1 门座式起重机技术参数要求
此次要进行电气控制系统研究的对象为南京港机 2002 年生产的 MQ25-35 门座 式起重机如图 1 所示。
1.1 旧式门座式起重机简介
起重机属臂架类型起重机，是利用吊钩或抓斗开展散货或件杂货装卸作业的起 重设备，该设备采用四连杆臂架系统，保证货物在变幅过程中能实现水平移动，平 衡系统采用杠杆系统，使变幅机构运行平稳。起重机在利用吊钩作业时当额定起重 量为 40T 时，变幅范围为：11-27 米，在额定起重量为 25T 时，变幅范围为：11- 35 米。该起重机由：起升机构、变幅机构、旋转机构和行走机构四大机构组成。 该起重机的起升、变幅、旋转等机构可在允许的额定载荷下进行单独或联合作业， 操作较为方便。其行走机构主要用于起重机在非工作时移动使用，其主要性能参数 表如表 1 所示。
1.2 门机电气系统控制存在的缺陷分析
此次要进行 PLC 变频控制系统研究的对象为南京港机生产的 MQ25-35 门座式起 重机。其起升机构、变幅机构、旋转机构及行走机构电机均采用转子串联电阻的调 速方式，随着现代港口对生产作业效率及作业质量的要求，此台起重机已经无法满 足生产作业需求。
1）能耗情况分析
根据起重机动态记录数据统计：此台门机年度作业量约为 60 万吨，总耗电量 为：13.37 万度，设备单吨耗电量为：0.2227 度/吨，而在普通件杂货码头的 PLC 变频控制系统的门座式起重机的单吨耗电量约为：0.1558 度/吨。也就意味着旧式 门机的电气控制系统的耗电量要比 PLC 变频控制系统的门座式其中耗电量高 42.94%。
2）设备故障情况分析 伴随设备使用时间的不断延长，此门机起升机构和变幅机构的故障率不断增
加。具体故障体现在继电器、接触器故障。此两种故障导致的原因为：控制回路长期处于过流状态，导致继电器或接触器烧坏，或者出现接触器触头粘连等故障。 3）安全隐患分析 由于继电器及接触器的高频率故障的出现，导致门机司机在作业时不仅需要根
据经验判断抓斗的打开或者闭合状态，同时需要频繁的调节开闭和支持四根钢丝绳 的长度以保持吊钩或抓斗的平衡。在吊钩工况作业下，起升机构频繁出现溜勾情 况，导致装卸货物出现货损，无法满足装卸质量的要求，存在较大的安全隐患，严 重影响港口装卸服务形象。
1.3 PLC 门座式起重机变频控制方法研究的必要性
根据港机设备使用管理规定，在正常生产作业情况下，门座式起重机的使用寿 命为 20 年。但目前港机设备使用管理出台了新型政策，并未规定门座式起重机在 使用 20 年后强制进行报废。而 PLC 变频控制系统在门座式起重机上的应用将会使 得门座式起重机重获新生，其改造涉及费用将大大低于更换新型设备的费用。因 此，为使旧式港机设备继续为港口码头生产作业服役，在起重机机械结构状态良好 的情况下，将 PLC 变频控制方法应用到旧式门座式起重机的电气控制系统中，对 其进行合理的升级改造，使得旧式起重机获得良好的技术性能，便成为现代港机设 备的一大重要课题。
本次项目的研究对象为旧式 MQ25-35 型门座式起重机，电控系统采用 PLC 程 序控制，四大机构均采用变频调速控制。电气控制系统中加入 PLC 自诊断功能， 更新起升机构的开闭控制柜、支持控制柜，更新变幅、旋转机构控制柜，增加 PLC 控制柜，将各机构的控制信号引入 PLC 控制柜内，实现 PLC 变频控制系统的 更新。同时将各机构的限位保护加入 PLC 程序控制，安装故障触摸屏，对起重机 进行各机构的故障报警，实现起重机的动态监测。
1.4 变频控制系统控制的性能要求
根据生产作业需求，考虑旧式起重机机械结构的稳定性及机械强度的要求，原 有门机的性能参数如：起升高度、幅度，起升速度，旋转速度、变幅速度等数据不 需要做出调整。起升机构在抓斗及吊钩工况下的空载及重载速度保持不变。各运行 机构的主要参数要求如表 2 所示。为保障起重机机械结构的稳定性，金属结构的承 载能力，对于起重机的各机构主要运行参数均不作出相关调整。但电机速度给定与 力矩要求将会随着 PLC 变频控制系统的引入而使速度变化曲线更加平滑，力矩控 制精度将会增加，速度控制的响应将会加快。将会使得各机构运行平稳，速度曲线平滑，货物装卸起升力矩增加。
基于安川 PLC 的门座式起重机变频控制方法的设计主要由 PLC 控制变频器， 变频器给定电机速度及力矩控制信号，从而实现 PLC 变频调速系统。电气控制系 统应采用 PLC 程序控制，起升、变幅、旋转、及行走机构均采用变频调速控制 [33]。要求将各类限位保护列入 PLC 控制范围内，安装 PLC 故障显示屏，监控门机 运行参数与故障诊断。更新起升机构的开闭控制柜、支持控制柜，更新变幅、旋转 机构控制柜。为提升起升、变幅机构对变频调速的硬度、低频转矩特性及动态快速 响应的要求，起升机构与变幅机构应采用闭环矢量控制，因旋转机构属于低速运 行，可采用开环矢量控制即可满足速度控制需求[38]。关于变频调速控制所需的设备选型主要涉及：各机构电机的选型、各机构变频 器的选型和 PLC 的选型。
在变频调速系统中，电机是由变频器控制使用，因此应选用 YZP 系列的电动 机（冶金及起重机重用变频调速三相异步电动机），为保障生产效率，确保电机能 满足起升速度及转矩的要求，结合原有绕线式异步电动机相关参数，宜选用力矩大 一级的变频专用电机。从而实现“减速箱+变频电机+编码器+变频器”无极调速的 精准控制。变频电机的选择应具备高速运转、抵抗变频器高频电流冲击，绝缘等级，变频 调速范围，平衡质量及抗震等级及较宽范围恒转矩与功率调速特性。为确保变频电 机与变频器有效的配合，同时考虑生产成本的需求，初步选用意向为国产电机，综 合考虑现有国产电机的性价比，结合与进口变频器的匹配性，最终决定选用大连天 元生产的变频电机。通过查阅电机选型资料，对比电机转速、电机速度、加速时 间、载荷、总效率及转动惯量等相关参数，最终选用了大连天元生产的变频专用电 机型号为：YZP2-355M2-8MC。
