目前 PLC 控制系统已经在各大厂矿、制造业、交通运输业等设备上得到了广 泛的应用[21]。PLC 程序控制具备编程简单、抗干扰能力强、性能稳定、程序可随 时更新等特点，方便电气控制系统软硬件的设计、可经过线下试验台实验从而安全 的应用到设备生产、制造现场等优势[22]。因此现代 PLC 控制技术在各大生产企业 得到了有效的应用。海运及河运的核心在于港口码头，而港口码头的主力装卸设备 是码头开展船舶装卸作业的核心，因此随着科学技术的不断发展，港口码头装卸设 备的大型化、专业化、智能化需求不断提高[23]。因此在起重机生产行业，如：上 海振华、南京港机、青岛海西等码头起重机生产制造单位已经将 PLC 变频调速控 制应用于港口装卸上。但老港口的港机设备仍可继续服役，因此这类传统港机设备 电气控制系统的改造，成为了一项重要课题[24]。
在变频调速系统控制中，最值得一提的就是矢量控制技术，矢量控制技术的提 出使得交流调速系统的动态特性得到了显著的改善[25]，针对交流绕线式控制是一 个质的飞跃，最为关键的直接转矩控制技术的研究以及使用，使得变频调速控制技 术日趋成熟，直接转矩控制使得电动机在低速度状态下，能提供大转矩支持，使得 电动机的运行特性显著提高，速度控制精度、速度控制范围、控制响应速度等方面 得到质的改善，现代变频调速系统控制技术可适用在现代机械自动化生产的各大领 域之中[26]。
1.5 选题及主要工作内容
此次选题以 PLC 控制技术与变频调速控制技术在传统门座式起重机上的控制 方法研究为主题进行分析、计算[27]。
1.5.1 选题意义
以港口旧式门座式起重机为研究对象，进行电气控制系统 PLC 的选型、PLC 的程序编程和变频器变频调速控制分析及设备选型以及相关电动机的计算选型开展 研究、设计。希望能为老港口的旧式起重机电气系统控制的升级改造提供参考
[28]。
1.5.2 主要工作内容
针对旧式门座式起重机的电气控制系统的在使用中的各类缺陷，讨论传统电气
控制系统在目前生产作业中存在的局限性[29]，从而针对传统电气控制系统存在的 各类缺陷逐一出具解决方案，围绕旧式门座式起重机如何适应现代化港口装卸作业 开展研究、设计及实验改造[30]。详细工作内容如下：
1）分析旧式门座式起重机电气控制系统存在的问题并提出解决方案 现代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，传统的码头起重机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，设备陈旧、技术落后，装卸效 率低，存在电能消耗大[31]；电阻分级切换，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；设备故障率极高，维修成本费用高；电动 机低速气动力矩低；起升机构运行不稳，货物装卸位置得不到有效保障等缺陷
[32]。
针对以上情况根据起重机运行参数要求，拟设计一套由 PLC 控制的变频调速 系统在门座式起重机上的应用，改造方法。
2）根据设备使用要求开展电机的选型计算工作 根据起重机生产参数需求，开展起升机构、变幅机构、旋转机构及行走机构电
机的选型工作[33]。
3）PLC 控制系统的设计及程序编写 针对旧式起重机电气控制在目前港口船舶装卸过程中存在的问题，以简化控制
系统中的硬件电路、提高电气控制系统的稳定性、可靠性利用 PLC 程序控制的优 势对旧式门机开展 PLC 控制技术分析、程序编写[34]。
4）变频调速控制系统的设计与参数设置 根据门座式起重机生产参数需求、所选电动机的参数要求，以变频调速系统具
备的调速性能好、调速范围广、调速精度高、动态稳定好、力矩控制响应快等特 点，选用与 PLC 相匹配的电动机变频器，开展变频调速系统的设计及参数设置
[35]。经过结合实际改造经验，验证变频调速系统的可行性、合理性及稳定性。
5）合理利用试验台试运行 PLC 变频控制系统，修订程序设计及相关参数设置 使用 PLC 试验台，将已经编写完成的 PLC 程序传输完毕，经过试验台的试车
控制，验证 PLC 的程序编写情况，找出相关程序漏洞，并合理修改[36]。 6）门座式起重机改造后的试运行 对门座式起重机电气系统控制的改造完成后，PLC 程序修订完成，变频器参
数设置完成，开展对变频控制系统的调试，确定电气控制系统满足改造的相关要求
后，进行试车工作，设备空载运行、重载运行。开展变频器监控，及 PLC 程序控 制监控，确认 PLC 变频调速系统控制研究的可行性及可靠性分析。
此次变频调速系统控制方法的研究，是从解决老港口旧式门座式起重机电气控 制系统出发，对传统调速方案进行了控制方式的革新和数字化的改造，实现了节能 改造、提高了设备运行的精度控制、提升了设备运行的安全保护、降低了设备故障 率及设备维护成本[37]。
