港口起重機(jī)電控系統(tǒng)優(yōu)化研究

黃曉輝

（上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司，上海 200125）

現(xiàn)在在港口的起重機(jī)運(yùn)行過程中，出現(xiàn)故障的種類較多，頻率也相對較高，特別是針對起重機(jī)的電控系統(tǒng)來講，相關(guān)問題的出現(xiàn)不僅容易導(dǎo)致嚴(yán)重的后果，對起重機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)造成的不良影響也較為顯著，基于此，有必要重視針對相關(guān)問題進(jìn)行詳細(xì)分析，積極探尋和應(yīng)用多種有效手段，針對起重機(jī)電控系統(tǒng)開展有效優(yōu)化。

1 優(yōu)化必要性

時代不斷發(fā)展，我國重工業(yè)發(fā)展速度逐漸加快，起重機(jī)在其中發(fā)揮的重要性越來越高，特別是針對大型的港口起重機(jī)來講，其在各環(huán)節(jié)生產(chǎn)操作中發(fā)揮的作用愈發(fā)關(guān)鍵。對于港口起重機(jī)而言，在實際開展吊運(yùn)操作時，起吊對象通常為貨物集裝箱。如果吊運(yùn)期間出現(xiàn)各類故障問題，將使得貨柜受損，甚至導(dǎo)致起重機(jī)損壞問題發(fā)生，進(jìn)而使整個碼頭無法作業(yè)的問題產(chǎn)生。因此，多數(shù)的港口碼頭，多會在一個碼頭岸線上規(guī)劃多個泊位，且一個泊位上會安排多臺大型的起重機(jī)，作為備用，以應(yīng)對突發(fā)狀況。

現(xiàn)階段，在起重機(jī)運(yùn)行過程中，出現(xiàn)的故障問題較多，不僅包括機(jī)械消耗磨損，且許多故障問題都存在或者產(chǎn)生于電氣控制系統(tǒng)中，此類系統(tǒng)主要可分為應(yīng)用定子調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng)等，但其中很大一部分系統(tǒng)利用的依舊為傳統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)，即繞線式電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主要原理為：于電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路內(nèi)開展多段外界電子的串入操作，通過凸輪控制器等設(shè)備進(jìn)行控制，例如，針對容量相對較小的電動機(jī)，通常會應(yīng)用凸輪控制器和電阻器的搭配應(yīng)用，達(dá)到調(diào)速的目的；針對容量相對較大的電動機(jī)，通常會應(yīng)用繼電器等達(dá)到調(diào)速的目的。

2 起重機(jī)電控系統(tǒng)優(yōu)化

起重機(jī)內(nèi)部的機(jī)構(gòu)主要承擔(dān)動作運(yùn)轉(zhuǎn)作用、鋼結(jié)構(gòu)主要承擔(dān)載荷支承作用，機(jī)構(gòu)動作過程中，涉及的起動、停止和運(yùn)轉(zhuǎn)操作等都需要依靠液壓或者電氣控制系統(tǒng)實現(xiàn)，為了確保起重機(jī)穩(wěn)定、可靠地運(yùn)轉(zhuǎn)動行，保證電氣傳動、保護(hù)及控制實效性十分重要。傳統(tǒng)起重機(jī)的調(diào)速性能較差，加大了司機(jī)的工作壓力，對相關(guān)設(shè)備的損害也較大，設(shè)備維修、更換需求高，事故出現(xiàn)率較高，亟需優(yōu)化。

2.1 傳統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)弊端分析

即便以往所應(yīng)用系統(tǒng)可發(fā)揮調(diào)速的作用，但基于開環(huán)，導(dǎo)致系統(tǒng)整體的機(jī)械特性相對較軟，調(diào)速的精度、穩(wěn)定性等均不甚理想，范圍也有限。同時，實際開展制動、起動操作時，會對起重機(jī)內(nèi)部的電控設(shè)備與機(jī)械結(jié)構(gòu)造成較為顯著的沖擊性影響，對起重機(jī)壽命及應(yīng)用實效性的發(fā)揮存在不利影響。此類系統(tǒng)的速度通常不穩(wěn)定，尤其是缺乏穩(wěn)定低速，所以，工作人員需要多次地通過反接制動的方式實施負(fù)載定位等操作，使得大電流條件下的接觸器出現(xiàn)多次分合的情況，大幅提升了接觸器的觸點黏連或者燒毀等問題出現(xiàn)的可能性。

由于保護(hù)措施的缺乏，一旦繼電器接觸器控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障問題，極易使得電阻器燒毀、砸箱等極易造成嚴(yán)重不良影響的事故出現(xiàn)。此外，該系統(tǒng)需要在運(yùn)行操作開展的同時實施制動操作，會對制動器造成顯著的不良影響，導(dǎo)致制動剎車片出現(xiàn)較為嚴(yán)重的磨損問題，更換和維護(hù)的需求相對較高。

2.2 具體措施

基于這些問題，以往應(yīng)用的調(diào)速系統(tǒng)中各類設(shè)備出現(xiàn)損壞的問題較高，維護(hù)和更換的需求也相對較大，需要投入大量的資金成本，同時，由于停車維護(hù)的概率較高，勢必會對生產(chǎn)造成較大不良影響，特別是針對集裝箱吊裝和運(yùn)輸操作而言。這些問題出現(xiàn)的主要原因是由于利用了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子串電阻系統(tǒng)，所以，要想對其開展有效的解決操作，有必要利用另外的可開展高效率調(diào)速操作的系統(tǒng)針對起重機(jī)實施優(yōu)化操作，包括定子調(diào)壓調(diào)速控制系統(tǒng)等。

該系統(tǒng)應(yīng)用的主要為閉環(huán)控制系統(tǒng)，內(nèi)設(shè)傳統(tǒng)系統(tǒng)具有硬性較大的機(jī)械特性，調(diào)速的精度和速度均具有較高的穩(wěn)定性，范圍也更為廣泛。實際開展制動、起動操作的過程中，可發(fā)揮較高的穩(wěn)定性，對起重機(jī)內(nèi)部的電控設(shè)備與機(jī)械結(jié)構(gòu)等造成的沖擊性影響相對較小。同時，此類系統(tǒng)的機(jī)械特性較硬，存在穩(wěn)定低速，可更為便捷的開展定位操作，也無須考慮保護(hù)措施缺乏的問題，可有效防止電阻器燒毀、砸箱等可導(dǎo)致嚴(yán)重影響的事故出現(xiàn)。利用電磁制動器基于低速狀態(tài)下開展相關(guān)操作，不會對剎車片造成顯著磨損，有助于延長設(shè)備應(yīng)用年限，降低維護(hù)和更換需求，進(jìn)而減少投入的成本和時間。

2.3 優(yōu)化效果

第一，電動機(jī)開展的減速、起動、加速等操作穩(wěn)定性有所提升，定位準(zhǔn)確性有所提高，沖擊性影響大幅減少。

第二，各類相關(guān)故障事故出現(xiàn)概率大幅度降低，更換、維護(hù)需求降低。根據(jù)用戶反饋，長時間內(nèi)，運(yùn)行持續(xù)平穩(wěn)，操作的便捷性及靈活性提升，生產(chǎn)效率及生產(chǎn)數(shù)量有所提高，安全性也具有顯著提升。

第三，系統(tǒng)維護(hù)的需求降低，便捷性顯著提升。由于可以較為清晰、完整地了解到系統(tǒng)的運(yùn)行及故障等信息，促使故障診斷相關(guān)操作的便捷性大幅提升，提高了維護(hù)工作的靈活性和簡便性。同時，可有效避免砸箱問題產(chǎn)生。

第四，就算具體開展集裝箱吊裝和運(yùn)輸相關(guān)操作的過程中，起重機(jī)控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障等相關(guān)問題，也能夠通過切換操作系統(tǒng)的方式，充分發(fā)揮應(yīng)急裝置實效性，此類裝置的應(yīng)用有助于確保起重機(jī)基于無調(diào)速檔位的情況下順利開展各環(huán)節(jié)起降操作，避免影響碼頭作業(yè)的問題。

對調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，雖然需要一次投入大量的資金成本，但基于安全性提升、維護(hù)成本等方面而言，簡單來講，基于綜合角度加以考量，包括經(jīng)濟(jì)、價格及性能等相關(guān)要素，此類方式的可行性較高。

2.4 其他優(yōu)化手段

實際開展變幅變頻設(shè)備擇選操作的過程中，不僅需要根據(jù)電機(jī)的功率，合理挑選變頻設(shè)備功率和相應(yīng)的進(jìn)線電壓，基于盤式制動器無法實現(xiàn)持續(xù)性的工作，因此，通常需要通過上升一擋、降低二擋等方式，還需要重視的是，因為變幅機(jī)構(gòu)存在相應(yīng)的位能負(fù)載，所以，需要擇選矢量型的變頻設(shè)備，并需要滿足正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行過程中的“S”特性需求。

因為水平機(jī)構(gòu)存在較強(qiáng)的機(jī)械慣性，所以，在擇選變頻設(shè)備的過程中，應(yīng)注重挑選制動單元較大的，在制動單元功率元件容量條件合適的條件下，可合理降低制動電阻的值，有助于在具體開展制動操作的過程中，由于慣性影響，導(dǎo)致能量難以及時釋放，進(jìn)而使得直流母線過電壓的問題產(chǎn)生。此外，可主動增加減速的時間，在主線路中的直流電壓和減速操作開展時避免失速的電壓相近時，需要暫停相應(yīng)操作，并等待主線路直流電壓值下降至合理范圍內(nèi)時，再繼續(xù)相應(yīng)操作。也可以選擇在變幅、水平變頻優(yōu)化的過程中，有效應(yīng)用PLC 控制，有助于簡化控制系統(tǒng)，降低相關(guān)故障出現(xiàn)概率。

3 結(jié)語

通過將調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用在起重機(jī)中的方式，既可以促使起重機(jī)各種功能更好地發(fā)揮出來，同時，由于避免和大幅降低傳統(tǒng)系統(tǒng)引發(fā)各種問題出現(xiàn)的概率。此外，也能夠通過和列設(shè)置相應(yīng)控制系統(tǒng)參數(shù)的方式，加設(shè)各種保護(hù)功能，有助于優(yōu)化系統(tǒng)的完善性。