目前 PLC 控制系統(tǒng)已經(jīng)在各大廠礦、制造業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等設(shè)備上得到了廣 泛的應(yīng)用[21]。PLC 程序控制具備編程簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)、性能穩(wěn)定、程序可隨 時(shí)更新等特點(diǎn)，方便電氣控制系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)、可經(jīng)過(guò)線下試驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)從而安全 的應(yīng)用到設(shè)備生產(chǎn)、制造現(xiàn)場(chǎng)等優(yōu)勢(shì)[22]。因此現(xiàn)代 PLC 控制技術(shù)在各大生產(chǎn)企業(yè) 得到了有效的應(yīng)用。海運(yùn)及河運(yùn)的核心在于港口碼頭，而港口碼頭的主力裝卸設(shè)備 是碼頭開(kāi)展船舶裝卸作業(yè)的核心，因此隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，港口碼頭裝卸設(shè) 備的大型化、專(zhuān)業(yè)化、智能化需求不斷提高[23]。因此在起重機(jī)生產(chǎn)行業(yè)，如：上 海振華、南京港機(jī)、青島海西等碼頭起重機(jī)生產(chǎn)制造單位已經(jīng)將 PLC 變頻調(diào)速控 制應(yīng)用于港口裝卸上。但老港口的港機(jī)設(shè)備仍可繼續(xù)服役，因此這類(lèi)傳統(tǒng)港機(jī)設(shè)備 電氣控制系統(tǒng)的改造，成為了一項(xiàng)重要課題[24]。

在變頻調(diào)速系統(tǒng)控制中，最值得一提的就是矢量控制技術(shù)，矢量控制技術(shù)的提 出使得交流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性得到了顯著的改善[25]，針對(duì)交流繞線式控制是一 個(gè)質(zhì)的飛躍，最為關(guān)鍵的直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的研究以及使用，使得變頻調(diào)速控制技 術(shù)日趨成熟，直接轉(zhuǎn)矩控制使得電動(dòng)機(jī)在低速度狀態(tài)下，能提供大轉(zhuǎn)矩支持，使得 電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性顯著提高，速度控制精度、速度控制范圍、控制響應(yīng)速度等方面 得到質(zhì)的改善，現(xiàn)代變頻調(diào)速系統(tǒng)控制技術(shù)可適用在現(xiàn)代機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)的各大領(lǐng) 域之中[26]。

1.5 選題及主要工作內(nèi)容

此次選題以 PLC 控制技術(shù)與變頻調(diào)速控制技術(shù)在傳統(tǒng)門(mén)座式起重機(jī)上的控制 方法研究為主題進(jìn)行分析、計(jì)算[27]。

1.5.1  選題意義

以港口舊式門(mén)座式起重機(jī)為研究對(duì)象，進(jìn)行電氣控制系統(tǒng) PLC 的選型、PLC 的程序編程和變頻器變頻調(diào)速控制分析及設(shè)備選型以及相關(guān)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算選型開(kāi)展 研究、設(shè)計(jì)。希望能為老港口的舊式起重機(jī)電氣系統(tǒng)控制的升級(jí)改造提供參考

[28]。

1.5.2  主要工作內(nèi)容

針對(duì)舊式門(mén)座式起重機(jī)的電氣控制系統(tǒng)的在使用中的各類(lèi)缺陷，討論傳統(tǒng)電氣

控制系統(tǒng)在目前生產(chǎn)作業(yè)中存在的局限性[29]，從而針對(duì)傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)存在的 各類(lèi)缺陷逐一出具解決方案，圍繞舊式門(mén)座式起重機(jī)如何適應(yīng)現(xiàn)代化港口裝卸作業(yè) 開(kāi)展研究、設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)改造[30]。詳細(xì)工作內(nèi)容如下：

1）分析舊式門(mén)座式起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題并提出解決方案 現(xiàn)代港口碼頭開(kāi)展船舶裝卸作業(yè)，需要提高裝卸效率，提升裝卸質(zhì)量，同時(shí)在

設(shè)備管理方面不斷降低設(shè)備維護(hù)成本，延長(zhǎng)起重設(shè)備的使用壽命，從而降低港口碼 頭生產(chǎn)作業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本，傳統(tǒng)的碼頭起重機(jī)電控還有很大一部分采用轉(zhuǎn)子回路串電 阻分段控制的交流繞線式電機(jī)繼電器-接觸器系統(tǒng)，設(shè)備陳舊、技術(shù)落后，裝卸效 率低，存在電能消耗大[31]；電阻分級(jí)切換，控制精度差導(dǎo)致設(shè)備各機(jī)構(gòu)運(yùn)行不夠 平穩(wěn)，對(duì)電氣設(shè)備、機(jī)械機(jī)構(gòu)沖擊較大；設(shè)備故障率極高，維修成本費(fèi)用高；電動(dòng) 機(jī)低速氣動(dòng)力矩低；起升機(jī)構(gòu)運(yùn)行不穩(wěn)，貨物裝卸位置得不到有效保障等缺陷

[32]。

針對(duì)以上情況根據(jù)起重機(jī)運(yùn)行參數(shù)要求，擬設(shè)計(jì)一套由 PLC 控制的變頻調(diào)速 系統(tǒng)在門(mén)座式起重機(jī)上的應(yīng)用，改造方法。

2）根據(jù)設(shè)備使用要求開(kāi)展電機(jī)的選型計(jì)算工作 根據(jù)起重機(jī)生產(chǎn)參數(shù)需求，開(kāi)展起升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及行走機(jī)構(gòu)電

機(jī)的選型工作[33]。

3）PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及程序編寫(xiě) 針對(duì)舊式起重機(jī)電氣控制在目前港口船舶裝卸過(guò)程中存在的問(wèn)題，以簡(jiǎn)化控制

系統(tǒng)中的硬件電路、提高電氣控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性利用 PLC 程序控制的優(yōu) 勢(shì)對(duì)舊式門(mén)機(jī)開(kāi)展 PLC 控制技術(shù)分析、程序編寫(xiě)[34]。

4）變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與參數(shù)設(shè)置 根據(jù)門(mén)座式起重機(jī)生產(chǎn)參數(shù)需求、所選電動(dòng)機(jī)的參數(shù)要求，以變頻調(diào)速系統(tǒng)具

備的調(diào)速性能好、調(diào)速范圍廣、調(diào)速精度高、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定好、力矩控制響應(yīng)快等特 點(diǎn)，選用與 PLC 相匹配的電動(dòng)機(jī)變頻器，開(kāi)展變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及參數(shù)設(shè)置

[35]。經(jīng)過(guò)結(jié)合實(shí)際改造經(jīng)驗(yàn)，驗(yàn)證變頻調(diào)速系統(tǒng)的可行性、合理性及穩(wěn)定性。

5）合理利用試驗(yàn)臺(tái)試運(yùn)行 PLC 變頻控制系統(tǒng)，修訂程序設(shè)計(jì)及相關(guān)參數(shù)設(shè)置 使用 PLC 試驗(yàn)臺(tái)，將已經(jīng)編寫(xiě)完成的 PLC 程序傳輸完畢，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)臺(tái)的試車(chē)

控制，驗(yàn)證 PLC 的程序編寫(xiě)情況，找出相關(guān)程序漏洞，并合理修改[36]。 6）門(mén)座式起重機(jī)改造后的試運(yùn)行 對(duì)門(mén)座式起重機(jī)電氣系統(tǒng)控制的改造完成后，PLC 程序修訂完成，變頻器參

數(shù)設(shè)置完成，開(kāi)展對(duì)變頻控制系統(tǒng)的調(diào)試，確定電氣控制系統(tǒng)滿足改造的相關(guān)要求

后，進(jìn)行試車(chē)工作，設(shè)備空載運(yùn)行、重載運(yùn)行。開(kāi)展變頻器監(jiān)控，及 PLC 程序控 制監(jiān)控，確認(rèn) PLC 變頻調(diào)速系統(tǒng)控制研究的可行性及可靠性分析。

此次變頻調(diào)速系統(tǒng)控制方法的研究，是從解決老港口舊式門(mén)座式起重機(jī)電氣控 制系統(tǒng)出發(fā)，對(duì)傳統(tǒng)調(diào)速方案進(jìn)行了控制方式的革新和數(shù)字化的改造，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能 改造、提高了設(shè)備運(yùn)行的精度控制、提升了設(shè)備運(yùn)行的安全保護(hù)、降低了設(shè)備故障 率及設(shè)備維護(hù)成本[37]。