港口机械电气安全控制系统设计

宋天佑，张天宇

(上海振华重工(集团)股份有限公司，上海 200125)



港口机械电气安全控制系统设计

宋天佑，张天宇

(上海振华重工(集团)股份有限公司，上海 200125)

传统机械电气安全控制存在线路烦琐、控制接点多、故障高等问题，早已不能适应我国快速发展的现代化电力生产需求。针对电力系统及各种控制元件进行深入分析研究，希望能不断提升港口机械电气安全控制水平，更好满足现代自动化和局部自动化发展要求，不断提升电气安全控制水平。

港口机械；电气安全；控制系统；设计

1 机械电气设备配置要求及工艺特点

门座起重机作为重要的港口码头装卸机械，其主要由起升、行走、变幅和旋转几部分组成。抓斗作业采用的是两套起升机构进行作业，抓斗开合作业方便维修，且两套设备机构完全一致。这种设备可根据换装索具需要实施抓斗、吊钩等作业，积极开展空间立体作业，提升设备生产效率、速度和机动灵活性。

这种特殊的机械工艺特点提出了相应配套电气设备的安全要求：设备制动、起升要求机械设备开关、变压器和电动机等满足各项要求；由于起重机作业属于户外活动、露天作业，工作环境较为恶劣，易受气候环境因素影响；三维作业存在较大随机性，要提升电气安全控制系统保护功能、显示报警和故障诊断功能。

2 起重机电气传动系统

港口门座起重机首选交流传动M10-25，根本原因在于变频技术的日益普及化和广泛化。同时技术性能与直流传动之间也存在一定的可比性，而系统功率因数和力能指标效率又远远高于直流系统，这类电网系统公害低，机械应用变频调速。港口机械电气传动调速主要包括以下几种方式：

第一，交流绕线式异步电机转子电阻调速。这一方式虽老旧，但有着直观、简单、维修方便及成本低的特点，操作较为简单只需调节转子外串电阻大小，并考虑起重机力矩和承载能力等方面的因素。港口机械电气安全采用PLC取代逻辑控制，电气设备安全控制要尽量提升自动化水平、减少线路工程。生产制造工艺技术的进步极大提升了电气设备的使用寿命和可靠性，保证了系统作业的安全性。

第二，交流异步电机变频调速是目前最完善的交流电机调速方式，可实现整个调速范围内速度的连续控制，具有精度高、调速平滑的特点。其缺点是先期投入高、制造工艺复杂。变频调速是港口提高稳定性、实现平滑调速的发展方向。

第三，涡流制动器调速。涡流制动器采用的是直流励磁，由交流绕线式异步电机同轴安装涡流制动器组成。该系统仅适用于低速和微速等特定场合，涡流制动器额定转速为100 rpm，工作制ED15%。

3 门座起重机电气控制系统

门座起重机各大机构均由三相交流绕线异步电动机驱动，并由隔离开关送至各运行机构控制直流电源。通过操作主令控制器进行PLC输入端口控制。港口机械输出触点容量为2A，采用老式CJ12系列，线圈电流大，可防止PLC内部电路烧坏。PLC有利于继电器控制系统的长期发展，继电器由电磁式信号控制开关。为推动电气安全控制系统发展，必须要积极寻求全新控制装置取代传统继电器系统，进而不断提升电气控制系统的工艺条件、维修和可靠性。可编程控制器是专门为工业环境应用设计制造的先进计算机，其输入、输出接口丰富，主要特点有：第一，系统编程方法简单易学。梯形图使用最多的就是可编程序控制器，该图的表达方式、电路符号原理图类似于继电器电路原理图，能直观地进行形图语言校对。使用人员需深入研究梯形图语言，合理利用编制系统用户程序。第二，系统性能价格和功能性强，一台小型可编程控制器就包含上千部继电器、计数器、定时器，其功能性极强，能实现复杂的系统控制，与功能相同的继电器系统相比性价比高，可利用一台可编程控制器同时控制几台设备，利用联网通信也能实现集中管理和分散控制。第三，系统具有较高可靠性和抗干扰能力。传统继电控制系统中需用到大量的中间继电器和时间继电器，其触点与接线多，容易产生接触不良的情况，影响正常生产，造成系统故障。可变程序控制器能利用软件系统替代大部分时间继电器和中间继电器，节省了大量的设备资金耗费，只需少量的输入、输出接线就能完成，其所需接线量仅为继电器控制系统接线的1%，极大解决了接线点接触不良的问题，有效提升了港口机械电气安全运行效率。现代化技术手段的综合运用，极大提升了机械设备的工作效率和安全性，可编程控制器采用软硬件结合的抗干扰措施，实现隔离、屏蔽和自诊断、自恢复等应用，具有较强抗干扰能力，实现了设备无故障运行数万小时以上，将其应用于干扰较强的起重机机房中十分适用，已得到广大工业控制设备使用者的认可。

可编程控制器的应用极大降低了设计、安装和调试的工作量，其梯形图程序采用顺序控制设计法，存在一定规律性且便于掌握，设计梯形图所花费时间比设计继电器系统电路图所花时间少得多。可编程控制器具有工作量小、维修方便、故障率低的特点，能实现自我诊断、显示和修复，通过对PLC发光二极管的观察可掌握输入输出信号状态。我港技术部门在对一台旧M10-30进行电气改造时，就加入了故障显示功能，当PLC外部输入装置和执行机构发生故障时，可参考故障显示提供的信息，迅速查明故障原因。

4 可编程控制器展望

可编程控制器应向高性能、大容量发展，门座起重机中的PLC输出容量若可直接驱动接触器线圈，必将简化控制电路，降低故障率。随着科技的不断成熟，PLC价格将不断降低，这将加速PLC在工业中的普及。增强可编程控制器的联网通讯能力，使可编程控制器能与个人计算机及其他智能控制设备之间交换数字信息，形成统一的整体，实现分散控制和集中管理。

5 结语

通过上述分析可了解到PLC和变频调速的应用将会引发工业系统的重大变革，是港口机械电气安全控制的主要发展趋势，我们必须要学懂学透这门技术，始终坚持理论与实践相结合的原则，深入探索机械电气安全控制，不断提升工作质量和水平，为港口机械电气安全控制事业发展而奋斗。

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Design of electrical safety control system for port machinery

SONG Tian-you,ZHANG Tian-yu

(Shanghai Zhenhua Heavy Industry (Group) Co.,Ltd.,Shanghai 200125,China)

In the traditional mechanical and electrical safety control,there are many problems such as complicated lines,high control contacts and high fault,and can not adapt to the rapid development of modern electric power production in China. Power system and a variety of control components were analyzed,hoping to continuously improve the port machinery electrical safety control level,better meet the requirements for modern automation and local automation,and constantly improve the level of electrical safety control.

Port machinery; Electrical safety; Control system; Design

2017-01-03

宋天佑(1984-)，男，本科，电气工程师；张天宇(1983-)，男，本科，电气工程师。

TD608

B

1674-8646(2017)06-0130-02