PLC及变频器在港口起重设备上的应用

1、    plc及变频器在港口起重设备上的应用    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；设备故障；电气可靠性 文献标识码：a中图分类号：tp217 文章编号：1009-2374（2015）28-0054-02 doi：10.13535/ki.11-4406/n.2015.28.026可编程逻辑控

2、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，故障率降低，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f1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32。cpu是mcs51系列单片机，主频和内存都很小，最多允许编程1000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

3、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i2c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10t门机即选用了这种结构，其型号为omron的cqm1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

4、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，则中心受电器控制回路的环数将多达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

5、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障点，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

6、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

7、，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，已被人们接受。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

8、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