变频器在港口门式起重机上的应用 附PLC及变频器在港口起重设备上的应用+PLC与变频技术在港口起重机械中的应用研究.docx

起重机是指在一定范围内垂直提升和水平移动重物的多动作起重装置，又称天车、行吊和吊车。桥式起重机是横架于大型厂矿车间、仓储货场、车站货场、港口码头等。天车在两侧高架上的轨道纵向运行，可以充分利用桥架下面的空间吊运货物，不受地面设备的阻碍，它是使用范围广数量最多的一种起重设备。起重设备的特点是间歇性工作，即在一个工作循环中取料、运移、卸载等动作的相应机构是交替工作，由于现代物流业的高速发展，起重机在市场上得发展和使用越来越广泛。随着变频调速技术口益成熟，变频器己经广泛的应用在起重行业。普传科技根据市场需求，结合起重行业的特点，在PI500电流矢量变频器基础上专门开发了一款PI500L起重专用变频器。PI500L专为起重、提升行业设计，采用国际先进的矢量控制方式，满足其行业使用的安全、稳定、可靠、高效的要求。主要应用于港口、矿山机械、厂矿企业、建筑机械等起重机械。一、P1500-L具有以下特点：1、功率范围：0.4kW800kW2、抱闸时序逻辑控制3、完善的电机自学习功能4、主、从控制同步技术5、完善的RS485通讯功能6、控制回路电源和主电源可分别控制7、2组电机控制及切换功能8、预励磁、起动预转矩补偿功能9、电流矢量控制技术O.5hz实现150%转矩输出（无PG控制）10、丰富的外围接口和强大的保护功能二、现场应用实例：2. L现场设备状况机器系列PI500初变频器运行时间0变频器型号PI5-L160G3产品SN号ZTHAA3021688/ZTHAB0423822负!演型et.电机额定频率50电机额定功率93KW电机额定电流/电机额定电压/电机额定转速/变频器工作400变频器工作电流0200变频器工作癖50IGBT工作温度/2.2. 现场应用图片：三、应用总结：普传科技P1500L系列变频器是根据起重行业的特点专门开发的一款专用变频器。此款变频器具有较好的低频起动力矩，较强的电流冲击力，完善的时序控制功能，调速范围广功率齐全。不仅实现了电机的软起动和软停机功能，同时，各种完善可靠的保护功能，可以保护电机和变频器的安全，减少对电网和设备的冲击。标准的modbusnu通讯协议，方便用户实现远程控制，使得系统实现了可靠安全的运行。四、更多案例目前建筑提升机大量使用变频控制，取代传统的工频控制，使得系统运行更加平稳，设备的安全性舒适性得到很大提高，同时也降低了系统的故隙率，提高生产效率，节约设备的维护成本。方案优势：合肥提升机现场同时使用了机械制动和直流制动两套制动方案。直流制动的好处就是响应速度快，制动转矩可调。两套方案正好将它们的优势互补，提升机使用安全性得到进一步提高。电动葫芦是一种特种起重设备，安装在天车、龙门吊之上，电动葫芦具有体积小，自重轻，操作简单，使用方便等特点，广泛用于工矿企业，仓储，码头等场所。方案优势：这种类型起重机通过变频器进行无级变速的改造,解决了吊车使用中速度不能调节的难题。为了减少设备成本，电动葫芦起重机的主钩与小车采取共用一台变频器方案，小车与主钩通过机械互锁和电气互锁以保证其不可同时运行。塔吊是建筑工地上最常用的一种起重设备，用来吊施工用的钢筋、木楞、混凝土、钢管等施工的原材料。塔吊基本上是由三个部分组成，升降，变幅和回转。方案优势：起升、PI转、变幅机构采用变频无级调速，软起软停，提高了整机性能，延长机械使用寿命。控制回转功能的变频器采用涡流制动，提高了塔吊控制系统的安全性和可靠性。PLC及变频器在港口起重设备上的应用图1具有主从结构的PLC系统图AC22OV电源2大车正反转接触器及副触头反馈4大车抱闸接触器及副触头反馈2防爬电机接触器及副触头反馈2电缆卷筒力矩电机接触器及副触头反馈2三级加速接触器及副触头反馈6锚定限位开关1电缆卷筒限位开关1大车终点限位开关2大车过流保护1合计23PLCIAOUTlOUT2COMZJFJ图2一种正反转控制电路摘要：目前，PLC变频器以及一些新型电气元器件已经广泛运用到港口起重机上，电气可靠性得到了提高，故障率大大降低，改善了港口起重机的性能，维修起来非常方便。文章分析了PLC、变频器及周边电气器件在港口起重机上运用的选型依据和体会，以提高系统的可靠性。关键词：PLC；变频器；电气元器件；港口起重设备；设备故隙；电气可靠性可编程逻辑控制器(PLC)在20世纪80年代中期即在我国推广使用。目前，PLC、变频器以及一些新型电气元器件已经广泛运用到港口起重机上，电气可靠性得到了提高，故隙率降低，大大地改善了港口起重机的性能，维修也变得非常方便。泰州港运集团公司在较早时期采用PLC技术对起重机的控制电路进行改造。当时选用的是日本三菱公司的Fl系列PLC,输入输出点(I/O)为2060点，最多可扩展到120点。该机为整体结构，输入输出点固定为3:2。CPU是MCS51系列单片机，主频和内存都很小，最多允许编程IOOO步，用简易编程器编程，这是早期产品。随着计算机技术的日新月异，PLC也在不断发展，现在模块化结构的PLC,输入输出模块配置都很灵活，其中采用通讯组件、主从站结构的模块的PLC,配置更加灵活。简单介绍如下：这是一种类似新型彩电12C结构的技术，即仅由两根线组成：一根串行时钟线：一根串行数据线。结构如图1所示：这种结构对有行走机构的起重机，如桥吊、门机、台架式起重机特别合适，可减少很多条控制线和中心受电器的环数，实际线路变得很简洁。例如泰州杨湾港区一期工程新安装的IOT门机即选用了这种结构，其型号为OMRON的CQMl型的PLC,主机安装在司机室，从站安装在各个电器控制单元中，司机室主机到机房控制柜的控制线6根就够了。具体为2根AC220V控制电源线、2根DC24V控制电源线、2根通讯线。同样，从司机室主机到大车行走控制柜的控制线经过中心受电器，中心受电器控制回路的环数也只要6道。但如不选择这种模块的PLC,则中心受电器控制问路的环数将多达23道，具体见表1：这样就使整个系统变得简洁流畅,更重要的是提高了中心受电器这个电气薄弱环节的可靠性，从而提高了整机的电气可靠性。由此可见，这种主从站结构的模块值得推广介绍。同时，我们在PLC运用时的线路设计应摒弃传统继电器控制线路的模式，以便充分发挥PLC的优越性。例如，有人设计电动机的正反转电气联锁线路时，采用如图2所示电路：将副触头与线圈就近接线，这样虽然达到联锁目的，线路也不长，但没有充分利用PLC有输入输出故障显示、全面控制的优点，降低了可靠性，增加了维修难度。如果将接触器辅助触头作为PLC的输入信号，在完成电气联锁的同时，又能够检测系统工作情况，并通过显示屏等显示出故隙点，非常有利于故障的发现与排除，如图3所示：今后PLC的发展方向除实现单机控制外，还有联机功能，可将数据上传给计算机，并与港口局域网相连，全面实现设备自动化管理。我们在设备安装了PLC以后，由于其固有的特点，也就对其周边电气器件提出了相应的要求，目前港口起重机广泛使用的输入电气元件，如联动台、行程开关、过流继电器等的副触头和接触器付触头，其触点容量大，体积也大。它们都是为分断电压AC500V.DC220V,电流5A左右即所谓强电而设计的，造成整个结构粗笨，司机操作不灵活，劳动强度较大。港口起重机使用PLC以后，由于PLC的输入要求是电压在DC24V以下，电流仅为520mA,即所谓弱电。它要求高灵敏度的触点或无触点的电子开关器件，因而联动台应选用结构精巧，触头灵敏的联动台。泰州港杨湾港区一期工程新建的40T-30M台架起重机就大胆选用了这种新型联动台，操纵灵活，减少了劳动强度，可靠性很高，深得司机喜爱。常规行程开关、过流继电器、中间继电器等的常闭接点，接到PLC工作一段时间以后，触头表面易氧化，造成接触电阻增大，弱电不能通过，产生误动作。但在强电环境下，它们工作正常，没有故障，所以国外有的PLC和变频器的说明书上特别声明，它们的输入点须用高灵敏度的低压继电器。具体选用上，如行程开关，可广泛选用无触点的接近开关，它可直接与PLC联结。中间继电器等选高灵敏度的低压继电器。另外，PLC输出容量较小，一般需要中间继电器扩容，常规中间继电器和小容量接触器体积大，故障率较高。建议选用插座式，一对接点的专用继电器，可减小体积，提高可靠性，而且更换方便。下面我们谈谈有关变频器运用的体会。集装箱门式起重机的大小车机构选用变频器控制，其优点明显，己被人们接受。如杨湾港区一期工程35T-36M集装箱门式起重机即采用这种设计。其精确的定位，在装卸作业生产中得到了充分体现，大大提高了生产率，创造了很好的经济效益。门机、台架式起重机将旋转机构和大车行走机构合用一个变频器控制，这也是一个巧妙的设计。这是因为旋转机构和大车行走机构电机总容量相近，又不同时工作。以上机构选用变频器控制后，有一个共同的特点：这些机构的负载不太大，变化范围小，这就在省去了许多接触器和电阻箱的同时,还可选用普通鼠笼电机。普通鼠笼电机比绕线式电机价格小得多，而较小容量的变频器价格也不高。如此算来，在总投资增加不多的情况下，可取得较高的性能价格比。起升机构选用变频器，目前可能还不能被接受，因为投资额较大。但随着集装箱业务增加，大吨位货种增多，现代起重机运行要求更加平稳，定位要求更加准确。在制动过程中必须自动接入平滑的电气制动，制动器仅作为停止器使用。能耗制动、涡流制动都有其缺点，不能满足要求。而近年来变频技术飞跃发展，特别是矢量控制技术的应用，变频技术日趋成熟。价格却逐步下降，目前在0.51元/W左右。起升机构选用矢量控制技术的变频器，再配以变频电机（变频电机的价格约是同容量普通鼠笼电机1.8倍，但低于绕线式电机），可满足对调速硬度、低频转矩特性的要求。可以长时间低速运行，能有效防止重载空中溜钩现象。空钩或轻载工况的速度可大幅度提高，大大地提高生产率，并具有明显的节能效果。总之，起升机构选用变频器，能够节能，提高生产率，能延长起重机金属结构的疲劳寿命及各传动机构的使用寿命，减轻司机的劳动强度，因而性能价格比也比较高。以上就PLC及变频器在港口装卸机械设备上的应用，谈了我们一点体会，新技术、新工艺、新材料的采用，对于提高港口装卸机械的总体性能、改善工人的劳动强度、提高系统的可靠性都有实际意义。PLC与变频技术在港口起重机械中的应用研究摘要：港口起重机械操作中，比较重视PLC及变频技术的应用，目的是提高起重操作的可靠性。港口起重机械，承载着港口的运输项目，必须做好相关的控制工作，才能提高起重操作的安全水平，避免引起运输风险。本文以港口起重机械为研究对象，重点分析PLC与变频技术的应用。关键词：PLC；变频技术；港口；起重机械PLC与变频技术，为港口起重机械提供了准确的控制，促使其朝向电气化、自动化的方向发展，保障港口起重机械各项技街的合理性。PLC能够根据港口起重机械的指令，主动调节运行方式，同时配合变频调速的方法，全面控制起重机械的运行，满足港口货运的基本需求。1港口起重机械中的PLC与变频技术1.1 PLCPLC在港口起重机械中，提供了数字化的操作方式，利用输入、输出的方式，控制机械运转。在起重机械工作的周期内，PLC参与到整个周期内，当起重机械的控制中心，输出第一条指令时，PLC已经进入工作模式，按照控制中心的指令，执行相关的编程信息1。例如：PLC对起重机械继电器的控制，其在控制继电器的同时，融合起重机械的工作电路图，利用PLC工作方式，控制机械设备中的各个继电器，PLC提供了并行工作的条件，周期性扫描继电器，提供可行的逻辑编程。PLC采用的是存储器逻辑，其控制起重机械时，需要将控制程序写入到PLC存储器内，如果需要更换控制命令，需要重新编写控制程序，直接改变编程逻辑，PLC编程的可扩展性较好，可以根据港口起重机械的需求，设计编程,有效控制起重机的速度和性能。港口起重机械操作中，对精确度的要求比较高，利用程序指令，控制半导体电路，逻辑控制起重机械，解决了港口起重机械操作不准确的问题，特别是PLC与变频技术的配合，PLC可以根据变频机构的精度需要，设计限位器，改善变频控制的同时，完善起重的基本操作，不仅提高了港口起重机械的安全性，还能保持稳定的运行方式。1.2 变频技术港口起重机械内，逐渐朝向数字化的方向发展，逐步设计了变频操作模块，利用全数字矢量技术，实现机械的变频控制2。变频技术能够调节起重机械的负载，需要通过软件设计，控制变频操作，而且矢量控制的过程中，能够调整参数。例如：起重机变频系统的PWM技术，实现了电流的正弦化，达到控制的标准，先反馈起重机械的实际情况，再根据设备反馈的信息，调节运行指标，在保障工况正常运行的情况下，达到节能的标准。随着港口起重机械内，PLC软件的成熟应用，变频技术也得到了充分的保隙，可以将变频器，使用在港口起重机械的负载中，完善PLC及变频技术的实际应用。例如：港口运输中使用的门式起重机，此类起重设备，需要适应频繁启停、高效运输的环境，满足装卸的基本需求，门式起重机的变频系统,设计了PLC、变频器等,PLC控制主机单元,选用CP-316H型号，连接各个模块，由PLC模块处理门式起重机的信息，加强门式起重机操作的控制力度。2 PLC与变频技术在港口起重机械中的应用同样以港口的门式起重机为例，分析PLC与变频技术的实践应用。门式起重机运行中，对控制结构、调速结构有明显的要求，既要承担港口的货物运输，又要保证港口起重机械的性能。PLC与变频技术，完善了控制结构与调速系统，例如：某港口的门式起重机，采用G7变频交流调速系统，提供全数字矢量控制技术，配置增量式脉冲编码器，配合PLC控制，实现高效的运行。首先门式起重机，PLC的主模块，使用了C200HE型机，为了符合门式起重机的应用，还需设计通信模块，实现联动运行3。门式起重机的信号，输入到PLC模块内，经由控制中心处理，输出到端口后，由变频器实行速度控制，此时PLC传入的信号，会在变频器内反馈到运算模块，接触器执行门式起重机的通断，完成门式起重机的运行。然后是PLC与变频技术在门式起重机运行调试中的应用。分析具体的应用，如：（1）零序保护，门式起重机起升之前，检查主令控制器，当面板显示为零位时，才能确保PLC能够正常的进行工作，其为PLC控制的前提条件，以免影响门式起重机的实际应用；（2）上升运行，起升机构进入上升运行状态时，动作中，起重机机构需准确的执行操作命令，执行中支持变频器、PLC的运行，有效控制上升频率，变频控制与PLC控制，必须保持一直状态，尤其是输出频率与主控器频率一致时，必须确保接触器能够准确的吸合，才能完善上升运行；(3)下降运行，下降动作中，PLC、变频器的参与，降低了门式起重机的控制难度，PLC与变频器相互配合，通过指令控制输出频率，而且保持频率与指令的一致性，满足频率与指令要求时，即可完成下降动作。最后是PLC及变频技术在门式起重机中的保护控制，根据门式起重机的应用，分为增幅限位保护、减负限位保护、超载联锁保护和风速限位保护四个方面。PLC能够检测门式起重机的运行状态，在变频技术的配合下，实现准确的保护。PLC简化了门式起重机的操作电路，提高了升降运行的可靠性，同时控制起重机的电气程序，在调试与运行时，及时改变运行频率，保护门式起重机的运行。3 PLC与变频技术在港口起重机械中的发展PLC与变频技术，在港口起重机械中，优势明显，控制起重机械的各项动作，其在后期应用中，朝向安全性、稳定性的方向发展，目的是保障港口起重机械整个系统的安全度，实现升降的自动控制，而且禁止发生超载现象，逐步修正港口起重机械的运行|4|。基于PLC与变频技术的港口起重机，其可根据实际状态，修改PLC编程，实现速度的增减与安全控制，合理设计起重机运行的工艺参数，促使起重机处于最优的运行状态。4结束语PLC与变频技术的控制作用，改善了港口起重机械的操作方式，促使其朝向自动化的方向发展。PLC在港口起重机械设备中，是可编程控制器，根据起重机械的需求，提供编程，同时采用变频技术进行控制，完善港口起重机械的应用，重点是发挥PLe与变频技术的控制作用，消除起重操作中的误差。参考文献：张勇.港口起重机PLC与变频控制技术的应用D.华南理工大学，2013.2管成程.PLC及变频技术在港口设备上的应用J.电子制作，2014(08)：231.3汪祖功.PLC及变频技术在港口设备上的应用J.黑龙江科技信息，2010(18)：16+156.4刘云，于伟红，石岳一.变频技术在起重机械中的应用实践J.中国特种设备安全，2010(01)：50-51+55.