基于PLC控制的兩雙橋吊驅(qū)動(dòng)器節(jié)能控制方式改造

蘇本知

（青島港灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院，青島266404）

集裝箱岸橋是集裝箱裝卸船的專用起重機(jī)，布置于集裝箱碼頭前沿，主要包括起升機(jī)構(gòu)、大車機(jī)構(gòu)、小車機(jī)構(gòu)和俯仰機(jī)構(gòu)，并配有專用集裝箱吊具和減搖裝置。與其他的貨物裝卸相比，在裝卸作業(yè)時(shí)，集裝箱無(wú)論是對(duì)精度還是速度的要求都要高，這就要求集裝箱岸橋在電氣傳動(dòng)控制及調(diào)速性能等方面的要求比一般港口起重機(jī)要高，以保證在集裝箱作業(yè)時(shí)快速、平穩(wěn)、可靠。

近年來(lái)，由于變頻技術(shù)的飛躍發(fā)展與日趨成熟，特別是矢量控制技術(shù)和直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的應(yīng)用，使變頻技術(shù)以其寬廣的調(diào)速范圍、較高的穩(wěn)速精度、快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)以及能在四象限作可逆運(yùn)行的性能位居交流傳動(dòng)之首[1]。本文研究的某集裝箱橋吊電控系統(tǒng)，采用西門子可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）和驅(qū)動(dòng)器，為雙起升、雙小車結(jié)構(gòu)（以下簡(jiǎn)稱兩雙橋吊），相比于其他型號(hào)的橋吊，存在著能耗較大的問(wèn)題。通過(guò)與節(jié)能效果較好的ABB（瑞典的阿西亞公司與瑞士的布朗勃法瑞公司，ASEA ＆BBC Brown Boven）電控系統(tǒng)橋吊對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩種橋吊驅(qū)動(dòng)器控制存在差異，并進(jìn)行了改造，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗的目的[2]。

1 原因分析

每臺(tái)兩雙橋吊的驅(qū)動(dòng)器由2套主起升／大車機(jī)構(gòu)、2套門架起升機(jī)構(gòu)、1套主小車／俯仰機(jī)構(gòu)、1套門架小車機(jī)構(gòu)組成，共6套驅(qū)動(dòng)器。每一套機(jī)構(gòu)包括進(jìn)線、濾波、整流、變頻4個(gè)部分。ABB電控系統(tǒng)的橋吊驅(qū)動(dòng)器進(jìn)線處安裝有主接觸器，斷開控制電源后，可以通過(guò)斷開主接觸器直接切斷驅(qū)動(dòng)器的供電，杜絕驅(qū)動(dòng)器濾波和整流單元空轉(zhuǎn)耗能，而西門子兩雙橋吊未安裝主接觸器，故造成驅(qū)動(dòng)器空轉(zhuǎn)耗能較高[3]。如圖1所示。

圖1 西門子驅(qū)動(dòng)器簡(jiǎn)略示意圖

驅(qū)動(dòng)器進(jìn)線單元未安裝主接觸器，停止控制電源后，只是切斷了變頻單元，而驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部濾波、整流單元處于工作狀態(tài)，消耗了大量的電能并轉(zhuǎn)換為熱能，同時(shí)，相應(yīng)地冷卻風(fēng)機(jī)也一直處于工作狀態(tài)，使能耗加大，這是造成能耗高的主要原因[4]。

2 改造方案

通過(guò)切斷斷路器，并修改相應(yīng)控制程序，實(shí)現(xiàn)主司機(jī)室、門架司機(jī)室分開控制相應(yīng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)器。當(dāng)門架不動(dòng)時(shí)，可以停止門架起升和門架小車驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)主小車裝卸船時(shí)能耗的減少；在橋吊不裝卸船時(shí)，可以停止對(duì)主起升和主小車驅(qū)動(dòng)器供電，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。材料方面，每臺(tái)橋吊需增加7個(gè)繼電器及50～60 m線纜，其他材料利用車上的備用器件。改造方案中，通過(guò)PLC程序的靈活運(yùn)用，修改了使用程序的內(nèi)部中間變量，減少了外部繼電器的用量，降低了材料消耗。

3 具體實(shí)施

3.1 硬件準(zhǔn)備

（1）查找主司機(jī)室和門架司機(jī)室模塊備用點(diǎn)，查找控制柜備用按鈕，增加風(fēng)機(jī)繼電器和風(fēng)機(jī)控制繼電器，如圖2～4所示。

（2）利用備用的PLC輸出點(diǎn)和中間繼電器，進(jìn)行外部電氣線路設(shè)計(jì)，外部接線原理圖如圖5～6所示。

圖2 備用按鈕

圖3 增加的風(fēng)機(jī)接觸器

圖4 增加的風(fēng)機(jī)控制繼電器

圖5 PLC外部接線

圖6 外部電氣線路

3.2 程序改編

（1）改造前的驅(qū)動(dòng)器控制程序

改造前的驅(qū)動(dòng)器合程序如圖7所示。在電氣房按下“驅(qū)動(dòng)器合”按鈕，由驅(qū)動(dòng)器控制所有的繼電器接通。

圖7 改造前驅(qū)動(dòng)器合程序圖

改造前的驅(qū)動(dòng)器斷程序如圖8所示。在電氣房按下“驅(qū)動(dòng)器斷”按鈕，將關(guān)斷全部驅(qū)動(dòng)器。

圖8 改造前驅(qū)動(dòng)器斷程序圖

由于驅(qū)動(dòng)器只能在電氣房控制，司機(jī)室無(wú)法操作驅(qū)動(dòng)器的通斷，無(wú)法實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

（2）改造后的驅(qū)動(dòng)器控制程序

圖9為改造后的主司機(jī)室驅(qū)動(dòng)器合程序；圖10為改造后的主司機(jī)室驅(qū)動(dòng)器斷程序。送上驅(qū)動(dòng)器，20 min內(nèi)不準(zhǔn)停；切斷驅(qū)動(dòng)器后，10 min內(nèi)不準(zhǔn)連送；實(shí)現(xiàn)了連鎖，控制驅(qū)動(dòng)器的通斷間隔時(shí)間。

圖11為改造后的門架司機(jī)室驅(qū)動(dòng)器合程序；圖12為改造后的門架司機(jī)室驅(qū)動(dòng)器斷程序。驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行后，20 min內(nèi)不準(zhǔn)停；切斷驅(qū)動(dòng)器后，10 min內(nèi)不準(zhǔn)再運(yùn)行；實(shí)現(xiàn)連鎖，控制驅(qū)動(dòng)器的通斷間隔時(shí)間。

圖9 改造后主司機(jī)室驅(qū)動(dòng)器合程序

圖10 改造后主司機(jī)室驅(qū)動(dòng)器斷程序

圖11 改造后門架司機(jī)室驅(qū)動(dòng)器合程序

圖12 改造后門架司機(jī)室驅(qū)動(dòng)器斷程序

圖13為改造后的主司機(jī)室控制的主起升1、主起升2和主小車驅(qū)動(dòng)器閉合程序。

圖13 主司機(jī)室控制的主起升1、主起升2和主小車驅(qū)動(dòng)器程序

圖14為改造后的門架司機(jī)室控制的門架起升1、門架起升2和門架小車驅(qū)動(dòng)器閉合程序。

圖14 門架司機(jī)室控制的門架起升1、門架起升2和門架小車驅(qū)動(dòng)器程序

圖15為改造后的驅(qū)動(dòng)器斷控制程序。

圖15 驅(qū)動(dòng)器斷控制程序

上述程序增加了主司機(jī)室和門架司機(jī)室的“驅(qū)動(dòng)器合”、“驅(qū)動(dòng)器斷”按鈕，并在程序上進(jìn)行修改，實(shí)現(xiàn)主司機(jī)室“驅(qū)動(dòng)器合”、“驅(qū)動(dòng)器斷”按鈕通斷主起升、主小車驅(qū)動(dòng)器；實(shí)現(xiàn)門架司機(jī)室“驅(qū)動(dòng)器合”、“驅(qū)動(dòng)器斷”按鈕通斷門架起升、門架小車驅(qū)動(dòng)器。這樣，在電氣房就可以實(shí)現(xiàn)完全控制所有的驅(qū)動(dòng)器。

在司機(jī)室可合、斷驅(qū)動(dòng)器電源，程序中設(shè)計(jì)了部分聯(lián)鎖，防止司機(jī)誤動(dòng)作。包括：① 若驅(qū)動(dòng)器主電源不接通，則控制電不能接通；② 若合上驅(qū)動(dòng)器，則20 min內(nèi)不能停驅(qū)動(dòng)器；③ 若斷開驅(qū)動(dòng)器，則10 min內(nèi)不能再接通驅(qū)動(dòng)器。

圖14為門架司機(jī)室控制合指示和驅(qū)動(dòng)器控制狀態(tài)聯(lián)鎖程序[5]。

圖16 門架司機(jī)室控制合指示和驅(qū)動(dòng)器控制狀態(tài)聯(lián)鎖程序

圖17為門架司機(jī)室“驅(qū)動(dòng)器合”帶燈指示按鈕程序。

圖17 門架司機(jī)室“驅(qū)動(dòng)器合”帶燈指示按鈕程序

圖18為風(fēng)機(jī)延時(shí)斷開程序。斷開控制電源后驅(qū)動(dòng)器風(fēng)機(jī)再工作12 min，充分散熱，保護(hù)電子元件（見圖17中T768）。在天氣潮濕和高溫季節(jié)，若不工作，則增加一段程序，使風(fēng)機(jī)每2.5 h接通一次（見圖17中T769），10 min后再斷開（見圖17中T770），這樣可有效除濕和降溫，最大限度地保護(hù)電器元件。

圖18 風(fēng)機(jī)延時(shí)斷開程序

4 結(jié) 語(yǔ)

本文修改了某集裝箱橋吊電控系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)器的控制程序。通過(guò)切斷斷路器，實(shí)現(xiàn)主司機(jī)室、門架司機(jī)室分開控制相應(yīng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)器。門架不動(dòng)時(shí)，可以停止門架起升和門架小車驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)行。在橋吊不裝卸時(shí)，停止對(duì)主起升和主小車驅(qū)動(dòng)器的供電。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用，節(jié)能效果非常顯著。單就電氣房?jī)?nèi)環(huán)境溫度而言，就發(fā)生了很大變化。通常，電氣房?jī)?nèi)空調(diào)溫度設(shè)置在22℃。未改造前，只用主小車作業(yè)時(shí)，電氣房?jī)?nèi)門架驅(qū)動(dòng)器附近溫度可達(dá)33℃，盛夏時(shí)節(jié)甚至達(dá)到40℃；改造后，停止門架驅(qū)動(dòng)器電源，門架驅(qū)動(dòng)器附近溫度維持在空調(diào)設(shè)置溫度。說(shuō)明改造消除了驅(qū)動(dòng)器的空轉(zhuǎn)能耗，改造是成功的。同時(shí)，也降低了空調(diào)壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能。在電氣房，當(dāng)維修人員需要檢修驅(qū)動(dòng)器時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)控制全部驅(qū)動(dòng)器的通斷。

[1] 葛學(xué)民.電機(jī)與拖動(dòng)[M].濟(jì)南：山東科學(xué)技術(shù)出版社，2009：252－254.

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[3] 葛建民.港口電氣控制[M].南京：南京大學(xué)出版社，2009：114－136.

[4] 陶 權(quán).變頻器應(yīng)用技術(shù)[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社，2007：8－12.

[5] 陳瑞陽(yáng).西門子工業(yè)自動(dòng)化項(xiàng)目設(shè)計(jì)實(shí)踐[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009：59－61.