1 門座式起重機(jī)技術(shù)參數(shù)要求

此次要進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)研究的對(duì)象為南京港機(jī) 2002 年生產(chǎn)的 MQ25-35 門座 式起重機(jī)如圖 1 所示信息。

1.1  舊式門座式起重機(jī)簡介

起重機(jī)屬臂架類型起重機(jī)新格局，是利用吊鉤或抓斗開展散貨或件雜貨裝卸作業(yè)的起 重設(shè)備系列，該設(shè)備采用四連桿臂架系統(tǒng)總之，保證貨物在變幅過程中能實(shí)現(xiàn)水平移動(dòng)長足發展，平 衡系統(tǒng)采用杠桿系統(tǒng)，使變幅機(jī)構(gòu)運(yùn)行平穩(wěn)足了準備。起重機(jī)在利用吊鉤作業(yè)時(shí)當(dāng)額定起重 量為 40T 時(shí)規模設備，變幅范圍為：11-27 米，在額定起重量為 25T 時(shí)穩步前行，變幅范圍為：11- 35 米至關重要。該起重機(jī)由：起升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)指導、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)四大機(jī)構(gòu)組成建設項目。 該起重機(jī)的起升、變幅服務品質、旋轉(zhuǎn)等機(jī)構(gòu)可在允許的額定載荷下進(jìn)行單獨(dú)或聯(lián)合作業(yè)傳遞， 操作較為方便。其行走機(jī)構(gòu)主要用于起重機(jī)在非工作時(shí)移動(dòng)使用過程，其主要性能參數(shù) 表如表 1 所示的發生。

1.2  門機(jī)電氣系統(tǒng)控制存在的缺陷分析

此次要進(jìn)行 PLC 變頻控制系統(tǒng)研究的對(duì)象為南京港機(jī)生產(chǎn)的 MQ25-35 門座式起 重機(jī)。其起升機(jī)構(gòu)進一步完善、變幅機(jī)構(gòu)相結合、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及行走機(jī)構(gòu)電機(jī)均采用轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻的調(diào) 速方式，隨著現(xiàn)代港口對(duì)生產(chǎn)作業(yè)效率及作業(yè)質(zhì)量的要求影響，此臺(tái)起重機(jī)已經(jīng)無法滿 足生產(chǎn)作業(yè)需求相關性。

1）能耗情況分析

根據(jù)起重機(jī)動(dòng)態(tài)記錄數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)：此臺(tái)門機(jī)年度作業(yè)量約為 60 萬噸，總耗電量 為：13.37 萬度技術先進，設(shè)備單噸耗電量為：0.2227 度/噸建議，而在普通件雜貨碼頭的 PLC 變頻控制系統(tǒng)的門座式起重機(jī)的單噸耗電量約為：0.1558 度/噸優勢。也就意味著舊式 門機(jī)的電氣控制系統(tǒng)的耗電量要比 PLC 變頻控制系統(tǒng)的門座式其中耗電量高 42.94%設計。

2）設(shè)備故障情況分析 伴隨設(shè)備使用時(shí)間的不斷延長，此門機(jī)起升機(jī)構(gòu)和變幅機(jī)構(gòu)的故障率不斷增

加。具體故障體現(xiàn)在繼電器善謀新篇、接觸器故障推進高水平。此兩種故障導(dǎo)致的原因?yàn)椋嚎刂苹芈烽L期處于過流狀態(tài)，導(dǎo)致繼電器或接觸器燒壞供給，或者出現(xiàn)接觸器觸頭粘連等故障不斷發展。 3）安全隱患分析 由于繼電器及接觸器的高頻率故障的出現(xiàn)，導(dǎo)致門機(jī)司機(jī)在作業(yè)時(shí)不僅需要根

據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷抓斗的打開或者閉合狀態(tài)拓展應用，同時(shí)需要頻繁的調(diào)節(jié)開閉和支持四根鋼絲繩 的長度以保持吊鉤或抓斗的平衡非常重要。在吊鉤工況作業(yè)下，起升機(jī)構(gòu)頻繁出現(xiàn)溜勾情 況自動化方案，導(dǎo)致裝卸貨物出現(xiàn)貨損行動力，無法滿足裝卸質(zhì)量的要求，存在較大的安全隱患空間廣闊，嚴(yán) 重影響港口裝卸服務(wù)形象落到實處。

 1.3 PLC 門座式起重機(jī)變頻控制方法研究的必要性

根據(jù)港機(jī)設(shè)備使用管理規(guī)定，在正常生產(chǎn)作業(yè)情況下，門座式起重機(jī)的使用壽 命為 20 年營造一處。但目前港機(jī)設(shè)備使用管理出臺(tái)了新型政策，并未規(guī)定門座式起重機(jī)在 使用 20 年后強(qiáng)制進(jìn)行報(bào)廢線上線下。而 PLC 變頻控制系統(tǒng)在門座式起重機(jī)上的應(yīng)用將會(huì)使 得門座式起重機(jī)重獲新生保供，其改造涉及費(fèi)用將大大低于更換新型設(shè)備的費(fèi)用。因 此知識和技能，為使舊式港機(jī)設(shè)備繼續(xù)為港口碼頭生產(chǎn)作業(yè)服役產品和服務，在起重機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)狀態(tài)良好 的情況下，將 PLC 變頻控制方法應(yīng)用到舊式門座式起重機(jī)的電氣控制系統(tǒng)中協同控製，對(duì) 其進(jìn)行合理的升級(jí)改造不斷創新，使得舊式起重機(jī)獲得良好的技術(shù)性能，便成為現(xiàn)代港機(jī)設(shè) 備的一大重要課題體驗區。

本次項(xiàng)目的研究對(duì)象為舊式 MQ25-35 型門座式起重機(jī)去突破，電控系統(tǒng)采用 PLC 程 序控制，四大機(jī)構(gòu)均采用變頻調(diào)速控制提供了遵循。電氣控制系統(tǒng)中加入 PLC 自診斷功能面向， 更新起升機(jī)構(gòu)的開閉控制柜、支持控制柜空間廣闊，更新變幅合作關系、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)控制柜，增加 PLC 控制柜，將各機(jī)構(gòu)的控制信號(hào)引入 PLC 控制柜內(nèi)結構不合理，實(shí)現(xiàn) PLC 變頻控制系統(tǒng)的 更新提供深度撮合服務。同時(shí)將各機(jī)構(gòu)的限位保護(hù)加入 PLC 程序控制，安裝故障觸摸屏競爭力，對(duì)起重機(jī) 進(jìn)行各機(jī)構(gòu)的故障報(bào)警最為突出，實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測。

1.4  變頻控制系統(tǒng)控制的性能要求

根據(jù)生產(chǎn)作業(yè)需求特點，考慮舊式起重機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及機(jī)械強(qiáng)度的要求，原 有門機(jī)的性能參數(shù)如：起升高度、幅度意見征詢，起升速度組成部分，旋轉(zhuǎn)速度、變幅速度等數(shù)據(jù)不 需要做出調(diào)整集聚。起升機(jī)構(gòu)在抓斗及吊鉤工況下的空載及重載速度保持不變發展目標奮鬥。各運(yùn)行 機(jī)構(gòu)的主要參數(shù)要求如表 2 所示。為保障起重機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性狀態，金屬結(jié)構(gòu)的承 載能力規劃，對(duì)于起重機(jī)的各機(jī)構(gòu)主要運(yùn)行參數(shù)均不作出相關(guān)調(diào)整。但電機(jī)速度給定與 力矩要求將會(huì)隨著 PLC 變頻控制系統(tǒng)的引入而使速度變化曲線更加平滑更多的合作機會，力矩控 制精度將會(huì)增加應用前景，速度控制的響應(yīng)將會(huì)加快。將會(huì)使得各機(jī)構(gòu)運(yùn)行平穩(wěn)可以使用，速度曲線平滑兩個角度入手，貨物裝卸起升力矩增加。

基于安川 PLC 的門座式起重機(jī)變頻控制方法的設(shè)計(jì)主要由 PLC 控制變頻器廣泛認同， 變頻器給定電機(jī)速度及力矩控制信號(hào)進入當下，從而實(shí)現(xiàn) PLC 變頻調(diào)速系統(tǒng)。電氣控制系 統(tǒng)應(yīng)采用 PLC 程序控制服務好，起升首次、變幅、旋轉(zhuǎn)生產創效、及行走機(jī)構(gòu)均采用變頻調(diào)速控制 [33]進一步提升。要求將各類限位保護(hù)列入 PLC 控制范圍內(nèi)，安裝 PLC 故障顯示屏緊密協作，監(jiān)控門機(jī) 運(yùn)行參數(shù)與故障診斷提供有力支撐。更新起升機(jī)構(gòu)的開閉控制柜、支持控制柜，更新變幅越來越重要、旋轉(zhuǎn) 機(jī)構(gòu)控制柜。為提升起升、變幅機(jī)構(gòu)對(duì)變頻調(diào)速的硬度改革創新、低頻轉(zhuǎn)矩特性及動(dòng)態(tài)快速 響應(yīng)的要求最新，起升機(jī)構(gòu)與變幅機(jī)構(gòu)應(yīng)采用閉環(huán)矢量控制，因旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)屬于低速運(yùn) 行最深厚的底氣，可采用開環(huán)矢量控制即可滿足速度控制需求[38]敢於挑戰。關(guān)于變頻調(diào)速控制所需的設(shè)備選型主要涉及：各機(jī)構(gòu)電機(jī)的選型資源優勢、各機(jī)構(gòu)變頻 器的選型和 PLC 的選型應用擴展。

在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電機(jī)是由變頻器控制使用振奮起來，因此應(yīng)選用 YZP 系列的電動(dòng) 機(jī)（冶金及起重機(jī)重用變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)）建立和完善，為保障生產(chǎn)效率，確保電機(jī)能 滿足起升速度及轉(zhuǎn)矩的要求增多，結(jié)合原有繞線式異步電動(dòng)機(jī)相關(guān)參數(shù)啟用，宜選用力矩大 一級(jí)的變頻專用電機(jī)。從而實(shí)現(xiàn)“減速箱+變頻電機(jī)+編碼器+變頻器”無極調(diào)速的 精準(zhǔn)控制估算。變頻電機(jī)的選擇應(yīng)具備高速運(yùn)轉(zhuǎn)活動上、抵抗變頻器高頻電流沖擊，絕緣等級(jí)深入各系統，變頻 調(diào)速范圍大型，平衡質(zhì)量及抗震等級(jí)及較寬范圍恒轉(zhuǎn)矩與功率調(diào)速特性。為確保變頻電 機(jī)與變頻器有效的配合進一步推進，同時(shí)考慮生產(chǎn)成本的需求不可缺少，初步選用意向?yàn)閲a(chǎn)電機(jī)，綜 合考慮現(xiàn)有國產(chǎn)電機(jī)的性價(jià)比明確相關要求，結(jié)合與進(jìn)口變頻器的匹配性服務為一體，最終決定選用大連天 元生產(chǎn)的變頻電機(jī)。通過查閱電機(jī)選型資料的發生，對(duì)比電機(jī)轉(zhuǎn)速融合、電機(jī)速度、加速時(shí) 間相結合、載荷引領、總效率及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等相關(guān)參數(shù)，最終選用了大連天元生產(chǎn)的變頻專用電 機(jī)型號(hào)為：YZP2-355M2-8MC更加廣闊。