传统门座式起重机电控系统改造的意义

门座式起重机简称门机是港口码头前沿装卸生产的重要设备之一，广泛应用于 海港、内河码头。其四大机构包含：起升、变幅、旋转、行走。随着自动控制技术 的不断发展，门机的电气控制系统也在不断的更新[6]。二十世纪九十年代传统门机 的电气控制系统是采用接触器与继电器相关联的控制方式，各机构电机的速度控制 方式是采用转子串联切电阻，此种控制方式存在很大的弊端，主要表现在：控制精 度差，故障率高，能耗高，电气备件损耗大，因此在开展生产作业方面会存在生产 效率低，安全隐患大等缺点，在设备使用寿命方面会出现各类电气件损耗严重，金 属机械结构冲击大等缺陷[7]。此次论文对采用传统电气控制系统的门机进行了缺陷 分析，并结合现代港口装卸生产的状况，将 PLC 控制变频调速系统应用到门座式 电气控制系统中[8]。本文是结合老港口传统门座式起重机开展变频控制方法的研 究。针对传统门座式起重机的起升机构、变幅机构、旋转和行走机构运用变频控制 方法的研究，结合实际改造，从而证实 PLC 控制技术和变频控制技术在传统门座 式起重机各大机构的应用[9]，针对其可靠性、稳定性、安全性进行研究分析，对于 起重机性能的提升、起重机金属结构的冲击，电气元件使用寿命的延长等有着重大 的研究意义。给目前百年老港、港机厂家相关港机设备电控系统的升级改造提供有 力的参考。

由 PLC 控制，以变频器为核心控制起重各大机构的电气控制系统，将会实现 对起升、变幅及旋转机构的矢量控制，为各机构电机提供良好的调速性能，整机采 用安川 CP-316H 的 PLC 控制和交流变频器调速控制[10]，使得起重机在工作时无严 重冲击和异常响声，振动小，运动平稳，工作可靠。

1.2 门座式起重机的介绍

门座式起重机广泛应用于港口船舶装卸作业，船舶制造、维修，水电站建设 等，门座式起重机对降低码头工人体力劳动、改善船舶装卸环境、提高船舶装卸效 率有着极其重要的意义，是实现港口码头船舶自动化、智能化装卸作业中必不可少 的生产设备[11]。港口起重机根据其结构特点、功能分类可划分为：桥式起重机， 俗称天车，臂架类起重机，其中门座式起重机类属于臂架类起重机。起重机种类虽

然繁多，但其各大机构基本相同，大概分为：起升机构、变幅机构、旋转机构、行 走机构等，利用各机构间的有效配合，可以开展港口码头船舶、车辆等装卸作业。

1.3 港口起重机电气控制系统的缺陷

近年来，随着科学技术的不断发展，电力电子技术、控制理论、变频调速控制 技术及计算机数字控制技术在各类生产制造业中取得了较大的进展[12]，但由于港 口码头作业模式较为传统，码头装卸设备更新缓慢，使得先进的电气控制系统并未 在码头起重机得到广泛应用[13]。但随着全国经济持续走低，“港老大”的时代已 经过去，这就要求港口码头开展船舶装卸作业，需要提高装卸效率，提升装卸质 量，同时在设备管理方面不断降低设备维护成本，延长起重设备的使用寿命，从而 降低港口码头生产作业的运营成本，实现盈利目的。

传统的码头起重机，由其是老港口例如：上海港、青岛港、大连港、秦皇岛港 等老码头起重设备电控还有很大一部分采用转子回路串电阻分段控制的交流绕线式 电机继电器-接触器系统[14]，设备陈旧、技术落后，装卸效率低，经结合实际设备 归纳出传统电气控制系统存在如下缺陷：

1）电能消耗大，由于传统控制模式采取串电阻模式，因此在开展生产作业过 程中大部分电能会消耗在串联电阻上，导致电能转化为热能消耗[15]；

2）电阻分级切换，为有级调速，从而因速度控制精度差导致设备各机构运行 不够平稳，对电气设备、机械机构冲击较大，存在较大的安全隐患[16]；

3）各机构电机运行是利用继电器、接触器频繁动作来实现，从而接触器、继 电器等电气元件高频率动作，电弧烧蚀触电，影响接触器使用寿命，且接触器触电 粘连情况频繁发生，设备故障率极高，维修成本费用高[17]；

4）电动机依靠转子电阻获得低速度控制，从而使得电动机在启动时力矩不 够，使得各机构电气运行特性较软[18]；

5）起升机构通过给定的减速点时，由于起重机所吊货物的负载不同，而得到 不同的减速度，不能实现稳定的起升，最后导致起升机构运行不稳，货物装卸位置 得不到有效保障[19]；

6）此种控制系统采用的交流绕线式电动机的滑环存在接触不良的问题，容易 引起设备事故。

鉴于以上情况使得传统门座式起重机的可靠性和安全性得不到有效的保障，因 此需要将此种电气控制系统进行更新，研发更加安全可靠的电气控制系统成为港口 起重设备的重要课题[20]。