探究變頻控制系統(tǒng)在港口門座起重機(jī)上的應(yīng)用

王朝暉

摘要：門座起重機(jī)的合理應(yīng)用，在一定程度上提高了生產(chǎn)作業(yè)效率，這使其應(yīng)用范圍變的更加廣泛，特別是在港口得到了合理應(yīng)用，并且在具體應(yīng)用過程中取得了良好的效果。港口門座起重機(jī)在應(yīng)用過程中會(huì)受到外界因素影響，為了確保起重機(jī)運(yùn)行的合理性，要應(yīng)用變頻控制系統(tǒng)。下面針對變頻控制系統(tǒng)在港口門座起重機(jī)上的應(yīng)用進(jìn)行深入分析，希望文中內(nèi)容對相關(guān)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(guān)鍵詞：變頻控制系統(tǒng);港口;起重機(jī);繼電器

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

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

0? 引言

港口門座式起重機(jī)是港口物流中轉(zhuǎn)過程中一類重要的裝卸設(shè)備，其運(yùn)行安全性會(huì)對港口企業(yè)在生產(chǎn)過程中的效率造成直接影響，情況嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失以及人員傷亡。因此，在門座式起重機(jī)工作時(shí)，要應(yīng)用變頻控制系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對門座式起重機(jī)運(yùn)行的合理控制。

1? 門座式起重機(jī)

門座式起重機(jī)是以起重機(jī)為基礎(chǔ)進(jìn)行改造變形而來的一種先進(jìn)設(shè)備，對其進(jìn)行應(yīng)用的核心就是對貨物進(jìn)行裝卸。港口門座式起重機(jī)主要包括變幅機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、金屬結(jié)構(gòu)等，作業(yè)期間，通過對軌道的應(yīng)用，完成裝卸作業(yè)[1]。港口門座式起重機(jī)在具體應(yīng)用過程中主要具有以下幾項(xiàng)特點(diǎn)：

①應(yīng)用范圍十分廣泛，門座式起重機(jī)因?yàn)樾阅軆?yōu)異，在實(shí)際應(yīng)用過程中可以發(fā)揮出良好的作用，這也使其得到了廣泛應(yīng)用，并且取得了不錯(cuò)的效果。②作業(yè)面積大，一臺(tái)門座式起重機(jī)可以覆蓋較大作業(yè)面積。③利用率高，門座式起重機(jī)在運(yùn)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(qiáng)，可以在不同類型的港口中應(yīng)用，能夠發(fā)揮出良好的作用，具有較高的安全性能。

2? 門座式起重機(jī)常用的控制方式

過去一段時(shí)間，多數(shù)港口門座式起重機(jī)在運(yùn)行過程中采用“繼電器+轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速”方式，通過合理利用該方式，實(shí)現(xiàn)控制。在該控制下，電機(jī)始終保持低速運(yùn)行，電機(jī)在運(yùn)行中穩(wěn)定性相對較差，這會(huì)對電機(jī)的性能造成不良影響。高速時(shí)則需要第三方控制，只有這樣才能保證作業(yè)期間不會(huì)出現(xiàn)溜鉤情況，同時(shí)，電機(jī)頻繁應(yīng)用，會(huì)產(chǎn)生大量熱能，這部分熱能無法快速散掉，這會(huì)使電機(jī)溫度升高，會(huì)降低電機(jī)絕緣性，導(dǎo)致電機(jī)在應(yīng)用過程中快速老化，會(huì)消耗大量能源，而且會(huì)對電機(jī)的應(yīng)用造成沖擊，致使電機(jī)在運(yùn)行期間穩(wěn)定性下降，使機(jī)械在運(yùn)行過程中出現(xiàn)機(jī)械疲勞現(xiàn)象，從而引發(fā)安全事故[3]。

應(yīng)用傳統(tǒng)控制方式的缺點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

①起動(dòng)電流大，設(shè)備在運(yùn)行期間會(huì)遭受到嚴(yán)重沖擊，啟動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)不平穩(wěn)情況。②調(diào)速范圍小，會(huì)對其應(yīng)用造成不良影響。③運(yùn)行效率低，設(shè)備在應(yīng)用過程中的精準(zhǔn)度偏低，會(huì)對港口門座式起重機(jī)的運(yùn)行造成不良影響。④電機(jī)及控制設(shè)備在應(yīng)用期間經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)事故，加大了維護(hù)工作量。

正因?yàn)槠湓趹?yīng)用過程中存在以上缺點(diǎn)，因此，其應(yīng)用受到了限制，人們也對新的控制方式進(jìn)行了研究。隨著人們研究的不斷深入，PLC+變頻器調(diào)速控制系統(tǒng)被合理應(yīng)用到了門座式起重機(jī)上，該控制系統(tǒng)在具體應(yīng)用期間與原控制方式相比，具有明顯優(yōu)勢：電機(jī)機(jī)械特性更硬，啟動(dòng)與制動(dòng)都變得更加平滑，運(yùn)行平穩(wěn)，在作業(yè)過程中定位的精準(zhǔn)度更高，貨物裝卸效率得到了顯著提升，同時(shí)，也降低了設(shè)備在應(yīng)用過程中的維護(hù)成本，延長了機(jī)械設(shè)備的使用壽命[4]。

3? 變頻控制系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢

港口門座式起重機(jī)應(yīng)用變頻控制系統(tǒng)，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

①鋼結(jié)構(gòu)的性能得到了顯著改善。變頻調(diào)速起重機(jī)在運(yùn)行過程中各項(xiàng)動(dòng)作都變得更加平穩(wěn)，這也可以減少變頻器在運(yùn)行期間遭受到的沖擊，保證起重機(jī)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。②變頻調(diào)速器占地面積小，性能好，具有很強(qiáng)通用性，其在應(yīng)用時(shí)響應(yīng)快，方便維護(hù)。③工作可靠性得到了顯著提升，系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的事故發(fā)生幾率明顯降低。各個(gè)系統(tǒng)均采用獨(dú)立控制柜，方便保養(yǎng)和維修。同時(shí)，利用變頻控制器控制電機(jī)運(yùn)行，通過這種控制方式能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)軟啟動(dòng)，從而縮短電機(jī)在運(yùn)行期間的響應(yīng)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速[5]。此外，還能夠及時(shí)、準(zhǔn)確檢測電源在應(yīng)用過程中出現(xiàn)的欠壓、缺相、過流、過壓等各種情況，通過對應(yīng)變措施進(jìn)行應(yīng)用，保護(hù)電機(jī)，確保保護(hù)動(dòng)作的可靠性和合理性[6]。④調(diào)速質(zhì)量得到了顯著提升。調(diào)速性能好、范圍寬，可以實(shí)現(xiàn)長期低速運(yùn)行，運(yùn)行效率高，定位精準(zhǔn)。

4? 變頻控制系統(tǒng)的構(gòu)成

羅克韋爾系統(tǒng)化集成架構(gòu)，是一種具有創(chuàng)意的工業(yè)自動(dòng)化體系結(jié)構(gòu)，通過對其進(jìn)行應(yīng)用，能夠勝任不同自動(dòng)化控制任務(wù)，主要包括內(nèi)容有順序控制、過程控制、運(yùn)動(dòng)控制、信息處理等。

集成架構(gòu)在應(yīng)用過程中合理的融合了羅克韋爾自動(dòng)化的一種獨(dú)一無二的先進(jìn)技術(shù)，其包括了Logix控制平臺(tái)，NetLinx開放網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等，同時(shí)，通過先進(jìn)信息技術(shù)的應(yīng)用，完成相應(yīng)的通信，進(jìn)而為門座式起重機(jī)的應(yīng)用與控制提供支持。

系統(tǒng)采用的變頻器為CompactLogix控制系統(tǒng)和PowerFlex7系列。在系統(tǒng)中以Logix控制平臺(tái)為基礎(chǔ)的控制器和變頻器，在實(shí)際開發(fā)過程中應(yīng)用的都為編程軟件Rslogix5000開發(fā)，在編程作業(yè)進(jìn)行中可以對不同的編程語言進(jìn)行應(yīng)用，在該期間，相關(guān)工作人員要針對實(shí)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(yīng)的編程工作，與獨(dú)立控制器相比存在一定差異，其在應(yīng)用過程中的優(yōu)勢更加明顯，對其進(jìn)行應(yīng)用，可以合理的將傳動(dòng)控制、邏輯控制等多種不同控制方式都集中在一個(gè)平臺(tái)上，消除了不同系統(tǒng)協(xié)調(diào)和同步處理步驟，可以大幅度縮短系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中耗費(fèi)的時(shí)間，同時(shí)也節(jié)省了編程和硬件方面的投資，提高了系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的經(jīng)濟(jì)效益[7]。

對于系統(tǒng)中采用的PLC和變頻器在滿足經(jīng)濟(jì)和功能需求基礎(chǔ)上，采用統(tǒng)一品牌變頻器和PLC，利用統(tǒng)一品牌設(shè)備的目的就是降低系統(tǒng)調(diào)速和編程難度，以及在系統(tǒng)應(yīng)用期間的維護(hù)難度，使具體工作實(shí)現(xiàn)起來更加容易。對于港口門座式起重機(jī)的控制包括的內(nèi)容有起升、下降、旋轉(zhuǎn)、變幅等各項(xiàng)動(dòng)作，每一項(xiàng)動(dòng)作的合理性都會(huì)對起重機(jī)的性能造成直接影響。

5? 變頻控制方式的合理設(shè)計(jì)

5.1 變頻器選型

變頻器在運(yùn)行中利用變頻I/O，控制抱閘，電機(jī)具體應(yīng)用期間，加速需要的時(shí)長相對較短，傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子電阻在應(yīng)用過程中在減速和加速上的性能都一致。同時(shí)，還具有懸停、保護(hù)溜鉤等多項(xiàng)功能。在港口門座式起重機(jī)運(yùn)行期間，應(yīng)用變頻器，要在對實(shí)際問題進(jìn)行全面分析基礎(chǔ)上，最終選擇符合實(shí)際情況的變頻控制方式，在該過程中，要對變頻器容量進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算，在考慮具體情況基礎(chǔ)上，匹配與實(shí)際相符的制動(dòng)電阻。

5.2 調(diào)速方法

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

5.3 制動(dòng)方式

在實(shí)際制動(dòng)上，對制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻進(jìn)行合理應(yīng)用，對其進(jìn)行應(yīng)用的作用就是對變頻器快速制動(dòng)過程中消耗的電能進(jìn)行釋放，進(jìn)而保證變頻器的作用能夠得到發(fā)揮，避免由于電能不足，導(dǎo)致作業(yè)期間，制動(dòng)力不足，從而發(fā)生安全事故[8]。

5.4 校驗(yàn)力矩

門座式起重機(jī)在具體應(yīng)用過程中關(guān)鍵問題有檢驗(yàn)抱閘、檢測溜鉤、檢測懸停等，這些內(nèi)容都可以利用TorqProve力矩校驗(yàn)功能解決。

變頻器應(yīng)用期間會(huì)收到運(yùn)行命令，在對變頻器進(jìn)行應(yīng)用期間，在綜合考慮外界因素的情況下構(gòu)建磁通，輸出轉(zhuǎn)矩，對輸出轉(zhuǎn)矩的情況進(jìn)行明確后，釋放抱閘。當(dāng)停車指令抵達(dá)變頻器后，變頻器會(huì)將指令發(fā)出，閉合抱閘，當(dāng)抱閘完成對負(fù)載的控制后，撤銷輸出轉(zhuǎn)矩，完成相應(yīng)控制作業(yè)，保證門座式起重機(jī)運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性，以免發(fā)生安全事故。

門座式起重機(jī)在應(yīng)用期間具有懸停功能，其在運(yùn)行過程中如果接收到停機(jī)指令，變頻器要及時(shí)減速，減速要緩慢進(jìn)行，最終減速到零，在維持零速一段時(shí)間后，再控制抱閘閉合，這個(gè)功能操作能夠?qū)崿F(xiàn)重新定位?？焖偻C(jī)時(shí)，變頻器快停然后輸出控制抱閘閉合。為了實(shí)現(xiàn)保護(hù)溜鉤，停止負(fù)載移動(dòng)，此時(shí)，起重機(jī)械要抱閘閉合，對變頻器進(jìn)行利用，實(shí)現(xiàn)對斜坡的合理控制，從而使輸出轉(zhuǎn)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(fù)載被控制情況。在該期間，如通過檢測，發(fā)現(xiàn)編碼反饋發(fā)生了變化，也就是出現(xiàn)了溜鉤現(xiàn)象，此時(shí)，受溜鉤影響，變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)增加，負(fù)載會(huì)再一次被控制，在該期間，要對事先設(shè)定的具體速度進(jìn)行應(yīng)用，下放負(fù)載。在應(yīng)用變頻器時(shí)，應(yīng)當(dāng)對上述動(dòng)作進(jìn)行重復(fù)，直到抱閘能夠控制負(fù)載，或負(fù)載可以被穩(wěn)定的放置到地面上。

6? 結(jié)束語

港口門座式起重機(jī)在實(shí)際應(yīng)用過程中會(huì)受到不同因素影響，為了確保其運(yùn)行的合理性，要采用變頻控制系統(tǒng)對港口門座式起重機(jī)的運(yùn)行情況進(jìn)行控制，進(jìn)而保證港口門座式起重機(jī)在運(yùn)行期間不會(huì)出現(xiàn)任何安全問題，確保港口門座式起重機(jī)的作用可以得到合理發(fā)揮。

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