PLC及变频技术在港口设备上的应用

PLC及变频技术在港口设备上的应用

王鹏举 邹作奎

邮编：264001  山东省烟台市  烟台国际集装箱码头有限公司

摘要：当前，应用最广泛的工业领域是港口设备。港口设备是一种高度自动化的工业，一般采用5至6个变频机组构成的大型龙门吊车。采用变频技术后，整个设施和设备的综合性能得到了极大的改善，具有明显的节能效果和良好的功率因数和效率，减少接线费用，使外部接线作业更简单，能持续调节转速，能适应各种苛刻的工作条件，具有很高的稳定性。采用变频技术，可大幅度降低易损元件，降低维修工作量。另外，变频器自身具备完整的过压、过载、过流等保护，能够及时报警，及时停止操作，降低大端口装置的失效概率，提高装置的安全性。所以，在大型港口设备中，变频技术得到了广泛的应用。

关键词：变频技术；港口设备；应用分析

1.变频技术的相关概述

1.1变频器原理

变频技术的核心就是对电动机的速度进行控制。感应电机的同步转速与其输入电源的频率有关。在此基础上，提出一种新的控制策略，即通过调整输入电源的频率来调整同步转速，从而使交流电动机的转速得到很好的控制。但是，在很多情况下，需要对电机的磁通进行固定，并对定子的电源电压进行相应调整，以使电机在变频过程中的最大扭矩保持稳定。

1.2变频器特性

第一，转矩的特点，变频器含有多种不同的变频性能，以保证所有期望的转矩性能都能被改善的曲线所支撑。第二，关于频谱特征的研究，该变频器具有较大的变频能力，具有较大的调速范围。第三，加速度与减速度的特点。根据负荷特点，可设定加、减速时间，实现电动机的软起动。第四，利用制动器的直流电阻器，实现了对制动器转矩的多阶段控制。第五，要有个性，该变频器具有完善的保护功能和良好的可靠性。当出现故障时，系统具有相应的显示功能，可对故障进行实时显示，便于对故障进行分析和处理。

2.在港口设备中应用变频技术的优点

2.1能够实现无触点控制

起重机的拖动系统一般包括大车、小车以及绞车的升降控制，因此需要在起重机上安装继电器和接触器，以实现起重机的各项功能。采用变频调速、PLC等先进的控制技术，实现对电机的非接触式控制。另外，在施工现场，特别是在施工过程中，采用多种先进的监控技术，可以更好地实现对吊装设备的无人、远程操控。在变频调速装置中引入现场总线技术后，既可利用控制器也可利用微机对变频调速装置进行控制，又可按照微机中预先设定的工作流程对升降装置进行控制。

2.2能够提高工作可靠性

第一，起重机用电磁铁刹车能有效地提高其使用寿命。由于传统的牵引方式对吊装装置的制动性能提出了更高的要求，而采用变频技术，在吊装装置基本停转的情况下，仍能保持制动性能，从而有效降低了刹车片的磨损。第二，起重机控制系统失效的机率大幅下降。起重机械的传输与控制是由接触器与继电器共同完成的，其故障发生的可能性较大。但由于采用了变频技术，使得起重装置的控制系统大大简化，其可靠性大大提高。第三，对起重装置的控制系统进行改进。在常规的电力系统中，存在着缺相，欠压，过压，过流等问题。但是，采用变频技术，就能对起重机的故障进行及时准确的检测，对电动机进行保护。第四，提升装置的节电效率。绕线式转子异步电机在低速运转时，转子电路外接的电阻器会产生较大的功率损耗。但若采用变频控制，则不但可节约外接电阻所需的电力，而且亦可提高起重机在卸载重物时所需的电力之势。

3PLC控制系统在港口起重机中的应用分析

3.1PLC控制系统的概述与优势分析

在PLC控制系统中，可编程存储器主要是用来完成对内部程序的计算、控制和操作的命令，而对机械操作的控制是通过输入或输出的数字来实现的，从而实现生产的目的。PLC作为一种微机，由中央处理器，电源，功能与通讯模块，存储器，接口电路等构成。PLC在运行时，必须先进行各种限位开关、速度和压力信号的输入和采集。在此基础上，对其进行编程，最终实现了对输出的更新。将PLC控制系统应用于港口装备，能够有效地解决常规电动机在运行时存在的高能耗问题，从而有效地降低电力消耗，对于提升港口的经济效益和环保效益有着十分重大的意义。

3.2港口设备中PLC控制系统的应用分析

3.2.1PLC技术在皮带机中的应用

考虑到矿厂、料场的胶带数目较多，且流水线较长，所以在总控制室内设立了一台主控制台。皮带输送机采用接触器驱动，通过温度继电器实现过流保护。每台马达都装有一个液压刹车装置，用来避免马达的突然停机，造成重带载荷的反转。在PLC上与电动机的运行信号、温度继电器的故障位置信号相连。当工作讯号消失或热继电器失效讯号到来时，PLC会发出停机讯号，马达会自动停转，防止物料积聚或机器损坏。各胶带失效时，胶带及前胶带应立刻停运，后胶带则在物料出料后停运。皮带运输机的控制可以实现现场人工控制，也可以实现中央自动化。皮带运输机实现了现场的人工控制，而集控室内的PC机实现了自动的集中控制。

3.2.2港口取料机中的应用

同时，还将可编程控制器引入到采油装置中，以实现采油装置的平稳运转，以解决采油装置频繁使用时，因其敏感性较低而导致的工作失效等问题。在具体操作时，取料机操作者根据主控制器的操作，对整个过电压电路、联锁电路、过电流电路、PLC的输入输出外端口进行了有效的控制。在此工作方式下，如果PLC输出信号显示为DC24V，则说明取料机相应的PLC外部输出信号是正常工作的，从而能够实现对继电器装置线圈的合理驱动。通过对该装置的控制，使接触器线圈动作，使该装置的有关操作机构完成有关的起动动作，并使其进入运行状态。

3.2.3港口卸船机中的应用

在装卸桥的电力系统中，装置的布置是非常广泛的。在港口卸船机电控系统中，采用可编程控制器技术，对PLC数据、驱动器内部故障及与系统有关的故障进行了有效的分析。工程师依据系统所提供的数据，对系统出现的问题进行及时处理，以保证设备的正常运转。在驱动程序中，还可以对重要参数进行设定，从而达到技术输出。PLC能对各机构的运行时间、接触器的动作次数、制动器的累计工作频率、吊具的开启与闭锁次数等进行有效的记录，从而保证了系统的正常运转。系统远端与PLC之间的全部数据，采用光纤光缆交换机进行传输或直接联接。

4变频技术在港口大型设备中的应用

4.1再生能量的处理

感应电动机是在变频传动系统中，由于传动系统中的平动装置在突然减速或起重装置的作用下降低了势能负荷，从而产生了新的电能。其中，6个倒相二极管将机械能转化为电能，并将其送至中间的直流回路，使其两端的储能电容产生较高的电压。若不对其进行适当的补偿，将导致其DC回路过压过大，从而导致其短路。在电力系统中，对可再生能量的处理方式主要有两种：一种是利用可再生能量转换装置将可再生能量输送给电网，即所谓的“反馈制动”；另外一种方式是将电阻加到中间的DC回路中，这样就可以使不断产生的电能以一种热量的方式被消耗掉，这就是所谓的电力制动。

4.2防溜钩技术

在满负荷情况下，吊钩在起重、刹车、悬空等情况下不会发生滑动。在吊车停稳或起升时，由于从制动到松开、再从松开到制动，电动机转矩的消失或产生，都是由断电或通电引起的，因此，电动机与制动器的动作必须紧密配合。全部变频调速装置都有零速和全转矩的作用，能有效地避免吊钩的打滑。其基本原理是：变频调速装置能在0转速时维持充足的马达扭矩，而无需回馈速率。这样就能保证在吊钩以零转速升降的时候，马达能将重量停在半空中，直至电磁刹车牢牢地扣住吊杆，这样就不会使吊杆滑动。

5结语

变频技术在大型港口设备上得到了广泛的应用，并且已经趋于成熟。同时，它的优良性能也被广大工程师所公认。变频技术产业正在加速发展，谋求新的发展，再创新的辉煌。

参考文献：

[1]王青.浅析变频器在起重机控制系统中的应用.[J].《科技研究》,2014(02):62.

[2]周芝峰,周理.直接转矩变频技术在起重机控制系统中的应用[J].电机与控制应用,2011,38(8):45-47.

[3]栗建彬,卢崇波,李岩.变频技术在邯钢西区450t铸造起重机的应用[J].金属世界,2012,(6):67-69.