目前 PLC 控制系統(tǒng)已經(jīng)在各大廠礦、制造業(yè)、交通運輸業(yè)等設備上得到了廣 泛的應用[21]。PLC 程序控制具備編程簡單、抗干擾能力強、性能穩(wěn)定、程序可隨 時更新等特點，方便電氣控制系統(tǒng)軟硬件的設計、可經(jīng)過線下試驗臺實驗從而安全 的應用到設備生產(chǎn)、制造現(xiàn)場等優(yōu)勢[22]。因此現(xiàn)代 PLC 控制技術在各大生產(chǎn)企業(yè) 得到了有效的應用。海運及河運的核心在于港口碼頭，而港口碼頭的主力裝卸設備 是碼頭開展船舶裝卸作業(yè)的核心，因此隨著科學技術的不斷發(fā)展，港口碼頭裝卸設 備的大型化、專業(yè)化、智能化需求不斷提高[23]。因此在起重機生產(chǎn)行業(yè)，如：上 海振華、南京港機、青島海西等碼頭起重機生產(chǎn)制造單位已經(jīng)將 PLC 變頻調(diào)速控 制應用于港口裝卸上。但老港口的港機設備仍可繼續(xù)服役，因此這類傳統(tǒng)港機設備 電氣控制系統(tǒng)的改造，成為了一項重要課題[24]。

在變頻調(diào)速系統(tǒng)控制中，最值得一提的就是矢量控制技術，矢量控制技術的提 出使得交流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)特性得到了顯著的改善[25]，針對交流繞線式控制是一 個質(zhì)的飛躍，最為關鍵的直接轉(zhuǎn)矩控制技術的研究以及使用，使得變頻調(diào)速控制技 術日趨成熟，直接轉(zhuǎn)矩控制使得電動機在低速度狀態(tài)下，能提供大轉(zhuǎn)矩支持，使得 電動機的運行特性顯著提高，速度控制精度、速度控制范圍、控制響應速度等方面 得到質(zhì)的改善，現(xiàn)代變頻調(diào)速系統(tǒng)控制技術可適用在現(xiàn)代機械自動化生產(chǎn)的各大領 域之中[26]。

1.5 選題及主要工作內(nèi)容

此次選題以 PLC 控制技術與變頻調(diào)速控制技術在傳統(tǒng)門座式起重機上的控制 方法研究為主題進行分析、計算[27]。

1.5.1  選題意義

以港口舊式門座式起重機為研究對象，進行電氣控制系統(tǒng) PLC 的選型、PLC 的程序編程和變頻器變頻調(diào)速控制分析及設備選型以及相關電動機的計算選型開展 研究、設計。希望能為老港口的舊式起重機電氣系統(tǒng)控制的升級改造提供參考

[28]。

1.5.2  主要工作內(nèi)容

針對舊式門座式起重機的電氣控制系統(tǒng)的在使用中的各類缺陷，討論傳統(tǒng)電氣

控制系統(tǒng)在目前生產(chǎn)作業(yè)中存在的局限性[29]，從而針對傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)存在的 各類缺陷逐一出具解決方案，圍繞舊式門座式起重機如何適應現(xiàn)代化港口裝卸作業(yè) 開展研究、設計及實驗改造[30]。詳細工作內(nèi)容如下：

1）分析舊式門座式起重機電氣控制系統(tǒng)存在的問題并提出解決方案 現(xiàn)代港口碼頭開展船舶裝卸作業(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(chǎn)作業(yè)的運營成本，傳統(tǒng)的碼頭起重機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繼電器-接觸器系統(tǒng)，設備陳舊、技術落后，裝卸效 率低，存在電能消耗大[31]；電阻分級切換，控制精度差導致設備各機構運行不夠 平穩(wěn)，對電氣設備、機械機構沖擊較大；設備故障率極高，維修成本費用高；電動 機低速氣動力矩低；起升機構運行不穩(wěn)，貨物裝卸位置得不到有效保障等缺陷

[32]。

針對以上情況根據(jù)起重機運行參數(shù)要求，擬設計一套由 PLC 控制的變頻調(diào)速 系統(tǒng)在門座式起重機上的應用，改造方法。

2）根據(jù)設備使用要求開展電機的選型計算工作 根據(jù)起重機生產(chǎn)參數(shù)需求，開展起升機構、變幅機構、旋轉(zhuǎn)機構及行走機構電

機的選型工作[33]。

3）PLC 控制系統(tǒng)的設計及程序編寫 針對舊式起重機電氣控制在目前港口船舶裝卸過程中存在的問題，以簡化控制

系統(tǒng)中的硬件電路、提高電氣控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性利用 PLC 程序控制的優(yōu) 勢對舊式門機開展 PLC 控制技術分析、程序編寫[34]。

4）變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的設計與參數(shù)設置 根據(jù)門座式起重機生產(chǎn)參數(shù)需求、所選電動機的參數(shù)要求，以變頻調(diào)速系統(tǒng)具

備的調(diào)速性能好、調(diào)速范圍廣、調(diào)速精度高、動態(tài)穩(wěn)定好、力矩控制響應快等特 點，選用與 PLC 相匹配的電動機變頻器，開展變頻調(diào)速系統(tǒng)的設計及參數(shù)設置

[35]。經(jīng)過結合實際改造經(jīng)驗，驗證變頻調(diào)速系統(tǒng)的可行性、合理性及穩(wěn)定性。

5）合理利用試驗臺試運行 PLC 變頻控制系統(tǒng)，修訂程序設計及相關參數(shù)設置 使用 PLC 試驗臺，將已經(jīng)編寫完成的 PLC 程序傳輸完畢，經(jīng)過試驗臺的試車

控制，驗證 PLC 的程序編寫情況，找出相關程序漏洞，并合理修改[36]。 6）門座式起重機改造后的試運行 對門座式起重機電氣系統(tǒng)控制的改造完成后，PLC 程序修訂完成，變頻器參

數(shù)設置完成，開展對變頻控制系統(tǒng)的調(diào)試，確定電氣控制系統(tǒng)滿足改造的相關要求

后，進行試車工作，設備空載運行、重載運行。開展變頻器監(jiān)控，及 PLC 程序控 制監(jiān)控，確認 PLC 變頻調(diào)速系統(tǒng)控制研究的可行性及可靠性分析。

此次變頻調(diào)速系統(tǒng)控制方法的研究，是從解決老港口舊式門座式起重機電氣控 制系統(tǒng)出發(fā)，對傳統(tǒng)調(diào)速方案進行了控制方式的革新和數(shù)字化的改造，實現(xiàn)了節(jié)能 改造、提高了設備運行的精度控制、提升了設備運行的安全保護、降低了設備故障 率及設備維護成本[37]。