港口门座式起重机电气控制系统改造设计分析

港口门座式起重机电气控制系统改造设计分析

迟德芳

天津港第四港埠有限公司天津300456

摘要：港口门座式起重机作为一种主要的港口装卸设备，被广泛地用于散杂货码头的装卸作业当中，发挥了巨大的应用价值和实践作用。然而，目前我国港口门座式起重机的功能和结构往往无法跟上时代发展和行业进步的需求，集中表现在了电控系统的控制精度不高，工作运行的效率也比较低，运行当中会消耗大量的能力，经常出现系统的故障问题，稳定性和安全性存在隐患。在电子计算机技术飞速发展的今天， 通过PLC和变频调速技术的应用，提升了门座式起重机的应用性能，在港口装卸机械中得到了越来越多的应用。“互联网+港口”是未来港口发展的一种新的技术方式，而对已有的码头装卸装备电控系统进行升级改造是实现其智能化的前提。

关键词：门式起重机；机电气控制系统；改造

0 引言

在全球经济一体化的趋势下，港口的吞吐能力不断增强，因此，对现有的港口装备进行更新，以提升其处理能力是十分必要的。文章对门座式起重机的结构和工艺流程进行了详细的描述，并在对它的控制原理和改进的原因进行了分析之后，对它的电控系统进行了完善和改进，在此基础上对该系统做出升级，最终给出了门座式起重机电控系统的硬件构成和软件的基本设计方案。

1 门机工艺及电气控制系统分析

作为港口装卸作业中的一种主要起重设备，门座起重机是一种多功能的大型装卸设备，它广泛地应用在各大型码头、港口、堆场、货站等作业地点，具有很高的应用价值，这个机械在使用的时候具备较高的节能环保性能，作业效率也比较高，动作平稳可靠、安全性能优良。由于其显著的优越性，在港口运输日益大流量、重型化的趋势下，应用前景十分广阔，但是需要注意的是起重机械一旦发生故障，就会造成严重的安全问题，因此设备的质量和安全问题一直是人们关注的焦点。

1.1 门机设备组成及工艺流程

门座式起重机主要由起升、变幅、回转、运行四大机构，臂架、立柱及平衡系统、转台、圆筒门架等主要结构，电气控制系统，司机室、机器房及各安全保护装置等部分组成。门座起重机可以通过起升、变幅、旋转三个机构分别实现货物的升降、径向移动、旋转，再通过运行机构调整作业位置，使其可在较大区域内移动货物。

1.2 门机电气控制系统改造原因分析

门座式起重机由四个主要的机械装置构成，即起吊、变幅、转动和行走，行走装置是一种与其他装置相连接的非工作装置，不能与其他装置并联运转；而起升、变幅、旋转三个机构都可以单独操作，还可以根据工作需要，一起操作[1]。老式码头门式起重机的起升、变幅、行走及旋转等机构的电气控制系统，都是采用了与继电器、接触器相关的控制方法，并且各个机构的电机都是采用了转子串联切电阻调速的方法。随着港口产量的持续增长，其使用的频率也在不断地提高，而且总是处于满载乃至超负荷的状态，随着使用的时间的增长，门式起重机的起升、变幅机构的故障率也在持续地升高，常常会发生因为控制回路过流而导致继电器、接触器烧坏，或者是经常会导致控制接触器触头粘连在一起等问题。

1.3 门机电气控制系统改造方案

门座起重机的起升机构，变幅机构将原来的绕线马达替换为起重机的变频专用电机，以便提高起重机两个主要工作机构的输出扭矩。针对门座式起重机在频率转换难度、低频扭矩特征和动态快速性等方面的特殊需求，建议使用频率转换闭环的矢量调速，而对变幅机构，只需利用开环的频率变换方法就能达到此目的。在电力控制方面，通过 PLC的编程控制，把升降、变幅、旋转和行走等设备的控制和保护信号输入到 PLC控制柜中。

2 门机电气控制系统硬件设计

港口门座式起重机电气控制系统主要由PLC和变频器来实现对起重机的运行、保护及调速等功能。

2.1 触摸屏系统

工业触摸屏选用OMRON的NS10系列彩色触摸操作面板，该系统通过以太网络与 PLC联机，并使用功能强大的工业触摸屏组态软件来实现。本系统能对多种屏幕进行剪辑[2]。主要用于展示设备的运行流程，各种状态，参数设置，操作指南，报警信息，统计数据，简单报告等。触摸屏主界面中，包括了门座式起重机全部的工作状态。在故障发生时，可自动发现并显示出相应的故障，从而使操作员能根据提示，迅速地进行自我修复，从而使操作员能迅速地重新投入工作。同时，还保存了故障报警的历史资料，方便查阅。

2.2 PLC控制系统

为了保证设备的高效性和稳定性，门座式起重机 PLC控制单元选择了OMRONCS1D系列，这是一种具有可靠性高、抗干扰能力强、模块化和性价比高的可编程控制器。CS1D系列 PLC具有梯形图，语句表，模块图等特点，具有较多的命令，强大的功能，易于使用。针对门座式起重机的起升、变幅、转动、行走等机械装置的输入、输出信号的个数及特定的控制需求，对 OMRONPLC作了合理的配置。

2.3 变频调速系统

门座式起重机变速系统选用日本安川公司H1000系列高负荷、高性能特种变频器，为确保门座式起重机变速系统具有较大的转速调节范围、较高的转速调节硬度和较好的低频扭矩等特点，其转速调节方式为闭环矢量调节，并利用增量脉冲编码器进行转速闭环反馈。此外，这一系列的变频器具有有限流作用，能够降低起动时对电网的冲击，这对于港口的其他设备的正常运转是有利的[3]。它的终端具有RS485通信接口，并配有相关通信模块，能够与 PLC进行网络集中控制。

3 门机电气控制系统调试方案设计

3.1 电气控制系统运行前检查

(1)门座式起重机电控系统的电控系统，如电源柜，控制柜等应安装安全，接线柱与标准相一致，中文标志清楚，地线应可靠。

(2) 门座式起重机电气控制系统电源柜内三相之间、相与零线之间、相与地之间的绝缘满足规范要求[4]。

(3) 门座式起重机的电控系统，动力箱内的仪器设备正常工作，空调和照明设备正常工作。

3.2 电气控制系统运行调试

(1)空载运行调试，在系统运行前检查完成正常后，测试空载状态下起升机构、变幅、旋转机构等设备启动、运行、制动是否正常。

(2) 额定载荷运行调试，在空载试车正常条件下，对门座式起重机进行额定载荷调试。

3.3 电气控制系统保护测试

(1)对门座式起重机电气控制系统零位保护、电源保护进行测试[5]。

(2) 对起升机构限位保护、超载保护进行测试。

结语

通过对门座式起重机电控系统进行了深入的研究。在此基础上，提出了一种新的安全、高效、可靠的方法，并提出了科学的解决方案，即使码头上经常发生的“开斗”和“溜钩”现象得到了有效的改善。经过改进的门座式起重机电气控制系统，不但可以大幅度地提升港口的生产效率，还可以减少生产能耗，因此它有着较高的市场推广价值，为港口互联网+应用打下了坚实的基础。

参考文献：

[1]卢茹利.港口门座起重机安全检查要点分析[J].设备管理与维修,2022,(16):77-80.

[2]孙家樑.港口门式起重机的常见故障及维修方法探讨[J].设备管理与维修,2022,(08):71-73.

[3]冷晓阳.港口门座起重机常见机械故障分析[J].中国设备工程,2022,(04):49-50.

[4]刘建.港口门座式起重机常见电气故障分析[J].设备管理与维修,2019,(24):149-151.

[5]李奔.港口门座起重机的故障问题分析[J].科技创新与应用,2018,(10):125-126.