探究变频控制系统在港口门座起重机上的应用

王朝晖

摘要：门座起重机的合理应用，在一定程度上提高了生产作业效率，这使其应用范围变的更加广泛，特别是在港口得到了合理应用，并且在具体應用过程中取得了良好的效果。港口门座起重机在应用过程中会受到外界因素影响，为了确保起重机运行的合理性，要应用变频控制系统。下面针对变频控制系统在港口门座起重机上的应用进行深入分析，希望文中内容对相关工作人员可以有所帮助。

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.

关键词：变频控制系统;港口;起重机;继电器

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

中图分类号：TM921.51;TH213.4                   文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）14-0159-02

0  引言

港口门座式起重机是港口物流中转过程中一类重要的装卸设备，其运行安全性会对港口企业在生产过程中的效率造成直接影响，情况严重时会造成巨大经济损失以及人员伤亡。因此，在门座式起重机工作时，要应用变频控制系统，通过该系统的应用，实现对门座式起重机运行的合理控制。

1  门座式起重机

门座式起重机是以起重机为基础进行改造变形而来的一种先进设备，对其进行应用的核心就是对货物进行装卸。港口门座式起重机主要包括变幅机构、起升机构、行走机构、旋转机构、金属结构等，作业期间，通过对轨道的应用，完成装卸作业[1]。港口门座式起重机在具体应用过程中主要具有以下几项特点：

①应用范围十分广泛，门座式起重机因为性能优异，在实际应用过程中可以发挥出良好的作用，这也使其得到了广泛应用，并且取得了不错的效果。②作业面积大，一台门座式起重机可以覆盖较大作业面积。③利用率高，门座式起重机在运行期间，工作效率高，可以最大程度提高能源利用率[2]。④通用性强，可以在不同类型的港口中应用，能够发挥出良好的作用，具有较高的安全性能。

2  门座式起重机常用的控制方式

过去一段时间，多数港口门座式起重机在运行过程中采用“继电器+转子串电阻调速”方式，通过合理利用该方式，实现控制。在该控制下，电机始终保持低速运行，电机在运行中稳定性相对较差，这会对电机的性能造成不良影响。高速时则需要第三方控制，只有这样才能保证作业期间不会出现溜钩情况，同时，电机频繁应用，会产生大量热能，这部分热能无法快速散掉，这会使电机温度升高，会降低电机绝缘性，导致电机在应用过程中快速老化，会消耗大量能源，而且会对电机的应用造成冲击，致使电机在运行期间稳定性下降，使机械在运行过程中出现机械疲劳现象，从而引发安全事故[3]。

应用传统控制方式的缺点主要体现在以下几个方面：

①起动电流大，设备在运行期间会遭受到严重冲击，启动时会出现不平稳情况。②调速范围小，会对其应用造成不良影响。③运行效率低，设备在应用过程中的精准度偏低，会对港口门座式起重机的运行造成不良影响。④电机及控制设备在应用期间经常会出现事故，加大了维护工作量。

正因为其在应用过程中存在以上缺点，因此，其应用受到了限制，人们也对新的控制方式进行了研究。随着人们研究的不断深入，PLC+变频器调速控制系统被合理应用到了门座式起重机上，该控制系统在具体应用期间与原控制方式相比，具有明显优势：电机机械特性更硬，启动与制动都变得更加平滑，运行平稳，在作业过程中定位的精准度更高，货物装卸效率得到了显著提升，同时，也降低了设备在应用过程中的维护成本，延长了机械设备的使用寿命[4]。

3  变频控制系统的应用优势

港口门座式起重机应用变频控制系统，其优势主要体现在以下几个方面：

①钢结构的性能得到了显著改善。变频调速起重机在运行过程中各项动作都变得更加平稳，这也可以减少变频器在运行期间遭受到的冲击，保证起重机运行的安全性和稳定性。②变频调速器占地面积小，性能好，具有很强通用性，其在应用时响应快，方便维护。③工作可靠性得到了显著提升，系统在运行过程中的事故发生几率明显降低。各个系统均采用独立控制柜，方便保养和维修。同时，利用变频控制器控制电机运行，通过这种控制方式能够实现电机软启动，从而缩短电机在运行期间的响应时间，实现无级调速[5]。此外，还能够及时、准确检测电源在应用过程中出现的欠压、缺相、过流、过压等各种情况，通过对应变措施进行应用，保护电机，确保保护动作的可靠性和合理性[6]。④调速质量得到了显著提升。调速性能好、范围宽，可以实现长期低速运行，运行效率高，定位精准。

4  变频控制系统的构成

罗克韦尔系统化集成架构，是一种具有创意的工业自动化体系结构，通过对其进行应用，能够胜任不同自动化控制任务，主要包括内容有顺序控制、过程控制、运动控制、信息处理等。

集成架构在应用过程中合理的融合了罗克韦尔自动化的一种独一无二的先进技术，其包括了Logix控制平台，NetLinx开放网络架构等，同时，通过先进信息技术的应用，完成相应的通信，进而为门座式起重机的应用与控制提供支持。

系统采用的变频器为CompactLogix控制系统和PowerFlex7系列。在系統中以Logix控制平台为基础的控制器和变频器，在实际开发过程中应用的都为编程软件Rslogix5000开发，在编程作业进行中可以对不同的编程语言进行应用，在该期间，相关工作人员要针对实际情况做好分析工作，保证编程的合理性[6]。在Logix控制器中开展相应的编程工作，与独立控制器相比存在一定差异，其在应用过程中的优势更加明显，对其进行应用，可以合理的将传动控制、逻辑控制等多种不同控制方式都集中在一个平台上，消除了不同系统协调和同步处理步骤，可以大幅度缩短系统在设计过程中耗费的时间，同时也节省了编程和硬件方面的投资，提高了系统在运行过程中的经济效益[7]。

对于系统中采用的PLC和变频器在满足经济和功能需求基础上，采用统一品牌变频器和PLC，利用统一品牌设备的目的就是降低系统调速和编程难度，以及在系统应用期间的维护难度，使具体工作实现起来更加容易。对于港口门座式起重机的控制包括的内容有起升、下降、旋转、变幅等各项动作，每一项动作的合理性都会对起重机的性能造成直接影响。

5  变频控制方式的合理设计

5.1 变频器选型

变频器在运行中利用变频I/O，控制抱闸，电机具体应用期间，加速需要的时长相对较短，传统转子电阻在应用过程中在减速和加速上的性能都一致。同时，还具有悬停、保护溜钩等多项功能。在港口门座式起重机运行期间，应用变频器，要在对实际问题进行全面分析基础上，最终选择符合实际情况的变频控制方式，在该过程中，要对变频器容量进行精准计算，在考虑具体情况基础上，匹配与实际相符的制动电阻。

5.2 调速方法

合理应用具有矢量控制功能的变频调速系统，采用的门机调速系统一共有三档，分别为低档调速、中档调速、高档调速，具体采用哪一档调速，要依据工况的具体情况而定，确保最终采用的调速档位的合理性。

5.3 制动方式

在实际制动上，对制动单元和制动电阻进行合理应用，对其进行应用的作用就是对变频器快速制动过程中消耗的电能进行释放，进而保证变频器的作用能够得到发挥，避免由于电能不足，导致作业期间，制动力不足，从而发生安全事故[8]。

5.4 校验力矩

门座式起重机在具体应用过程中关键问题有检验抱闸、检测溜钩、检测悬停等，这些内容都可以利用TorqProve力矩校验功能解决。

变频器应用期间会收到运行命令，在对变频器进行应用期间，在综合考虑外界因素的情况下构建磁通，输出转矩，对输出转矩的情况进行明确后，释放抱闸。当停车指令抵达变频器后，变频器会将指令发出，闭合抱闸，当抱闸完成对负载的控制后，撤销输出转矩，完成相应控制作业，保证门座式起重机运行的安全性与稳定性，以免发生安全事故。

门座式起重机在应用期间具有悬停功能，其在运行过程中如果接收到停机指令，变频器要及时减速，减速要缓慢进行，最终减速到零，在维持零速一段时间后，再控制抱闸闭合，这个功能操作能够实现重新定位。快速停机时，变频器快停然后输出控制抱闸闭合。为了实现保护溜钩，停止负载移动，此时，起重机械要抱闸闭合，对变频器进行利用，实现对斜坡的合理控制，从而使输出转矩能够降低，在该期间，要合理检测编码器反馈的情况，明确负载被控制情况。在该期间，如通过检测，发现编码反馈发生了变化，也就是出现了溜钩现象，此时，受溜钩影响，变频器的输出转矩会增加，负载会再一次被控制，在该期间，要对事先设定的具体速度进行应用，下放负载。在应用变频器时，应当对上述动作进行重复，直到抱闸能够控制负载，或负载可以被稳定的放置到地面上。

6  结束语

港口门座式起重机在实际应用过程中会受到不同因素影响，为了确保其运行的合理性，要采用变频控制系统对港口门座式起重机的运行情况进行控制，进而保证港口门座式起重机在运行期间不会出现任何安全问题，确保港口门座式起重机的作用可以得到合理发挥。

参考文献：

[1]董明望，潘春洲，辜勇.港口门式起重机势能回馈实验研究[J].起重运输机械，2019（17）：111-115.

[2]刘旭宇，庞科旺，单亚运.基于港口门式起重机的模糊自适应PID控制及PLC实现[J].中国水运（下半月），2018，18（02）：106-108.

[3]刘庆平.港口门座起重机金属结构缺陷分析及设备管理对策[J].中国水运（下半月），2017，17（07）：143-146.

[4]霍建中，陶倬君.基于安全性评价的港口门座起重机维修时机研究[J].港口装卸，2017（03）：12-13.

[5]李巍伟，丁炳乙.智能润滑系统在港口门座起重机中的应用[J].港口装卸，2017（01）：25-27.

[6]彭文.港口门座式起重机电气控制系统改造设计[J].福建交通科技，2017（01）：121-123.

[7]吴邵强，陈天沛，何成忠.基于Ansys的港口门座起重机回转支承疲劳寿命计算[J].起重运输机械，2016（09）：46-50.

[8]季明丽.港口门座起重机监控系统设计[J].中外企业家，2016（25）：145-146.