現(xiàn)代集裝箱岸橋港口電氣控制

現(xiàn)代集裝箱岸橋港口電氣控制第1頁(yè)/共56頁(yè)第一節(jié)概述1978年，上海港機(jī)制造廠為天津港制造了我國(guó)的第一臺(tái)岸橋。隨著國(guó)際航運(yùn)業(yè)的發(fā)展，對(duì)集裝箱船舶以及岸橋提出更高的要求，集裝箱岸橋的起升高度、起升重量不斷增加。進(jìn)入21世紀(jì)后，橋吊的主要參數(shù)都發(fā)生了很大的變化，起重量增加到65～100噸，前伸距增加到65～70米，起升高度增加到38～45米。

返回第2頁(yè)/共56頁(yè)第3頁(yè)/共56頁(yè)岸橋整體結(jié)構(gòu)

第4頁(yè)/共56頁(yè)岸橋的基本參數(shù)描述了岸橋的特征、能力和主要技術(shù)性能?；緟?shù)主要包括幾何尺寸、起重量、速度、控制與供電、防搖要求和生產(chǎn)率等。第二節(jié)岸橋的主要參數(shù)返回第5頁(yè)/共56頁(yè)岸橋幾何尺寸圖

第6頁(yè)/共56頁(yè)一、幾何尺寸參數(shù)1、外伸距R02、后伸距Rb3、軌距S

4、起升高度H

5、聯(lián)系橫梁下的凈空高度6、門(mén)框的凈空寬度CwpO

7、基距B

8、岸橋總寬Wb

9、門(mén)框下橫梁上表面離地高度Hs第7頁(yè)/共56頁(yè)二、速

度

參

數(shù)

1、起升（下降）速度

（1）額定起升（下降）速度（2）空吊具起升（下降）速度

2、小車額定運(yùn)行速度

（1）滿載和空載時(shí)的小車運(yùn)行速度

（2）不同風(fēng)壓下的小車運(yùn)行連度（3）小車運(yùn)行加（減）速時(shí)間的限制

3、大車運(yùn)行速度

（1）滿載和空載的大車運(yùn)行速度

（2）不同風(fēng)速時(shí)的大車運(yùn)行速度（3）大車加（減）速時(shí)間的限制

（4）地面操作的大車運(yùn)行速度和慢速控制4、前大梁俯仰時(shí)間5、應(yīng)急機(jī)構(gòu)速度6、吊具傾轉(zhuǎn)的角度范圍和速度第8頁(yè)/共56頁(yè)三、

電

氣

參

數(shù)

1、供電電源的形式，電壓和頻率（1）電源型式:柴油發(fā)電機(jī)供電，高壓交流電供電兩種類型

（2）電壓:柴油發(fā)電機(jī)組供電、高壓交流電供電

（3）頻率：不管是高壓交流電還是發(fā)電機(jī)組，只有50HZ和60HZ兩種。

2、設(shè)備總功率和裝機(jī)容置（1）設(shè)備總功率

（2）裝機(jī)容量3、碼頭面作業(yè)區(qū)域的照度（1）范圍和定義（2）照度值要求第9頁(yè)/共56頁(yè)第三節(jié)橋吊電控系統(tǒng)構(gòu)成

一、

高壓供電系統(tǒng)1、電源及電壓等級(jí)：岸橋由三相交流電源供電，供電電壓根據(jù)碼頭的供電要求，一般在3.3KV-16KV。通過(guò)一個(gè)主動(dòng)力變壓器(功率在800KVA－4500KVA之間)，供起升、大車、俯仰、小車驅(qū)動(dòng)電源用；另有一個(gè)輔助變壓器(功率在100KVA－300KVA之間)供輔助機(jī)構(gòu)、控制和照明用。電源頻率為50HZ或60HZ。

返回第10頁(yè)/共56頁(yè)2、供電方式（1）碼頭接線箱提供10千伏電源，通過(guò)機(jī)上電纜卷筒接至機(jī)器房?jī)?nèi)的高壓進(jìn)線柜并由變壓器配電柜供電給變壓器。（2）應(yīng)急岸橋電源(380V,50Hz)，通過(guò)海側(cè)門(mén)腿上的應(yīng)急電源箱接到電氣房?jī)?nèi)低壓柜，供機(jī)構(gòu)應(yīng)急運(yùn)行和PLC、照明、維修用電。（3）小車及吊具上的驅(qū)動(dòng)與控制電源及通訊電纜，均經(jīng)過(guò)電纜懸掛裝置由電氣房接至司機(jī)室吊具柜內(nèi)，后大梁電纜槽、機(jī)房底部電纜槽與電氣房底部相通。（4）吊具電纜采用48芯特軟電纜；吊具上下架的電氣連接采用55芯專用插頭插座。第11頁(yè)/共56頁(yè)碼頭供電設(shè)施岸橋高壓電纜卷筒岸橋高壓配電柜主要變壓器輔助變壓器各機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置控制系統(tǒng)、照明、輔助系統(tǒng)供電系統(tǒng)框圖

第12頁(yè)/共56頁(yè)電纜卷筒第13頁(yè)/共56頁(yè)岸橋供電系統(tǒng)圖

第14頁(yè)/共56頁(yè)3、變壓器：（1）主變壓器：整機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)電源采用△/Yn0連接，三相干式變壓器。（2）輔助變壓器：整機(jī)輔助機(jī)構(gòu)、控制和照明電源采用Δ/Yn0連接,三相干式變壓器。4、電源控制柜:（1）高壓進(jìn)線柜:包括高壓進(jìn)線端子，高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)，柜面板上安裝有電壓表、電流表及電源指示燈。柜內(nèi)安裝電度表,顯示驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)耗電量。（2）高壓動(dòng)力配電柜:包括動(dòng)力變壓器用高壓真空斷路器及控制線路。柜面板上安裝有電流表，操作按鈕及電源指示燈。（3）高壓輔助配電柜：包括輔助變壓器用高壓真空斷路器及控制線路，柜面板上安裝有電流表，操作按鈕及電源指示燈。

第15頁(yè)/共56頁(yè)第16頁(yè)/共56頁(yè)二、

控制柜及其用途

岸橋主要有控制單元柜、主進(jìn)線柜、主接觸器柜、濾波單元柜、變流器柜、1#起升/大車驅(qū)動(dòng)器柜、2#起升/大車驅(qū)動(dòng)器柜、小車/俯仰驅(qū)動(dòng)器柜、1#起升/大車切換柜、2#起升/大車切換柜、小車/俯仰切換柜、輔助柜、駕駛室吊具柜、駕駛室聯(lián)動(dòng)臺(tái)等。

第17頁(yè)/共56頁(yè)控制柜第18頁(yè)/共56頁(yè)1、輔助柜：設(shè)有以下設(shè)備的空氣開(kāi)關(guān)及相關(guān)接觸器、熱繼電器：起升1#制動(dòng)器，2＃制動(dòng)器，起升緊急制動(dòng)器，小車制動(dòng)器，俯仰制動(dòng)器，俯仰緊急制動(dòng)器，大車制動(dòng)器，起升1#電機(jī)風(fēng)機(jī)，起升2#電機(jī)風(fēng)機(jī)，俯仰電機(jī)風(fēng)機(jī)，電纜卷筒，海側(cè)夾輪器,陸側(cè)夾輪器，1#～4#機(jī)房風(fēng)機(jī)，俯仰安全鉤，托纜、小車張緊裝置，大梁投光燈，大車投光燈，扶梯走道燈。并有大車PLC分站電源開(kāi)關(guān)。門(mén)上裝有大車、大梁投光燈、扶梯走道燈控制按鈕。左右傾、平面回轉(zhuǎn)電機(jī)，換繩裝置，俯仰應(yīng)急電機(jī)，大車警報(bào)等。并有輔助電源總開(kāi)關(guān)，司機(jī)室總電源、理貨室電源、切換接觸器控制電源、岸電開(kāi)關(guān)，控制電源開(kāi)關(guān)，大車制動(dòng)器電源開(kāi)關(guān)，空壓機(jī)電源開(kāi)關(guān)，空調(diào)電源開(kāi)關(guān)，小車/吊具柜電源開(kāi)關(guān)，機(jī)房配電柜電源開(kāi)關(guān)，司機(jī)室PLC分站電源開(kāi)關(guān)，電焊機(jī)插座電源開(kāi)關(guān)，三相維修電源插座開(kāi)關(guān)，維修行車電源開(kāi)關(guān)，電梯電源開(kāi)關(guān)及部分PLC遠(yuǎn)程模塊等。第19頁(yè)/共56頁(yè)2、主控柜：裝有ADERVANTCONTROLLER系列PLC，PLC工作電源及光纖通訊收發(fā)器。3、小車/吊具柜:裝有PLC分站，光纖通訊收發(fā)器，小車/吊具柜總電源開(kāi)關(guān)，吊具控制電源開(kāi)關(guān)，吊具油泵電機(jī)電源開(kāi)關(guān)，控制接觸器，吊具控制繼電器等。4、CMS柜：裝有管理系統(tǒng)計(jì)算機(jī)主機(jī)、顯示器、打印機(jī)及電源UPS等。

第20頁(yè)/共56頁(yè)主控柜CMS第21頁(yè)/共56頁(yè)5、大車I/O柜：裝有遠(yuǎn)程I/O模塊（S800），光纖通訊收發(fā)器。地面操縱箱。

第22頁(yè)/共56頁(yè)6、操作臺(tái)、操作箱、儀表箱

（1）左操作臺(tái)

（2）右操作臺(tái)第23頁(yè)/共56頁(yè)橋吊聯(lián)動(dòng)臺(tái)操作面板一第24頁(yè)/共56頁(yè)橋吊聯(lián)動(dòng)臺(tái)操作面板二第25頁(yè)/共56頁(yè)門(mén)機(jī)聯(lián)動(dòng)臺(tái)操作面板一第26頁(yè)/共56頁(yè)橋吊聯(lián)動(dòng)臺(tái)操作面板二第27頁(yè)/共56頁(yè)7、俯仰操作箱：操作按鈕及指示燈---俯仰停止按鈕，俯仰快/慢速選擇開(kāi)關(guān)，俯仰上升帶燈按鈕，俯仰下降帶燈按鈕，俯仰停止按鈕，俯仰抬鉤/放鉤開(kāi)關(guān)，控制電源關(guān)帶燈按鈕，控制電源開(kāi)/復(fù)位帶燈按鈕，俯仰手動(dòng)/自動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)，緊停按鈕，故障復(fù)位按鈕，試燈按鈕，故障指示燈，緊停指示燈，俯仰終點(diǎn)停止指示燈，俯仰緊急制動(dòng)器釋放指示燈，俯仰水平指示燈，俯仰掛鉤指示燈。8、操作按鈕及指示燈狀態(tài)選擇開(kāi)關(guān)，夾輪器夾緊/釋放帶燈按鈕，速度選擇按鈕，大車左行按鈕，大車右行按鈕，起升上升按鈕，起升下降按鈕，控制電源關(guān)帶燈按鈕、控制電源開(kāi)/復(fù)位帶燈按鈕，緊停按鈕，旁路開(kāi)關(guān)，大梁投光燈選擇開(kāi)關(guān)，故障復(fù)位按鈕，試燈按鈕，故障指示燈，各機(jī)構(gòu)及整機(jī)工作時(shí)間表等。第28頁(yè)/共56頁(yè)第29頁(yè)/共56頁(yè)一、岸橋的負(fù)載特點(diǎn)岸橋在選擇一個(gè)電氣驅(qū)動(dòng)方案時(shí)，首先要考慮的是該驅(qū)動(dòng)對(duì)象的負(fù)載特點(diǎn)。岸橋的負(fù)載有以下特點(diǎn)：（1）起升機(jī)構(gòu)是一個(gè)位能性負(fù)載，當(dāng)箱重一定時(shí)，在任何轉(zhuǎn)速下負(fù)載轉(zhuǎn)矩總是保持恒定，而且負(fù)載轉(zhuǎn)矩的方向也不隨電機(jī)轉(zhuǎn)速方向的改變而改變。（2）集裝箱起重機(jī)的載荷有效率是50%，即有一半時(shí)間是空吊具運(yùn)行的。即使是在帶箱的時(shí)候，也不都是滿箱起吊額定負(fù)荷。第四節(jié)岸橋的電氣驅(qū)動(dòng)返回第30頁(yè)/共56頁(yè)

為了提高生產(chǎn)效率，希望在輕載時(shí)能提高速度。負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比，即形成恒功率控制。（3）起升機(jī)構(gòu)和小車行走機(jī)構(gòu)都是間隔短時(shí)重復(fù)連續(xù)工作制，即對(duì)箱、吊箱、運(yùn)行、對(duì)箱，周期性的起?；蚣訙p速，間隔很短。（4）起升機(jī)構(gòu)下放重物的過(guò)程是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換的過(guò)程，此時(shí)的電動(dòng)機(jī)處于再生發(fā)電狀態(tài)。第31頁(yè)/共56頁(yè)二、岸橋的電動(dòng)機(jī)岸橋各工作機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)目前交直流并存，直流驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)仍被應(yīng)用，但隨著交流變頻技術(shù)的日益完善和推廣應(yīng)用，應(yīng)用交流變頻拖動(dòng)系統(tǒng)已呈上升趨勢(shì)，所以，交流變頻電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用日益增多。1、起重機(jī)用電動(dòng)機(jī)的基本特點(diǎn)

2、起重機(jī)用電動(dòng)機(jī)的工作制3、起重機(jī)用直流電動(dòng)機(jī)4、交流變頻專用電動(dòng)機(jī)第32頁(yè)/共56頁(yè)三、直流驅(qū)動(dòng)針對(duì)岸橋負(fù)載的特點(diǎn)，過(guò)去選用直流驅(qū)動(dòng)較多，這是因?yàn)椋海?）直流驅(qū)動(dòng)的調(diào)速性能好，很容易實(shí)現(xiàn)基速下的恒磁場(chǎng)改變電樞電壓的調(diào)壓調(diào)速，以及基速上的弱磁恒功率調(diào)速。（2）啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，有很好的起制動(dòng)特性。這對(duì)于司機(jī)對(duì)箱有很好的幫助。（3）重物下放時(shí)的機(jī)械能很容易轉(zhuǎn)換成電能反饋給電網(wǎng)，系統(tǒng)效率高，節(jié)省了能源。第33頁(yè)/共56頁(yè)但是，直流驅(qū)動(dòng)也存在著缺點(diǎn)：（1）與交流電動(dòng)機(jī)相比，直流電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高，維護(hù)工作量大。（2）為改善換向器的換向條件，要求直流電動(dòng)機(jī)電樞漏感小，電機(jī)轉(zhuǎn)子短粗，因而造成飛輪力矩大，限制了其速度響應(yīng)時(shí)間和最高弱磁轉(zhuǎn)速。（3）諧波分量大，功率因數(shù)較低，在高要求場(chǎng)合要增加諧波吸收及功率因數(shù)補(bǔ)償裝置。第34頁(yè)/共56頁(yè)四、交流驅(qū)動(dòng)近年來(lái)，隨著微處理器和半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術(shù)不斷發(fā)展，實(shí)踐證明這種交流控制系統(tǒng)具有許多優(yōu)點(diǎn)：（1）無(wú)炭刷，無(wú)整流子，維護(hù)保養(yǎng)性非常好。（2）轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較小，因此電動(dòng)機(jī)的速度響應(yīng)好，最高速度比直流電機(jī)高。（3）電機(jī)可制成全封閉型（外扇冷卻型），耐惡劣環(huán)境性能好。第35頁(yè)/共56頁(yè)交流驅(qū)動(dòng)還有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）由于使用正弦波脈寬調(diào)制（PWM）控制方式，從進(jìn)線電源處看，功率因數(shù)基本上接近1。（2）較小的諧波電流，在進(jìn)線側(cè)可以不增加諧波濾波裝置。（3）變頻器加裝直流電抗器以后，整體裝置的功率因素高干0.9；如采用正弦波濾波器，功率因素接近于1。（4）考慮到維護(hù)的費(fèi)用，交流系統(tǒng)有一定的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，且隨大容量主電路元件的開(kāi)發(fā)運(yùn)用，變頻驅(qū)動(dòng)的價(jià)格尚有較大的下降空間。第36頁(yè)/共56頁(yè)1、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成

2、交流變頻驅(qū)動(dòng)的原理

3、交流變頻驅(qū)動(dòng)的控制方式

交流驅(qū)動(dòng)的控制方式主要有以下幾種：V／F控制、電壓矢量控制、速度閉環(huán)矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制等。起升及小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)使用閉環(huán)矢量控制，大車運(yùn)行及俯仰機(jī)構(gòu)使用V／F控制。4、岸橋?qū)涣黩?qū)動(dòng)的特殊要求

第37頁(yè)/共56頁(yè)五、岸橋電氣驅(qū)動(dòng)和控制的基本特征1、起重機(jī)向重、高、大，速度更快的方向發(fā)展起升高度逐漸增高;小車行程越來(lái)越大;起升速度越來(lái)越快;小車速度越來(lái)越快。

2、應(yīng)該具有起升防下墜功能傳統(tǒng)的起重機(jī)當(dāng)?shù)踔匚飶耐Ｖ範(fàn)顟B(tài)向上提升的啟動(dòng)瞬間，總可以看到重物是先朝下墜落一點(diǎn)，然后再向上提升運(yùn)行?，F(xiàn)代集裝箱起重機(jī)電控系統(tǒng)中都應(yīng)具有起升防下墜功能。其基本的原理是在每次制動(dòng)器抱閘時(shí)，記錄此時(shí)的電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，當(dāng)下一次制動(dòng)器再打開(kāi)時(shí)，電動(dòng)機(jī)就會(huì)輸出上一次記憶的轉(zhuǎn)矩值。

第38頁(yè)/共56頁(yè)第五節(jié)岸橋的電控系統(tǒng)

一、起升機(jī)構(gòu)控制

起升電氣驅(qū)動(dòng)

返回第39頁(yè)/共56頁(yè)岸橋起升機(jī)構(gòu)電控系統(tǒng)控制過(guò)程

第40頁(yè)/共56頁(yè)二、大車機(jī)構(gòu)控制

大車電氣驅(qū)動(dòng)

第41頁(yè)/共56頁(yè)大車機(jī)構(gòu)電控系統(tǒng)過(guò)程分析

第42頁(yè)/共56頁(yè)大車電纜卷筒

第43頁(yè)/共56頁(yè)三、小車機(jī)構(gòu)控制

小車電氣驅(qū)動(dòng)

第44頁(yè)/共56頁(yè)小車機(jī)構(gòu)電控系統(tǒng)控制過(guò)程

第45頁(yè)/共56頁(yè)四、俯仰機(jī)構(gòu)控制

俯仰電氣驅(qū)動(dòng)

第46頁(yè)/共56頁(yè)俯仰機(jī)構(gòu)電控系統(tǒng)控制過(guò)程

第47頁(yè)/共56頁(yè)限位保護(hù)俯仰安全鉤保護(hù)

第48頁(yè)/共56頁(yè)五、吊具控制

岸橋吊具控制與輪胎吊基本相同，不同之處主要有：（1）岸橋吊具回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是由三臺(tái)電機(jī)組合驅(qū)動(dòng)完成的，可使吊具在水平、前后、左右三個(gè)方向傾轉(zhuǎn)。（2）岸橋吊具四角一般都有導(dǎo)板，用來(lái)使吊具準(zhǔn)確就位。（3）現(xiàn)代岸橋吊具一般具備電子防搖功能。（4）現(xiàn)代岸橋吊具除了常規(guī)電纜連接外，有的還用專門(mén)的PLC來(lái)控制，通過(guò)雙線通訊來(lái)實(shí)現(xiàn)。第49頁(yè)/共56頁(yè)六、先進(jìn)的通信聯(lián)網(wǎng)功能

目前世界