頭生產(chǎn)作業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本，實(shí)現(xiàn)盈利目的。

傳統(tǒng)的碼頭起重機(jī)，由其是老港口例如：上海港、青島港、大連港、秦皇島港 等老碼頭起重設(shè)備電控還有很大一部分采用轉(zhuǎn)子回路串電阻分段控制的交流繞線式 電機(jī)繼電器-接觸器系統(tǒng)[14]，設(shè)備陳舊、技術(shù)落后，裝卸效率低，經(jīng)結(jié)合實(shí)際設(shè)備 歸納出傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)存在如下缺陷：

1）電能消耗大，由于傳統(tǒng)控制模式采取串電阻模式，因此在開(kāi)展生產(chǎn)作業(yè)過(guò) 程中大部分電能會(huì)消耗在串聯(lián)電阻上，導(dǎo)致電能轉(zhuǎn)化為熱能消耗[15]；

2）電阻分級(jí)切換，為有級(jí)調(diào)速，從而因速度控制精度差導(dǎo)致設(shè)備各機(jī)構(gòu)運(yùn)行 不夠平穩(wěn)，對(duì)電氣設(shè)備、機(jī)械機(jī)構(gòu)沖擊較大，存在較大的安全隱患[16]；

3）各機(jī)構(gòu)電機(jī)運(yùn)行是利用繼電器、接觸器頻繁動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而接觸器、繼 電器等電氣元件高頻率動(dòng)作，電弧燒蝕觸電，影響接觸器使用壽命，且接觸器觸電 粘連情況頻繁發(fā)生，設(shè)備故障率極高，維修成本費(fèi)用高[17]；

4）電動(dòng)機(jī)依靠轉(zhuǎn)子電阻獲得低速度控制，從而使得電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)力矩不 夠，使得各機(jī)構(gòu)電氣運(yùn)行特性較軟[18]；

5）起升機(jī)構(gòu)通過(guò)給定的減速點(diǎn)時(shí)，由于起重機(jī)所吊貨物的負(fù)載不同，而得到 不同的減速度，不能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的起升，最后導(dǎo)致起升機(jī)構(gòu)運(yùn)行不穩(wěn)，貨物裝卸位置 得不到有效保障[19]；

6）此種控制系統(tǒng)采用的交流繞線式電動(dòng)機(jī)的滑環(huán)存在接觸不良的問(wèn)題，容易 引起設(shè)備事故。

鑒于以上情況使得傳統(tǒng)門(mén)座式起重機(jī)的可靠性和安全性得不到有效的保障，因 此需要將此種電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行更新，研發(fā)更加安全可靠的電氣控制系統(tǒng)成為港口 起重設(shè)備的重要課題[20]。