傳統門座式起重機電控系統改造的意義

門座式起重機簡稱門機是港口碼頭前沿裝卸生產的重要設備之一，廣泛應用于 海港、內河碼頭。其四大機構包含：起升、變幅、旋轉、行走。隨著自動控制技術 的不斷發展，門機的電氣控制系統也在不斷的更新[6]。二十世紀九十年代傳統門機 的電氣控制系統是采用接觸器與繼電器相關聯的控制方式，各機構電機的速度控制 方式是采用轉子串聯切電阻，此種控制方式存在很大的弊端，主要表現在：控制精 度差，故障率高，能耗高，電氣備件損耗大，因此在開展生產作業方面會存在生產 效率低，安全隱患大等缺點，在設備使用壽命方面會出現各類電氣件損耗嚴重，金 屬機械結構沖擊大等缺陷[7]。此次論文對采用傳統電氣控制系統的門機進行了缺陷 分析，并結合現代港口裝卸生產的狀況，將 PLC 控制變頻調速系統應用到門座式 電氣控制系統中[8]。本文是結合老港口傳統門座式起重機開展變頻控制方法的研 究。針對傳統門座式起重機的起升機構、變幅機構、旋轉和行走機構運用變頻控制 方法的研究，結合實際改造，從而證實 PLC 控制技術和變頻控制技術在傳統門座 式起重機各大機構的應用[9]，針對其可靠性、穩定性、安全性進行研究分析，對于 起重機性能的提升、起重機金屬結構的沖擊，電氣元件使用壽命的延長等有著重大 的研究意義。給目前百年老港、港機廠家相關港機設備電控系統的升級改造提供有 力的參考。

由 PLC 控制，以變頻器為核心控制起重各大機構的電氣控制系統，將會實現 對起升、變幅及旋轉機構的矢量控制，為各機構電機提供良好的調速性能，整機采 用安川 CP-316H 的 PLC 控制和交流變頻器調速控制[10]，使得起重機在工作時無嚴 重沖擊和異常響聲，振動小，運動平穩，工作可靠。

1.2 門座式起重機的介紹

門座式起重機廣泛應用于港口船舶裝卸作業，船舶制造、維修，水電站建設 等，門座式起重機對降低碼頭工人體力勞動、改善船舶裝卸環境、提高船舶裝卸效 率有著極其重要的意義，是實現港口碼頭船舶自動化、智能化裝卸作業中必不可少 的生產設備[11]。港口起重機根據其結構特點、功能分類可劃分為：橋式起重機， 俗稱天車，臂架類起重機，其中門座式起重機類屬于臂架類起重機。起重機種類雖

然繁多，但其各大機構基本相同，大概分為：起升機構、變幅機構、旋轉機構、行 走機構等，利用各機構間的有效配合，可以開展港口碼頭船舶、車輛等裝卸作業。

1.3 港口起重機電氣控制系統的缺陷

近年來，隨著科學技術的不斷發展，電力電子技術、控制理論、變頻調速控制 技術及計算機數字控制技術在各類生產制造業中取得了較大的進展[12]，但由于港 口碼頭作業模式較為傳統，碼頭裝卸設備更新緩慢，使得先進的電氣控制系統并未 在碼頭起重機得到廣泛應用[13]。但隨著全國經濟持續走低，“港老大”的時代已 經過去，這就要求港口碼頭開展船舶裝卸作業，需要提高裝卸效率，提升裝卸質 量，同時在設備管理方面不斷降低設備維護成本，延長起重設備的使用壽命，從而 降低港口碼頭生產作業的運營成本，實現盈利目的。

傳統的碼頭起重機，由其是老港口例如：上海港、青島港、大連港、秦皇島港 等老碼頭起重設備電控還有很大一部分采用轉子回路串電阻分段控制的交流繞線式 電機繼電器-接觸器系統[14]，設備陳舊、技術落后，裝卸效率低，經結合實際設備 歸納出傳統電氣控制系統存在如下缺陷：

1）電能消耗大，由于傳統控制模式采取串電阻模式，因此在開展生產作業過 程中大部分電能會消耗在串聯電阻上，導致電能轉化為熱能消耗[15]；

2）電阻分級切換，為有級調速，從而因速度控制精度差導致設備各機構運行 不夠平穩，對電氣設備、機械機構沖擊較大，存在較大的安全隱患[16]；

3）各機構電機運行是利用繼電器、接觸器頻繁動作來實現，從而接觸器、繼 電器等電氣元件高頻率動作，電弧燒蝕觸電，影響接觸器使用壽命，且接觸器觸電 粘連情況頻繁發生，設備故障率極高，維修成本費用高[17]；

4）電動機依靠轉子電阻獲得低速度控制，從而使得電動機在啟動時力矩不 夠，使得各機構電氣運行特性較軟[18]；

5）起升機構通過給定的減速點時，由于起重機所吊貨物的負載不同，而得到 不同的減速度，不能實現穩定的起升，最后導致起升機構運行不穩，貨物裝卸位置 得不到有效保障[19]；

6）此種控制系統采用的交流繞線式電動機的滑環存在接觸不良的問題，容易 引起設備事故。

鑒于以上情況使得傳統門座式起重機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進行更新，研發更加安全可靠的電氣控制系統成為港口 起重設備的重要課題[20]。