大型集裝箱起重機(jī)電控系統(tǒng)的開發(fā)

1、大型集裝箱起重機(jī)bookmark0電控系統(tǒng)的開發(fā)bookmark1丁方明70年代以來(lái)，隨著世界集裝箱運(yùn)輸業(yè)的迅速發(fā)展，集裝箱裝卸機(jī)械的電氣控制系統(tǒng)也得到了較快的發(fā)展，以ABB、GE等著名公司為代表的電氣供應(yīng)商攜其在自動(dòng)控制領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢(shì)進(jìn)入集裝箱起重機(jī)行業(yè)，處于壟斷地位。與之相比，我國(guó)的相關(guān)技術(shù)水平差距較大。其主要技術(shù)難度體現(xiàn)在集裝箱起重機(jī)對(duì)電控系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性要求愈來(lái)愈高起重機(jī)的起重量及運(yùn)行速度等技術(shù)參數(shù)越來(lái)越大、起重機(jī)的自動(dòng)化程度越來(lái)越高、起重機(jī)對(duì)管理和通訊的性能要求越來(lái)越嚴(yán)格。本文主要對(duì)交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的原理及應(yīng)用、變頻系統(tǒng)在起重機(jī)上的應(yīng)用、起重機(jī)及遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)、大型集裝箱起重機(jī)

2、PLC控制技術(shù)等方面的內(nèi)容進(jìn)行研究。一、集裝箱起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)基本情況1集裝箱裝卸機(jī)械電控調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展的幾個(gè)階段我國(guó)集裝箱裝卸機(jī)械電控調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，一直緊跟世界潮流。從70年代開始制造集裝箱起重機(jī)至今主要分為3個(gè)階段。第一階段采用直流發(fā)電機(jī)一一直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)；第二階段采用晶閘管供電一一直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)；第三階段為全交流變頻調(diào)速系統(tǒng)。2.變頻調(diào)速在港口起重機(jī)上的應(yīng)用特點(diǎn)變頻調(diào)速在港口起重機(jī)電氣傳動(dòng)上的應(yīng)用具有以下特點(diǎn)變頻系統(tǒng)與直流傳動(dòng)方案相比，可以不用制造復(fù)雜、價(jià)格昂貴、維護(hù)麻煩的直流電動(dòng)機(jī)，而選用方便、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)的交流電動(dòng)機(jī)；）變頻系統(tǒng)與常規(guī)電氣控制方案相比，省去了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)的大功

3、率電阻、加速接觸器和電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)交流接觸器；）電機(jī)加減速時(shí)間可調(diào)整，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的軟啟動(dòng)、軟停止涯度變化平滑，運(yùn)行平穩(wěn)，低速性能穩(wěn)定；（4）能滿足起升機(jī)構(gòu)對(duì)調(diào)速硬度、低頻轉(zhuǎn)矩特性及四象限運(yùn)行的要求，可以長(zhǎng)時(shí)間低速運(yùn)行，能有效地防止重載空中失控；）采用矢量控制閉環(huán)方式，Hz時(shí)起升電機(jī)也能以額定轉(zhuǎn)矩輸出實(shí)現(xiàn)零速抱閘，可以全速受控，減少抱閘閉合時(shí)的振動(dòng)及抱閘磨損；）無(wú)需采用機(jī)械變速裝置，利用變頻調(diào)速50Hz以上恒功率調(diào)速方式即可將空載及輕載工況的起升速度提高一倍，類似于直流電機(jī)的弱磁升速方式，可大大提高生產(chǎn)率；（7）配用PLC后，控制柜體積大為減小，元件少，若與變頻器之間采用通訊方起重機(jī)主要運(yùn)行機(jī)構(gòu)全

4、部采用交流變頻調(diào)速，一直是機(jī)械電氣制造廠商的多年追求。從80年代起，世界各大公司均著手開發(fā)全變頻集裝箱起重機(jī)。因?yàn)檩喬ナ郊b箱龍起重機(jī)采用柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組，不能吸收系統(tǒng)反饋的能量，不需考慮變頻技術(shù)中最困難的能量反饋電網(wǎng)的問(wèn)題，所反饋的能量通過(guò)制動(dòng)單元消耗在制動(dòng)電阻上，相對(duì)技術(shù)難度低些。因此，首先在集裝箱龍起重機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)，并于90年代初獲得成功，投入批量生產(chǎn)。從90年代中期起，變頻裝置能量反饋電網(wǎng)的問(wèn)題得到解決，全變頻的集裝箱岸邊起重機(jī)開始投入生產(chǎn)運(yùn)行，生產(chǎn)規(guī)模逐年擴(kuò)大。式，則無(wú)需使用PLCI/O接口及變頻器輸入端子。3激字控制技術(shù)在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用在現(xiàn)代交直流傳動(dòng)中，控制系統(tǒng)正逐步由模擬控

5、制技術(shù)轉(zhuǎn)向數(shù)字控制技術(shù)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)控制綜合優(yōu)點(diǎn)的局面終于出現(xiàn)了。數(shù)字調(diào)速技術(shù)不僅使傳動(dòng)系統(tǒng)獲得高精度、高可靠性，還為新的控制理論與方法提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。數(shù)字電路抗干擾性好，反應(yīng)靈敏。從發(fā)展趨勢(shì)看，交流數(shù)字調(diào)速有兩個(gè)發(fā)展方向：一是采用專用的硬件，大規(guī)模集成電路（IC）；二是采用通用計(jì)算機(jī)硬件，軟件模塊化、可編程化。研制交流調(diào)速系統(tǒng)專用的IC芯片，使控制系統(tǒng)硬件小型化、簡(jiǎn)單化。數(shù)字控制技術(shù)的應(yīng)用使PLC和變頻器可以直接通訊聯(lián)系，使硬件連接線路簡(jiǎn)單。其控制精度、速度、可靠性更高。二、起重機(jī)及遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)的原理及應(yīng)用1大型集裝箱起重機(jī)的通訊大型集裝箱起重機(jī)和碼頭管理系統(tǒng)

6、之間的通訊聯(lián)系通常有如下幾種形式無(wú)線電通訊以太網(wǎng)（RFETHERNET）；）采用微波通訊方，每個(gè)站點(diǎn)均掛在通訊雙絞線上。在每個(gè)站的內(nèi)部其發(fā)送數(shù)據(jù)的電路和接收數(shù)據(jù)的電路輪流共用這對(duì)雙絞線（如所示）。ProfiBus的物理層及采用光纖的ProfiBus網(wǎng)絡(luò)傳輸層要解決的問(wèn)題是協(xié)調(diào)各站點(diǎn)如何共享傳輸介質(zhì)（雙絞線）。整個(gè)ProfiBus的傳輸層工作原理如所示。結(jié)構(gòu)為簡(jiǎn)單的總線或樹型，因此數(shù)據(jù)報(bào)文目前，工控系統(tǒng)中廣泛采用的通訊協(xié)議（即現(xiàn)場(chǎng)總線）有ProfiBusJnterBusDeviceNet在網(wǎng)絡(luò)上不存在尋徑問(wèn)題。所以，ProfiBus的高層協(xié)議并不復(fù)雜。ProfiBusDP的協(xié)議工作流程比較簡(jiǎn)單。

7、首先，主站應(yīng)知道所有從站的配置情況，即在主站上應(yīng)配置每個(gè)從站的站號(hào)、I/O數(shù)量。這里，從站的I/O是相對(duì)于主站而言的。從站的Input數(shù)據(jù)是從站發(fā)送給主站的數(shù)據(jù)，從站的Output數(shù)據(jù)是從主站發(fā)送給從站的數(shù)據(jù)。主站與從站的通訊建立的流程如所示。主站通過(guò)通訊總線核對(duì)每個(gè)從站的配置信息主站進(jìn)人輪詢從站、交換數(shù)據(jù)狀態(tài)息：電流、電壓、力矩、頻率等。有了這些信息以后，我們就可以再使用CIMPLI-CITY等工控軟件對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控了。值得一提的是，CT的驅(qū)動(dòng)器在處理ProfiBus通訊的信息時(shí)，其反應(yīng)周期在10ms以內(nèi)完全滿足我們對(duì)系統(tǒng)的精度要求。另外PofiBus是一種開放的網(wǎng)絡(luò)其節(jié)點(diǎn)數(shù)在一個(gè)

8、子網(wǎng)中可達(dá)128個(gè)之多。其節(jié)點(diǎn)的添加也非常容易，對(duì)其他的節(jié)點(diǎn)沒(méi)有任何影響，同樣，在某個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)對(duì)其他的節(jié)點(diǎn)不會(huì)發(fā)生影響。這就使得各個(gè)機(jī)構(gòu)能夠相互獨(dú)立地工作，使系統(tǒng)更加穩(wěn)疋。總之，使用現(xiàn)場(chǎng)總線以后可以使得PLC與驅(qū)動(dòng)器之間聯(lián)系更緊密，彼此之間可以方便地交換大量數(shù)據(jù)，從而使上位監(jiān)控成為可能。通過(guò)電氣控制技術(shù)在大型集裝箱起重機(jī)中的應(yīng)用研究，可以有效地提高我國(guó)岸邊集裝箱起重機(jī)的國(guó)產(chǎn)化水平，對(duì)促進(jìn)我國(guó)港口的現(xiàn)代化建設(shè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整，帶動(dòng)全行業(yè)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、提高生產(chǎn)效率、加速相關(guān)行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)程，可以起到推動(dòng)與示范作用。未來(lái)集裝箱起重機(jī)將向著自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)、數(shù)字化控制、采用自動(dòng)定位和識(shí)別技術(shù)，以及先進(jìn)的遙控和通信技術(shù)、先進(jìn)的港口網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、機(jī)械故障遙診系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等方向發(fā)展最終實(shí)現(xiàn)集裝箱起重機(jī)的大型化、高效化、實(shí)用化。這對(duì)我國(guó)港機(jī)工業(yè)的