探究變頻控制系統在港口門座起重機上的應用

王朝暉

摘要：門座起重機的合理應用，在一定程度上提高了生產作業效率，這使其應用范圍變的更加廣泛，特別是在港口得到了合理應用，并且在具體應用過程中取得了良好的效果。港口門座起重機在應用過程中會受到外界因素影響，為了確保起重機運行的合理性，要應用變頻控制系統。下面針對變頻控制系統在港口門座起重機上的應用進行深入分析，希望文中內容對相關工作人員可以有所幫助。

Abstract： The reasonable application of gantry cranes has increased the efficiency of production operations to a certain extent， which has made its scope of application wider， especially in ports where it has been reasonably applied and has achieved good results in specific applications. The port gantry crane will be affected by external factors during the application process. In order to ensure the rationality of the crane operation， a frequency conversion control system must be applied. The following is an in-depth analysis of the application of the frequency conversion control system on the port gantry crane. It is hoped that the content in this article can be helpful to the relevant staff.

關鍵詞：變頻控制系統;港口;起重機;繼電器

Key words： frequency conversion control system;port;crane;relay

中圖分類號：TM921.51;TH213.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）14-0159-02

0? 引言

港口門座式起重機是港口物流中轉過程中一類重要的裝卸設備，其運行安全性會對港口企業在生產過程中的效率造成直接影響，情況嚴重時會造成巨大經濟損失以及人員傷亡。因此，在門座式起重機工作時，要應用變頻控制系統，通過該系統的應用，實現對門座式起重機運行的合理控制。

1? 門座式起重機

門座式起重機是以起重機為基礎進行改造變形而來的一種先進設備，對其進行應用的核心就是對貨物進行裝卸。港口門座式起重機主要包括變幅機構、起升機構、行走機構、旋轉機構、金屬結構等，作業期間，通過對軌道的應用，完成裝卸作業[1]。港口門座式起重機在具體應用過程中主要具有以下幾項特點：

①應用范圍十分廣泛，門座式起重機因為性能優異，在實際應用過程中可以發揮出良好的作用，這也使其得到了廣泛應用，并且取得了不錯的效果。②作業面積大，一臺門座式起重機可以覆蓋較大作業面積。③利用率高，門座式起重機在運行期間，工作效率高，可以最大程度提高能源利用率[2]。④通用性強，可以在不同類型的港口中應用，能夠發揮出良好的作用，具有較高的安全性能。

2? 門座式起重機常用的控制方式

過去一段時間，多數港口門座式起重機在運行過程中采用“繼電器+轉子串電阻調速”方式，通過合理利用該方式，實現控制。在該控制下，電機始終保持低速運行，電機在運行中穩定性相對較差，這會對電機的性能造成不良影響。高速時則需要第三方控制，只有這樣才能保證作業期間不會出現溜鉤情況，同時，電機頻繁應用，會產生大量熱能，這部分熱能無法快速散掉，這會使電機溫度升高，會降低電機絕緣性，導致電機在應用過程中快速老化，會消耗大量能源，而且會對電機的應用造成沖擊，致使電機在運行期間穩定性下降，使機械在運行過程中出現機械疲勞現象，從而引發安全事故[3]。

應用傳統控制方式的缺點主要體現在以下幾個方面：

①起動電流大，設備在運行期間會遭受到嚴重沖擊，啟動時會出現不平穩情況。②調速范圍小，會對其應用造成不良影響。③運行效率低，設備在應用過程中的精準度偏低，會對港口門座式起重機的運行造成不良影響。④電機及控制設備在應用期間經常會出現事故，加大了維護工作量。

正因為其在應用過程中存在以上缺點，因此，其應用受到了限制，人們也對新的控制方式進行了研究。隨著人們研究的不斷深入，PLC+變頻器調速控制系統被合理應用到了門座式起重機上，該控制系統在具體應用期間與原控制方式相比，具有明顯優勢：電機機械特性更硬，啟動與制動都變得更加平滑，運行平穩，在作業過程中定位的精準度更高，貨物裝卸效率得到了顯著提升，同時，也降低了設備在應用過程中的維護成本，延長了機械設備的使用壽命[4]。

3? 變頻控制系統的應用優勢

港口門座式起重機應用變頻控制系統，其優勢主要體現在以下幾個方面：

①鋼結構的性能得到了顯著改善。變頻調速起重機在運行過程中各項動作都變得更加平穩，這也可以減少變頻器在運行期間遭受到的沖擊，保證起重機運行的安全性和穩定性。②變頻調速器占地面積小，性能好，具有很強通用性，其在應用時響應快，方便維護。③工作可靠性得到了顯著提升，系統在運行過程中的事故發生幾率明顯降低。各個系統均采用獨立控制柜，方便保養和維修。同時，利用變頻控制器控制電機運行，通過這種控制方式能夠實現電機軟啟動，從而縮短電機在運行期間的響應時間，實現無級調速[5]。此外，還能夠及時、準確檢測電源在應用過程中出現的欠壓、缺相、過流、過壓等各種情況，通過對應變措施進行應用，保護電機，確保保護動作的可靠性和合理性[6]。④調速質量得到了顯著提升。調速性能好、范圍寬，可以實現長期低速運行，運行效率高，定位精準。

4? 變頻控制系統的構成

羅克韋爾系統化集成架構，是一種具有創意的工業自動化體系結構，通過對其進行應用，能夠勝任不同自動化控制任務，主要包括內容有順序控制、過程控制、運動控制、信息處理等。

集成架構在應用過程中合理的融合了羅克韋爾自動化的一種獨一無二的先進技術，其包括了Logix控制平臺，NetLinx開放網絡架構等，同時，通過先進信息技術的應用，完成相應的通信，進而為門座式起重機的應用與控制提供支持。

系統采用的變頻器為CompactLogix控制系統和PowerFlex7系列。在系統中以Logix控制平臺為基礎的控制器和變頻器，在實際開發過程中應用的都為編程軟件Rslogix5000開發，在編程作業進行中可以對不同的編程語言進行應用，在該期間，相關工作人員要針對實際情況做好分析工作，保證編程的合理性[6]。在Logix控制器中開展相應的編程工作，與獨立控制器相比存在一定差異，其在應用過程中的優勢更加明顯，對其進行應用，可以合理的將傳動控制、邏輯控制等多種不同控制方式都集中在一個平臺上，消除了不同系統協調和同步處理步驟，可以大幅度縮短系統在設計過程中耗費的時間，同時也節省了編程和硬件方面的投資，提高了系統在運行過程中的經濟效益[7]。

對于系統中采用的PLC和變頻器在滿足經濟和功能需求基礎上，采用統一品牌變頻器和PLC，利用統一品牌設備的目的就是降低系統調速和編程難度，以及在系統應用期間的維護難度，使具體工作實現起來更加容易。對于港口門座式起重機的控制包括的內容有起升、下降、旋轉、變幅等各項動作，每一項動作的合理性都會對起重機的性能造成直接影響。

5? 變頻控制方式的合理設計

5.1 變頻器選型

變頻器在運行中利用變頻I/O，控制抱閘，電機具體應用期間，加速需要的時長相對較短，傳統轉子電阻在應用過程中在減速和加速上的性能都一致。同時，還具有懸停、保護溜鉤等多項功能。在港口門座式起重機運行期間，應用變頻器，要在對實際問題進行全面分析基礎上，最終選擇符合實際情況的變頻控制方式，在該過程中，要對變頻器容量進行精準計算，在考慮具體情況基礎上，匹配與實際相符的制動電阻。

5.2 調速方法

合理應用具有矢量控制功能的變頻調速系統，采用的門機調速系統一共有三檔，分別為低檔調速、中檔調速、高檔調速，具體采用哪一檔調速，要依據工況的具體情況而定，確保最終采用的調速檔位的合理性。

5.3 制動方式

在實際制動上，對制動單元和制動電阻進行合理應用，對其進行應用的作用就是對變頻器快速制動過程中消耗的電能進行釋放，進而保證變頻器的作用能夠得到發揮，避免由于電能不足，導致作業期間，制動力不足，從而發生安全事故[8]。

5.4 校驗力矩

門座式起重機在具體應用過程中關鍵問題有檢驗抱閘、檢測溜鉤、檢測懸停等，這些內容都可以利用TorqProve力矩校驗功能解決。

變頻器應用期間會收到運行命令，在對變頻器進行應用期間，在綜合考慮外界因素的情況下構建磁通，輸出轉矩，對輸出轉矩的情況進行明確后，釋放抱閘。當停車指令抵達變頻器后，變頻器會將指令發出，閉合抱閘，當抱閘完成對負載的控制后，撤銷輸出轉矩，完成相應控制作業，保證門座式起重機運行的安全性與穩定性，以免發生安全事故。

門座式起重機在應用期間具有懸停功能，其在運行過程中如果接收到停機指令，變頻器要及時減速，減速要緩慢進行，最終減速到零，在維持零速一段時間后，再控制抱閘閉合，這個功能操作能夠實現重新定位。快速停機時，變頻器快停然后輸出控制抱閘閉合。為了實現保護溜鉤，停止負載移動，此時，起重機械要抱閘閉合，對變頻器進行利用，實現對斜坡的合理控制，從而使輸出轉矩能夠降低，在該期間，要合理檢測編碼器反饋的情況，明確負載被控制情況。在該期間，如通過檢測，發現編碼反饋發生了變化，也就是出現了溜鉤現象，此時，受溜鉤影響，變頻器的輸出轉矩會增加，負載會再一次被控制，在該期間，要對事先設定的具體速度進行應用，下放負載。在應用變頻器時，應當對上述動作進行重復，直到抱閘能夠控制負載，或負載可以被穩定的放置到地面上。

6? 結束語

港口門座式起重機在實際應用過程中會受到不同因素影響，為了確保其運行的合理性，要采用變頻控制系統對港口門座式起重機的運行情況進行控制，進而保證港口門座式起重機在運行期間不會出現任何安全問題，確保港口門座式起重機的作用可以得到合理發揮。

參考文獻：

[1]董明望，潘春洲，辜勇.港口門式起重機勢能回饋實驗研究[J].起重運輸機械，2019（17）：111-115.

[2]劉旭宇，龐科旺，單亞運.基于港口門式起重機的模糊自適應PID控制及PLC實現[J].中國水運（下半月），2018，18（02）：106-108.

[3]劉慶平.港口門座起重機金屬結構缺陷分析及設備管理對策[J].中國水運（下半月），2017，17（07）：143-146.

[4]霍建中，陶倬君.基于安全性評價的港口門座起重機維修時機研究[J].港口裝卸，2017（03）：12-13.

[5]李巍偉，丁炳乙.智能潤滑系統在港口門座起重機中的應用[J].港口裝卸，2017（01）：25-27.

[6]彭文.港口門座式起重機電氣控制系統改造設計[J].福建交通科技，2017（01）：121-123.

[7]吳邵強，陳天沛，何成忠.基于Ansys的港口門座起重機回轉支承疲勞壽命計算[J].起重運輸機械，2016（09）：46-50.

[8]季明麗.港口門座起重機監控系統設計[J].中外企業家，2016（25）：145-146.