大型集裝箱起重機電控系統(tǒng)的開發(fā)

1、大型集裝箱起重機bookmark0電控系統(tǒng)的開發(fā)bookmark1丁方明70年代以來，隨著世界集裝箱運輸業(yè)的迅速發(fā)展，集裝箱裝卸機械的電氣控制系統(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商攜其在自動控制領域的技術優(yōu)勢進入集裝箱起重機行業(yè)，處于壟斷地位。與之相比，我國的相關技術水平差距較大。其主要技術難度體現在集裝箱起重機對電控系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性要求愈來愈高起重機的起重量及運行速度等技術參數越來越大、起重機的自動化程度越來越高、起重機對管理和通訊的性能要求越來越嚴格。本文主要對交流變頻調速系統(tǒng)的原理及應用、變頻系統(tǒng)在起重機上的應用、起重機及遠程管理系統(tǒng)、大型集裝箱起重機

2、PLC控制技術等方面的內容進行研究。一、集裝箱起重機電氣控制系統(tǒng)基本情況1集裝箱裝卸機械電控調速系統(tǒng)發(fā)展的幾個階段我國集裝箱裝卸機械電控調速技術的發(fā)展，一直緊跟世界潮流。從70年代開始制造集裝箱起重機至今主要分為3個階段。第一階段采用直流發(fā)電機一一直流電動機調速系統(tǒng)；第二階段采用晶閘管供電一一直流電動機調速系統(tǒng)；第三階段為全交流變頻調速系統(tǒng)。2.變頻調速在港口起重機上的應用特點變頻調速在港口起重機電氣傳動上的應用具有以下特點變頻系統(tǒng)與直流傳動方案相比，可以不用制造復雜、價格昂貴、維護麻煩的直流電動機，而選用方便、節(jié)能、經濟的交流電動機；）變頻系統(tǒng)與常規(guī)電氣控制方案相比，省去了電動機轉子側的大功

3、率電阻、加速接觸器和電動機正反轉交流接觸器；）電機加減速時間可調整，可實現系統(tǒng)的軟啟動、軟停止涯度變化平滑，運行平穩(wěn)，低速性能穩(wěn)定；（4）能滿足起升機構對調速硬度、低頻轉矩特性及四象限運行的要求，可以長時間低速運行，能有效地防止重載空中失控；）采用矢量控制閉環(huán)方式，Hz時起升電機也能以額定轉矩輸出實現零速抱閘，可以全速受控，減少抱閘閉合時的振動及抱閘磨損；）無需采用機械變速裝置，利用變頻調速50Hz以上恒功率調速方式即可將空載及輕載工況的起升速度提高一倍，類似于直流電機的弱磁升速方式，可大大提高生產率；（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主要運行機構全

4、部采用交流變頻調速，一直是機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。因為輪胎式集裝箱龍起重機采用柴油機發(fā)電機組，不能吸收系統(tǒng)反饋的能量，不需考慮變頻技術中最困難的能量反饋電網的問題，所反饋的能量通過制動單元消耗在制動電阻上，相對技術難度低些。因此，首先在集裝箱龍起重機上進行試驗，并于90年代初獲得成功，投入批量生產。從90年代中期起，變頻裝置能量反饋電網的問題得到解決，全變頻的集裝箱岸邊起重機開始投入生產運行，生產規(guī)模逐年擴大。式，則無需使用PLCI/O接口及變頻器輸入端子。3激字控制技術在電氣傳動系統(tǒng)中的應用在現代交直流傳動中，控制系統(tǒng)正逐步由模擬控

5、制技術轉向數字控制技術。隨著計算機技術突飛猛進的發(fā)展，充分發(fā)揮計算機控制綜合優(yōu)點的局面終于出現了。數字調速技術不僅使傳動系統(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基礎。數字電路抗干擾性好，反應靈敏。從發(fā)展趨勢看，交流數字調速有兩個發(fā)展方向：一是采用專用的硬件，大規(guī)模集成電路（IC）；二是采用通用計算機硬件，軟件模塊化、可編程化。研制交流調速系統(tǒng)專用的IC芯片，使控制系統(tǒng)硬件小型化、簡單化。數字控制技術的應用使PLC和變頻器可以直接通訊聯系，使硬件連接線路簡單。其控制精度、速度、可靠性更高。二、起重機及遠程管理系統(tǒng)的原理及應用1大型集裝箱起重機的通訊大型集裝箱起重機和碼頭管理系統(tǒng)

6、之間的通訊聯系通常有如下幾種形式無線電通訊以太網（RFETHERNET）；）采用微波通訊方，每個站點均掛在通訊雙絞線上。在每個站的內部其發(fā)送數據的電路和接收數據的電路輪流共用這對雙絞線（如所示）。ProfiBus的物理層及采用光纖的ProfiBus網絡傳輸層要解決的問題是協調各站點如何共享傳輸介質（雙絞線）。整個ProfiBus的傳輸層工作原理如所示。結構為簡單的總線或樹型，因此數據報文目前，工控系統(tǒng)中廣泛采用的通訊協議（即現場總線）有ProfiBusJnterBusDeviceNet在網絡上不存在尋徑問題。所以，ProfiBus的高層協議并不復雜。ProfiBusDP的協議工作流程比較簡單。

7、首先，主站應知道所有從站的配置情況，即在主站上應配置每個從站的站號、I/O數量。這里，從站的I/O是相對于主站而言的。從站的Input數據是從站發(fā)送給主站的數據，從站的Output數據是從主站發(fā)送給從站的數據。主站與從站的通訊建立的流程如所示。主站通過通訊總線核對每個從站的配置信息主站進人輪詢從站、交換數據狀態(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等工控軟件對整個系統(tǒng)的狀態(tài)進行監(jiān)控了。值得一提的是，CT的驅動器在處理ProfiBus通訊的信息時，其反應周期在10ms以內完全滿足我們對系統(tǒng)的精度要求。另外PofiBus是一種開放的網絡其節(jié)點數在一個

8、子網中可達128個之多。其節(jié)點的添加也非常容易，對其他的節(jié)點沒有任何影響，同樣，在某個節(jié)點發(fā)生故障時對其他的節(jié)點不會發(fā)生影響。這就使得各個機構能夠相互獨立地工作，使系統(tǒng)更加穩(wěn)疋。總之，使用現場總線以后可以使得PLC與驅動器之間聯系更緊密，彼此之間可以方便地交換大量數據，從而使上位監(jiān)控成為可能。通過電氣控制技術在大型集裝箱起重機中的應用研究，可以有效地提高我國岸邊集裝箱起重機的國產化水平，對促進我國港口的現代化建設及相關產業(yè)的結構調整，帶動全行業(yè)改造傳統(tǒng)產業(yè)、提高生產效率、加速相關行業(yè)的技術創(chuàng)新進程，可以起到推動與示范作用。未來集裝箱起重機將向著自動化運轉、數字化控制、采用自動定位和識別技術，以及先進的遙控和通信技術、先進的港口網絡系統(tǒng)、機械故障遙診系統(tǒng)、虛擬現實技術等方向發(fā)展最終實現集裝箱起重機的大型化、高效化、實用化。這對我國港機工業(yè)的