1 門座式起重機技術參數要求
此次要進行電氣控制系統研究的對象為南京港機 2002 年生產的 MQ25-35 門座 式起重機如圖 1 所示。
1.1 舊式門座式起重機簡介
起重機屬臂架類型起重機，是利用吊鉤或抓斗開展散貨或件雜貨裝卸作業的起 重設備，該設備采用四連桿臂架系統，保證貨物在變幅過程中能實現水平移動，平 衡系統采用杠桿系統，使變幅機構運行平穩。起重機在利用吊鉤作業時當額定起重 量為 40T 時，變幅范圍為：11-27 米，在額定起重量為 25T 時，變幅范圍為：11- 35 米。該起重機由：起升機構、變幅機構、旋轉機構和行走機構四大機構組成。 該起重機的起升、變幅、旋轉等機構可在允許的額定載荷下進行單獨或聯合作業， 操作較為方便。其行走機構主要用于起重機在非工作時移動使用，其主要性能參數 表如表 1 所示。
1.2 門機電氣系統控制存在的缺陷分析
此次要進行 PLC 變頻控制系統研究的對象為南京港機生產的 MQ25-35 門座式起 重機。其起升機構、變幅機構、旋轉機構及行走機構電機均采用轉子串聯電阻的調 速方式，隨著現代港口對生產作業效率及作業質量的要求，此臺起重機已經無法滿 足生產作業需求。
1）能耗情況分析
根據起重機動態記錄數據統計：此臺門機年度作業量約為 60 萬噸，總耗電量 為：13.37 萬度，設備單噸耗電量為：0.2227 度/噸，而在普通件雜貨碼頭的 PLC 變頻控制系統的門座式起重機的單噸耗電量約為：0.1558 度/噸。也就意味著舊式 門機的電氣控制系統的耗電量要比 PLC 變頻控制系統的門座式其中耗電量高 42.94%。
2）設備故障情況分析 伴隨設備使用時間的不斷延長，此門機起升機構和變幅機構的故障率不斷增
加。具體故障體現在繼電器、接觸器故障。此兩種故障導致的原因為：控制回路長期處于過流狀態，導致繼電器或接觸器燒壞，或者出現接觸器觸頭粘連等故障。 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，導致門機司機在作業時不僅需要根
據經驗判斷抓斗的打開或者閉合狀態，同時需要頻繁的調節開閉和支持四根鋼絲繩 的長度以保持吊鉤或抓斗的平衡。在吊鉤工況作業下，起升機構頻繁出現溜勾情 況，導致裝卸貨物出現貨損，無法滿足裝卸質量的要求，存在較大的安全隱患，嚴 重影響港口裝卸服務形象。
1.3 PLC 門座式起重機變頻控制方法研究的必要性
根據港機設備使用管理規定，在正常生產作業情況下，門座式起重機的使用壽 命為 20 年。但目前港機設備使用管理出臺了新型政策，并未規定門座式起重機在 使用 20 年后強制進行報廢。而 PLC 變頻控制系統在門座式起重機上的應用將會使 得門座式起重機重獲新生，其改造涉及費用將大大低于更換新型設備的費用。因 此，為使舊式港機設備繼續為港口碼頭生產作業服役，在起重機機械結構狀態良好 的情況下，將 PLC 變頻控制方法應用到舊式門座式起重機的電氣控制系統中，對 其進行合理的升級改造，使得舊式起重機獲得良好的技術性能，便成為現代港機設 備的一大重要課題。
本次項目的研究對象為舊式 MQ25-35 型門座式起重機，電控系統采用 PLC 程 序控制，四大機構均采用變頻調速控制。電氣控制系統中加入 PLC 自診斷功能， 更新起升機構的開閉控制柜、支持控制柜，更新變幅、旋轉機構控制柜，增加 PLC 控制柜，將各機構的控制信號引入 PLC 控制柜內，實現 PLC 變頻控制系統的 更新。同時將各機構的限位保護加入 PLC 程序控制，安裝故障觸摸屏，對起重機 進行各機構的故障報警，實現起重機的動態監測。
1.4 變頻控制系統控制的性能要求
根據生產作業需求，考慮舊式起重機機械結構的穩定性及機械強度的要求，原 有門機的性能參數如：起升高度、幅度，起升速度，旋轉速度、變幅速度等數據不 需要做出調整。起升機構在抓斗及吊鉤工況下的空載及重載速度保持不變。各運行 機構的主要參數要求如表 2 所示。為保障起重機機械結構的穩定性，金屬結構的承 載能力，對于起重機的各機構主要運行參數均不作出相關調整。但電機速度給定與 力矩要求將會隨著 PLC 變頻控制系統的引入而使速度變化曲線更加平滑，力矩控 制精度將會增加，速度控制的響應將會加快。將會使得各機構運行平穩，速度曲線平滑，貨物裝卸起升力矩增加。
基于安川 PLC 的門座式起重機變頻控制方法的設計主要由 PLC 控制變頻器， 變頻器給定電機速度及力矩控制信號，從而實現 PLC 變頻調速系統。電氣控制系 統應采用 PLC 程序控制，起升、變幅、旋轉、及行走機構均采用變頻調速控制 [33]。要求將各類限位保護列入 PLC 控制范圍內，安裝 PLC 故障顯示屏，監控門機 運行參數與故障診斷。更新起升機構的開閉控制柜、支持控制柜，更新變幅、旋轉 機構控制柜。為提升起升、變幅機構對變頻調速的硬度、低頻轉矩特性及動態快速 響應的要求，起升機構與變幅機構應采用閉環矢量控制，因旋轉機構屬于低速運 行，可采用開環矢量控制即可滿足速度控制需求[38]。關于變頻調速控制所需的設備選型主要涉及：各機構電機的選型、各機構變頻 器的選型和 PLC 的選型。
在變頻調速系統中，電機是由變頻器控制使用，因此應選用 YZP 系列的電動 機（冶金及起重機重用變頻調速三相異步電動機），為保障生產效率，確保電機能 滿足起升速度及轉矩的要求，結合原有繞線式異步電動機相關參數，宜選用力矩大 一級的變頻專用電機。從而實現“減速箱+變頻電機+編碼器+變頻器”無極調速的 精準控制。變頻電機的選擇應具備高速運轉、抵抗變頻器高頻電流沖擊，絕緣等級，變頻 調速范圍，平衡質量及抗震等級及較寬范圍恒轉矩與功率調速特性。為確保變頻電 機與變頻器有效的配合，同時考慮生產成本的需求，初步選用意向為國產電機，綜 合考慮現有國產電機的性價比，結合與進口變頻器的匹配性，最終決定選用大連天 元生產的變頻電機。通過查閱電機選型資料，對比電機轉速、電機速度、加速時 間、載荷、總效率及轉動慣量等相關參數，最終選用了大連天元生產的變頻專用電 機型號為：YZP2-355M2-8MC。
