RTG調(diào)速與勢(shì)能回收節(jié)能技術(shù)改造

1、“rtg調(diào)速與勢(shì)能回收節(jié)能技術(shù)改造”推廣材料 一、概況煙臺(tái)港集裝箱公司是煙臺(tái)港集團(tuán)有限公司的下屬企業(yè)，專門從事集裝箱裝卸生產(chǎn)，現(xiàn)擁有集裝箱專用泊位3個(gè)，岸邊集裝箱起重機(jī)6臺(tái)，輪胎式集裝箱龍門起重機(jī)12臺(tái)，集裝箱年吞吐量約80萬(wàn)標(biāo)箱。輪胎式集裝箱龍門起重機(jī)（簡(jiǎn)稱rtg）和軌道式龍門起重機(jī)（簡(jiǎn)稱rmg）是集裝箱碼頭后方堆場(chǎng)的主要作業(yè)機(jī)械。由于rtg具有轉(zhuǎn)場(chǎng)作業(yè)靈活的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于集裝箱堆場(chǎng)。但其燃油消耗大，運(yùn)行與維護(hù)成本較高的缺點(diǎn)也一定程度地影響了使用rtg的性價(jià)比。 為了貫徹國(guó)家節(jié)能減排要求，降低公司經(jīng)營(yíng)成本，煙臺(tái)港集裝箱公司自2006年12日起就組織成立了rtg節(jié)能改造項(xiàng)目組，經(jīng)過(guò)深入調(diào)研

2、與技術(shù)論證，突破了“恒轉(zhuǎn)速儲(chǔ)能式”和“油改電式”等節(jié)能技術(shù)的局限，提出了rtg節(jié)能改造的新思路，研發(fā)出改造成本較低、節(jié)能效益好的“rtg調(diào)速與勢(shì)能回收節(jié)能技術(shù)改造”新技術(shù)，其中，“rtg調(diào)速節(jié)能技術(shù)”是通過(guò)基于負(fù)載變化來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到運(yùn)用經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的；“勢(shì)能回收節(jié)能技術(shù)”則是將貨物下降時(shí)的能量回收用于給設(shè)備供電和反拖發(fā)動(dòng)機(jī)“零”供油運(yùn)行。目前煙臺(tái)港集裝箱公司已對(duì)6臺(tái)rtg進(jìn)行改造并投入運(yùn)行，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用驗(yàn)證，節(jié)能效果達(dá)到40%以上、廢氣排放下降近40%，取得了很好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。二、可行性分析 （一）任務(wù)來(lái)源 rtg雖然應(yīng)用較廣，但燃料消耗高，使用成本高。目前已經(jīng)有了

3、多種的rtg節(jié)能方式，其中油改電式、雙動(dòng)力式、儲(chǔ)能式等較為常用，這幾種節(jié)能技術(shù)都不同程度的改善了油耗狀況，但由于：基礎(chǔ)建設(shè)投資太大；港內(nèi)現(xiàn)有場(chǎng)區(qū)供電容量不足，滿足不了電力需要；對(duì)現(xiàn)有設(shè)備的改動(dòng)較大，項(xiàng)目組認(rèn)為這幾種節(jié)能技術(shù)不太適用于煙臺(tái)港集裝箱碼頭發(fā)展的現(xiàn)狀。為達(dá)到節(jié)能降耗的目的，煙臺(tái)港技術(shù)人員進(jìn)行了專項(xiàng)課題攻關(guān)，研究、探索通過(guò)其它方式來(lái)解決rtg節(jié)能問(wèn)題。 （二）rtg調(diào)速節(jié)能技術(shù)改造方案的可行性分析 （1）發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗、轉(zhuǎn)速與輸出功率之間有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，發(fā)動(dòng)機(jī)在相同的功率輸出條件下，轉(zhuǎn)速越高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗量越大。據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，在煙臺(tái)港場(chǎng)橋作業(yè)時(shí)大負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間約占總作業(yè)時(shí)間的30%，

4、怠速或小負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間約占總作業(yè)時(shí)間的70%。而現(xiàn)有rtg無(wú)論負(fù)荷大小發(fā)動(dòng)機(jī)均在高速恒定運(yùn)轉(zhuǎn)，如果能夠根據(jù)負(fù)荷變化自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，將會(huì)減少發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料消耗，達(dá)到節(jié)能的目的。（2）rtg上柴油發(fā)動(dòng)機(jī)組具有完善的自動(dòng)控制功能，能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)油門實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的速度控制和功率跟蹤控制。在特定工況條件下，通過(guò)改變給定運(yùn)行參數(shù)實(shí)現(xiàn)改變柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速。降低柴油發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行轉(zhuǎn)速，就可以實(shí)現(xiàn)節(jié)約燃料的目的。但是，降低柴油發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速，會(huì)帶來(lái)發(fā)動(dòng)機(jī)組電壓、頻率、功率儲(chǔ)備、響應(yīng)速度等一系列問(wèn)題，需要給出綜合解決方案，以保證整機(jī)安全運(yùn)行而不降低效率。（3）rtg上柴油發(fā)動(dòng)機(jī)帶有外部通訊控制接口，能夠?qū)崿F(xiàn)與rtg主plc（

5、可編程控制器）的實(shí)時(shí)通信，接受plc發(fā)出的運(yùn)行指令，并能夠?qū)⒉裼桶l(fā)電機(jī)組的運(yùn)行信號(hào)實(shí)時(shí)反饋至主控系統(tǒng)，從而將rtg整機(jī)各個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)及狀態(tài)進(jìn)行整合，具備實(shí)現(xiàn)隨負(fù)載大小的變化調(diào)節(jié)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速最優(yōu)化運(yùn)行的能力。（4）煙臺(tái)港集裝箱公司現(xiàn)有12臺(tái)rtg，配備的電力和控制系統(tǒng)，為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行預(yù)留了技術(shù)儲(chǔ)備，為技術(shù)改造提供了良好條件。 經(jīng)過(guò)以上分析認(rèn)為：通過(guò)技術(shù)改造和系統(tǒng)整合，使柴油發(fā)動(dòng)機(jī)能夠根據(jù)運(yùn)行工況調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，減少發(fā)動(dòng)機(jī)在不同負(fù)載工況條件下的無(wú)效功率損耗。 因此進(jìn)行“rtg調(diào)速節(jié)能技術(shù)改造”項(xiàng)目研究與開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)降低燃油消耗的目的是可行的。（三）rtg勢(shì)能回收節(jié)能技術(shù)改造方案的可行性分

6、析 （1）rtg的工作特點(diǎn)是每一次作業(yè)循環(huán)均存在勢(shì)能下降，為在rtg上回收勢(shì)能提供了客觀條件。（2）變頻技術(shù)的廣泛應(yīng)用為勢(shì)能回收提供了技術(shù)支撐。（3）在rtg上采用勢(shì)能回收技術(shù)可以利用在貨物下降過(guò)程中，使貨物拖動(dòng)起升電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，這時(shí)起升電動(dòng)機(jī)以發(fā)電機(jī)的方式工作并產(chǎn)生電能，該電能通過(guò)變頻單元對(duì)直流母排進(jìn)行供電，所得到的能量一部分可以被其它機(jī)構(gòu)就地使用，其余部分通過(guò)整流裝置進(jìn)行逆變，使直流母排上的電能經(jīng)整流柜反向逆變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的交流電，并驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)以電動(dòng)機(jī)的方式工作，此時(shí)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)將作為負(fù)載，在發(fā)電機(jī)反拖下轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)少噴油或不噴油運(yùn)行，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的。 因此開(kāi)展“勢(shì)能回收節(jié)能技術(shù)改造”及降低燃

7、油消耗項(xiàng)目研究是可行的。三、實(shí)施方案（一）rtg調(diào)速節(jié)能技術(shù)改造關(guān)鍵問(wèn)題及實(shí)施方案 1、關(guān)鍵問(wèn)題（1）在怠速、輕載狀態(tài)下，通過(guò)降低柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以節(jié)約燃料，但柴油發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低會(huì)引起輸出電壓和頻率變化，使主變頻器無(wú)法跟隨電壓和頻率的變化幅度，會(huì)導(dǎo)致變頻器失調(diào)，造成原有電力系統(tǒng)無(wú)法正常工作。為解決該問(wèn)題，在采購(gòu)期間煙臺(tái)港集團(tuán)有限公司向設(shè)備制造商及電控廠家（美國(guó)ge公司）提出了采購(gòu)需求，并共同為解決該問(wèn)題進(jìn)行了深度的研究、開(kāi)發(fā)和實(shí)驗(yàn)，最終達(dá)到了擬開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的要求。（2）當(dāng)主發(fā)電機(jī)輸出電壓和頻率變化后，機(jī)上原有的控制系統(tǒng)和輔助用電設(shè)備無(wú)法得到穩(wěn)定的工頻電源。通過(guò)分別增加一個(gè)專用控制電源和輔助電源裝

8、置，使控制電源和輔助電源不受主發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化的影響。（3）為通過(guò)降低發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)節(jié)約燃料的目的，需要解決發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速、輸出功率、系統(tǒng)穩(wěn)定性、快速響應(yīng)性等，與合理節(jié)約能耗之間的協(xié)調(diào)控制問(wèn)題，使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及功率輸出能夠跟隨負(fù)載變化及操作工況的不同而跟隨變化，并保證rtg的工作效率和安全生產(chǎn)要求。（4）合理確定發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況和負(fù)載條件下的轉(zhuǎn)速，以保證rtg處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)，能維持控制、通訊、空調(diào)、照明、吊具及轉(zhuǎn)向油泵等輔助設(shè)備的基本用能要求，同時(shí)在rtg輕載、重載工況條件下，既能夠保證足夠的功率儲(chǔ)備，保持發(fā)動(dòng)機(jī)的快速響應(yīng)，又能夠獲得最大的節(jié)能效果。通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性及電力拖動(dòng)系統(tǒng)、負(fù)載性質(zhì)、操作要

9、求等工況的深入研究和摸索，確定了能夠滿足生產(chǎn)需要和安全要求的控制方案。 2、改造方案（1）利用rtg上cummins-qsx15型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)上已有的外部通訊控制接口，通過(guò)敷設(shè)專用通訊線路及信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置，構(gòu)建整機(jī)控制核心plc與發(fā)動(dòng)機(jī)的控制核心ecm之間的通訊連接，建立一個(gè)閉環(huán)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速能跟隨plc所檢測(cè)到的負(fù)載大小而自動(dòng)變化。（2）在電氣房?jī)?nèi)增加一個(gè)24vdc/220vac逆變器作為整機(jī)的專用的控制電源，利用24v的電瓶直流電源轉(zhuǎn)換成220vac的交流電源，始終保證控制系統(tǒng)正常工作。（3）增加一個(gè)45kva的小型變頻器作為新的380v/220v、50hz的輔助電源，專門用于機(jī)

10、上照明、空調(diào)、通訊以及一些輔助設(shè)備（吊具油泵、轉(zhuǎn)向油泵、傾轉(zhuǎn)電機(jī)等機(jī)構(gòu)）供電，確保輔助設(shè)備的供電電源不因發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化而異常。 （4）起升、大車和小車三大機(jī)構(gòu)采用先進(jìn)的變頻調(diào)速推動(dòng)系統(tǒng)，能夠在柴油機(jī)組不同轉(zhuǎn)速下，滿足各機(jī)構(gòu)正常運(yùn)轉(zhuǎn)需要。（5）調(diào)速組合方案：為保證rtg工作的可靠性，設(shè)定怠速和小車機(jī)構(gòu)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速為1100rpm；大車機(jī)構(gòu)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速為1300rpm；起升機(jī)構(gòu)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速根據(jù)plc檢測(cè)到的負(fù)載大小和給定指令，在1100rpm1800rpm范圍內(nèi)實(shí)時(shí)連續(xù)變化，以滿足不同工況下rtg起升機(jī)構(gòu)加速力矩和發(fā)動(dòng)機(jī)快速響應(yīng)的要求，保證設(shè)備的工作效率。3、主要技術(shù)措施和創(chuàng)新點(diǎn) 改造后動(dòng)力線路示意圖

11、如圖1所示：圖1:控制電源和輔助設(shè)備電源 （1）對(duì)rtg電力系統(tǒng)及各機(jī)構(gòu)變頻調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)提升，保證各個(gè)系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)改變速度，引起發(fā)動(dòng)機(jī)輸出電壓和頻率發(fā)生變化時(shí)均能保持穩(wěn)定工作。（2）控制裝置電源 控制電源是指整流柜、機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)器和新增的輔助電源變頻器主控觸發(fā)板等裝置需要的控制電源，規(guī)格為ac220v。 解決方案是，使用蓄電池提供dc24v直流電源，經(jīng)dc/ac逆變器轉(zhuǎn)換為ac220v交流電源。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，該蓄電池被自動(dòng)充電。（3）輔助裝置電源 輔助電源是指機(jī)上照明、吊具油泵、轉(zhuǎn)向油泵、傾轉(zhuǎn)電機(jī)、空調(diào)器和通訊裝置等需要的電力電源，規(guī)格為ac220v。解決方案是，新增一臺(tái)45kw變頻

12、器（稱為aux inverter ）。該變頻器的直流母線與主電動(dòng)機(jī)的變頻器中的整流器-逆變器之間的直流母線dcbus連接，發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)后直流母線上將建立680v直流電壓，此后啟動(dòng)該變頻器便可輸出ac460v交流電，再經(jīng)濾波器和變壓器后得到穩(wěn)定的ac50hz380v/220v電源。實(shí)際運(yùn)行中，rtg發(fā)動(dòng)機(jī)怠速900rpm可滿足輔助電源的負(fù)荷需要。（4）輔助電機(jī)電源 輔助電機(jī)包括小車機(jī)構(gòu)電機(jī)和大車機(jī)構(gòu)等，它們均采用變頻調(diào)速拖動(dòng)技術(shù)。在主電動(dòng)機(jī)的變頻器中，其整流器-逆變器之間的直流母線dcbus也作為輔助電動(dòng)機(jī)所用變頻器的直流電源，應(yīng)用方法與上述相同。（5）直流母線電壓的穩(wěn)定性 當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速

13、在9001800rpm范圍內(nèi)變化時(shí)，直流母線dcbus的電壓波動(dòng)是否會(huì)影響后面的各逆變器的正常運(yùn)行，這是整個(gè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)成敗的關(guān)鍵。其解決方式是通過(guò)在整流柜中增加濾波裝置。實(shí)驗(yàn)證明濾波裝置較好地解決了波動(dòng)影響問(wèn)題。濾波前后的電壓變化波形圖如圖2和圖3所示。圖2:濾波前電壓波形圖圖3:濾波后電壓波形圖 （6）輸出交流電壓的平滑性 為了得到穩(wěn)定的輔助電源，在輔助電源柜和變壓器之間增加了一套正弦濾波裝置，如圖4、圖5所示。其作用是吸收過(guò)電壓并抑制高頻損耗及dv/dt引起的射頻干擾，將spwm調(diào)制波濾成近似正弦的電壓波，并提高了功率因數(shù)。圖4:正弦濾波器接線示意圖圖5:濾波前后電壓、電流波形圖4、實(shí)時(shí)調(diào)速

14、功能的實(shí)現(xiàn)（1）控制的原理 柴油發(fā)電機(jī)組有效功率、有效轉(zhuǎn)矩和發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速存在著一定的關(guān)系：有效功率（千瓦）；發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）；有效扭矩（牛頓*米） 通過(guò)上面的計(jì)算公式可以看出：同一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組若有效扭矩相等（即載荷一定）的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與輸出的有效功率成正比。當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，根據(jù)功率速度對(duì)應(yīng)式，可以通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)獲得滿足rtg工作時(shí)所需要的能量。（2）建立閉環(huán)控制系通過(guò)建立整機(jī)控制核心plc與發(fā)動(dòng)機(jī)控制器ecm之間的通訊，利用plc的高速掃描及處理功能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各機(jī)構(gòu)運(yùn)行狀況以及起吊的貨物重量，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)曲線給ecm發(fā)送轉(zhuǎn)速控制指令，同時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的各功能參數(shù)，

15、通過(guò)實(shí)時(shí)計(jì)算各機(jī)構(gòu)工作所需要的實(shí)際功率，自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。即將各機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（控制系統(tǒng)中source柜、起升/大車1機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)器柜、小車機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)柜、大車2機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)柜）負(fù)載數(shù)據(jù)的狀態(tài)實(shí)時(shí)反饋給主plc，plc通過(guò)以太網(wǎng)通訊模塊經(jīng)由網(wǎng)關(guān)和帶有j1939協(xié)議的ethernet gateway將需要的功率信號(hào)轉(zhuǎn)化為控制發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行的信號(hào)給發(fā)動(dòng)機(jī)ecm，同樣ecm也將檢測(cè)到的發(fā)動(dòng)機(jī)各狀態(tài)參數(shù)返回給plc。這樣通過(guò)把具有不同通訊協(xié)議的設(shè)備經(jīng)過(guò)各種協(xié)議轉(zhuǎn)化器納入到一個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)中來(lái)（如圖6），實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)自動(dòng)的調(diào)速控制。 發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)調(diào)速功能原理如圖7所示。機(jī)上plc實(shí)時(shí)檢測(cè)功率消耗、柴油發(fā)電機(jī)組的功率

16、變化狀態(tài)、發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)參數(shù)、操作者的指令給定、機(jī)械設(shè)備的連鎖信息，將這些參數(shù)進(jìn)行計(jì)算處理，及時(shí)得到發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)和所需功率的變化，并經(jīng)plc的運(yùn)算給出所需發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的指令，通過(guò)建立的整機(jī)控制核心plc與發(fā)動(dòng)機(jī)控制核心ecm之間的通訊連接將功率指令傳送給ecm，然后經(jīng)過(guò)ecm運(yùn)算來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以達(dá)到實(shí)時(shí)輸出所需功率的目的，而且不同功率下發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化是連續(xù)可調(diào)的。發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速后的狀態(tài)參數(shù)實(shí)時(shí)通過(guò)ecm反饋給plc，這樣形成了閉環(huán)控制體系，從而保證調(diào)速過(guò)程的準(zhǔn)確、可靠，以滿足負(fù)載對(duì)設(shè)備功率的需要。圖6 通訊連接示意圖圖7 發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)調(diào)速功能圖（3）功率計(jì)算 rtg在不同的運(yùn)行過(guò)程中所需要的

17、功率是不同的，在重載或起升加速上升時(shí)需要較大的功率，柴油機(jī)提供的功率增加，當(dāng)負(fù)載較輕或低速上升時(shí)需要的功率較小。該系統(tǒng)在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)輕載或低速運(yùn)行時(shí)提供較小的功率，從而降低輕載運(yùn)行時(shí)的能量輸出，達(dá)到節(jié)能目的。以下是功率的計(jì)算公式：機(jī)構(gòu)運(yùn)行所需功率（kw）；機(jī)構(gòu)運(yùn)行的給定速度（m/s）機(jī)構(gòu)電機(jī)力矩反饋由此可以計(jì)算出總的功率需求為：由以上公式可知，實(shí)際需求總功率是由各機(jī)構(gòu)（起升機(jī)構(gòu)、小車機(jī)構(gòu)、大車1、大車2）運(yùn)行所需功率加上輔助設(shè)備所需功率的總和，根據(jù)實(shí)際需求功率的大小，經(jīng)過(guò)計(jì)算，可以確定柴油機(jī)的噴油量。在實(shí)際需求功率低時(shí)減少噴油嘴噴油量，運(yùn)行在較低轉(zhuǎn)速，反之增加柴油機(jī)噴油量，運(yùn)行在高速狀態(tài)。rtg

18、功率計(jì)算的軟件框圖如圖8所示，它根據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行合理計(jì)算。當(dāng)速度給定與速度輸出反饋同為正或同為負(fù)時(shí)，并且當(dāng)速度給定減去速度反饋的絕對(duì)值大于5%時(shí)，可以判斷機(jī)構(gòu)處于加速狀態(tài)，需要補(bǔ)償能量，慣性補(bǔ)償信號(hào)被觸發(fā)，起升機(jī)構(gòu)運(yùn)行時(shí)需要對(duì)上升和下降進(jìn)行判定，上升加速過(guò)程中需要慣性補(bǔ)償，下降則不需要。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速與計(jì)算后的給定轉(zhuǎn)速偏差過(guò)大時(shí)，或發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不能滿足當(dāng)前機(jī)構(gòu)運(yùn)行的需求時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)能量限制信號(hào)告知整機(jī)控制系統(tǒng)，整機(jī)控制系統(tǒng)接到指令后，會(huì)限制各機(jī)構(gòu)的運(yùn)行速度。將其速度給定降低到原來(lái)給定的90%，直到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提升后能滿足機(jī)構(gòu)的需求時(shí)才會(huì)取消對(duì)能量及速度的限制。 （4）控制程序的實(shí)現(xiàn) 在程

19、序設(shè)計(jì)中，加入通訊連接檢測(cè)程序（圖9），保障發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速功能的穩(wěn)定運(yùn)行。另外在每個(gè)周期內(nèi)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行各參數(shù)進(jìn)行掃描（圖10），做到實(shí)時(shí)根據(jù)設(shè)備運(yùn)行狀況優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)各時(shí)刻的轉(zhuǎn)速，以達(dá)到最佳的節(jié)油效果。 圖8 功率計(jì)算框圖圖9 通訊檢測(cè)程序圖10 發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速功能塊調(diào)用程序 （二）rtg勢(shì)能回收節(jié)能技術(shù)改造實(shí)施方案 按照提出的思路，同時(shí)在采納了設(shè)備電控廠家ge公司和發(fā)動(dòng)機(jī)廠家康明斯公司的建議后，在確保安全可靠的前提下確定了改造方案并實(shí)施：（1）通過(guò)對(duì)變頻器性能的深入研究，分析了改造前貨物下降時(shí)勢(shì)能通過(guò)能耗電阻消耗過(guò)程中（如圖11），發(fā)動(dòng)機(jī)仍然需要提供動(dòng)力帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，一方面滿足rtg上輔助設(shè)備的供電需

20、求，另一方面帶動(dòng)自身潤(rùn)滑系統(tǒng)工作。（2）利用驅(qū)動(dòng)器專用的toolbox軟件對(duì)整流柜使用的tm-p10,frame size 700系列進(jìn)行分析，通過(guò)調(diào)整貨物下降狀態(tài)時(shí)的整流裝置和起升系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器的軟件設(shè)置參數(shù)，能夠使其分別逆向工作，起升電動(dòng)機(jī)在貨物下降勢(shì)能作用下以發(fā)電機(jī)的方式工作，經(jīng)起升變頻器向直流母排供電，整流柜逆變?yōu)槿嘟涣麟娊o發(fā)電機(jī)供電，發(fā)電機(jī)在電能的作用下處于電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)，并拖動(dòng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，直流母排的電能同時(shí)會(huì)給輔助機(jī)構(gòu)供電，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的被動(dòng)運(yùn)行不產(chǎn)生燃油消耗：（3）能量回收功能實(shí)現(xiàn)后還需要解決回收能量的控制問(wèn)題。當(dāng)前驅(qū)動(dòng)器使用的驅(qū)動(dòng)軟件為a3la65版本，此驅(qū)動(dòng)軟件不具備對(duì)再生能

21、量的控制功能，為做到回收能量的可控性，將驅(qū)動(dòng)軟件升級(jí)為具有相應(yīng)功能的a3la66版本。這樣利用其能量控制功能，測(cè)量額載貨物時(shí)勢(shì)能返回的極限數(shù)值，通過(guò)逐級(jí)設(shè)定整流柜返回發(fā)電機(jī)組電能的上限值并現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，確定了合適的數(shù)值，有效避免了發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生飛車故障現(xiàn)象，從而實(shí)現(xiàn)了勢(shì)能的回收和利用。（4）經(jīng)過(guò)對(duì)怠速狀態(tài)負(fù)載功率計(jì)算，只要怠速時(shí)滿足照明、空調(diào)通訊、控制電源要求和輸出功率大于30kw即可，查閱發(fā)動(dòng)機(jī)功率對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速表后，發(fā)動(dòng)機(jī)在700rpm時(shí)輸出功率可以滿足怠速時(shí)外部功率需求，但是為了保證機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)響應(yīng)時(shí)間，經(jīng)對(duì)怠速的設(shè)定值進(jìn)行了反復(fù)測(cè)定，最后確定將發(fā)動(dòng)機(jī)怠速值由原來(lái)的1100rpm調(diào)至900rpm。

22、康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)insite軟件記錄了改造后起升一個(gè)動(dòng)作循環(huán)的瞬時(shí)油耗，如圖13為空吊具瞬時(shí)油耗圖，圖14為起升35噸貨物時(shí)瞬時(shí)油耗圖。可以看出發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高的數(shù)值與起升貨物重量有關(guān)，且勢(shì)能回饋期間轉(zhuǎn)速上升而發(fā)動(dòng)機(jī)輸出力矩和燃油消耗降低為零。利用軟件經(jīng)反復(fù)測(cè)試后，設(shè)定返回能量上限值在當(dāng)起升額載40.5噸貨物時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)速不超過(guò)1800rpm，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行而不發(fā)生飛車故障。圖13 改造后起升動(dòng)作循環(huán)油耗圖（空吊具）圖14改造后起升一個(gè)動(dòng)作循環(huán)油耗圖（35噸貨物）四、項(xiàng)目成效 煙臺(tái)港集團(tuán)有限公司在輪胎式集裝箱龍門起重機(jī)（rtg）上采取的基于負(fù)載大小情況自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速跟隨變化和回收利用貨

23、物下降勢(shì)能的兩種節(jié)能改造技術(shù)，節(jié)約能源、減少噪音、降低了企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗和生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的科學(xué)統(tǒng)一，產(chǎn)生了顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。 （一）技術(shù)創(chuàng)新 該項(xiàng)目的節(jié)能技術(shù)改造，一方面改變了rtg僅限于“恒轉(zhuǎn)速儲(chǔ)能式”和“油改電式”等的節(jié)能途徑，通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)負(fù)載大小的變化情況自動(dòng)調(diào)整柴油發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，以達(dá)到降低油耗的目的；另一方面，采用了新的勢(shì)能回收利用技術(shù)，將回收的能量給機(jī)上的設(shè)備供電和反拖發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使發(fā)動(dòng)機(jī)零耗油運(yùn)轉(zhuǎn)。 實(shí)施這兩項(xiàng)節(jié)能技術(shù)改造后，通過(guò)模擬測(cè)試和正常的生產(chǎn)作業(yè)統(tǒng)計(jì)，作業(yè)效率不受影響，操作人員的操作程序不改變，與其他技術(shù)改造相比，對(duì)設(shè)備的改動(dòng)最小，改造的投入最低，但燃油消耗則降

24、低了40.5%。這兩項(xiàng)技術(shù)在國(guó)際同行業(yè)中處于領(lǐng)先地位，在國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品中屬首次應(yīng)用，且運(yùn)行效果良好。rtg調(diào)速與勢(shì)能回收式新型節(jié)能技術(shù)的研究與應(yīng)用于2009年11月通過(guò)煙臺(tái)市科技成果技術(shù)鑒定，并獲得了2009年山東省交通科技創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目支持。這為rtg的節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域開(kāi)辟了一條新的途徑，為集裝箱港口節(jié)能降耗工作的開(kāi)展將起到了良好啟發(fā)作用。（1）建立了構(gòu)建整機(jī)rtg的控制核心plc與發(fā)動(dòng)機(jī)控制核心ecm模塊之間的實(shí)時(shí)通訊連接，為發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速功能實(shí)現(xiàn)提供前提條件并形成閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨負(fù)載大小的自動(dòng)調(diào)整，滿足了設(shè)備的工作要求。 （2）利用增加24vdc/220vac逆變電源，解決設(shè)備啟動(dòng)

25、前調(diào)速裝置發(fā)動(dòng)機(jī)所需要的穩(wěn)定控制電源問(wèn)題。 （3）通過(guò)增加單獨(dú)供電單元為輔助設(shè)備供電。解決了發(fā)動(dòng)機(jī)變速引起電壓、頻率變化后，設(shè)備上輔助設(shè)備無(wú)法正常工作的問(wèn)題。（4）創(chuàng)新地組合調(diào)速方案，滿足了不同工況下的啟動(dòng)力矩需求，并保障了盡可能最短的響應(yīng)相應(yīng)時(shí)間。建立的plc與ecm間穩(wěn)定的閉環(huán)控制系統(tǒng)，嵌入了快速掃描程序，保障了調(diào)速跟隨相應(yīng)迅速。（5）創(chuàng)新的勢(shì)能回收利用技術(shù)，既降低了資金投入又達(dá)到了良好的節(jié)能效果。 （二）經(jīng)濟(jì)效益 2007年8月項(xiàng)目組完成了多次測(cè)試，并對(duì)6臺(tái)rtg進(jìn)行了調(diào)速節(jié)能改造，多次的測(cè)試結(jié)果表明，速度波動(dòng)范圍在5rpm區(qū)域范圍，很好地滿足了調(diào)速式節(jié)能控制技術(shù)應(yīng)用的基本要求，為實(shí)施該

26、項(xiàng)技術(shù)奠定了重要基礎(chǔ)。 1、rtg調(diào)速改造后與改造前燃油消耗情況對(duì)比 （1）模擬測(cè)試燃油消耗對(duì)比 測(cè)試原則：盡量模擬現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際作業(yè)的工況、作業(yè)箱重的比例、人員操作的習(xí)慣進(jìn)行測(cè)試，以保障模擬測(cè)試與實(shí)際作業(yè)的一致，獲取最大參考價(jià)值的測(cè)試數(shù)據(jù)。 219#場(chǎng)橋的測(cè)試數(shù)據(jù)表明，對(duì)rtg完成調(diào)速改造后與改造前比單箱節(jié)能0.404升、節(jié)油效果達(dá)到29.1%。 表1 調(diào)速改造前后節(jié)能效果對(duì)比測(cè)試狀態(tài)單箱油耗（升）發(fā)動(dòng)機(jī)每小時(shí)油耗（升）調(diào)速改造前1.38916.668調(diào)速改造后0.98511.82節(jié)油效果0.4044.848（2）實(shí)際作業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)比 項(xiàng)目組對(duì)6臺(tái)rtg在調(diào)速改造前和調(diào)速改造后作業(yè)期間進(jìn)行了測(cè)試，

27、單箱油耗數(shù)由1.409升降至1.018升，節(jié)能0.391升，節(jié)油效果達(dá)到27.8%。 2、rtg勢(shì)能回收改造后與改造前燃油消耗情況對(duì)比。 （1）模擬測(cè)試燃油消耗對(duì)比 219#場(chǎng)橋的測(cè)試數(shù)據(jù)表明，對(duì)rtg完成勢(shì)能回收改造后與改造前比，單箱節(jié)能0.185升，節(jié)油效果達(dá)到18.8%。表2 勢(shì)能回收改造前后節(jié)能效果對(duì)比 測(cè)試狀態(tài)單箱油耗（升）發(fā)動(dòng)機(jī)每小時(shí)油耗（升）勢(shì)能回收改造前0.98511.820勢(shì)能回收改造后0.8009.602節(jié)油效果0.1852.218根據(jù)表1和表2的測(cè)試結(jié)果顯示，rtg調(diào)速和勢(shì)能回收兩項(xiàng)技術(shù)的綜合節(jié)能達(dá)到0.589升/自然箱，綜合節(jié)油效果達(dá)到了42.4%。 （2）實(shí)際作業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)比 項(xiàng)目組對(duì)6臺(tái)rtg在勢(shì)能回收改造前和勢(shì)能回收改造后作業(yè)期間進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為單箱