浅谈三井轮胎式集装箱龙门起重机的改造与调试

1、浅谈三井轮胎式集装箱龙门起重机的改造与调试天津港集装箱码头有限公司 陈鹏飞 1 改造背景三井轮胎式集装箱龙门起重机（RTG，简称场桥）于上世纪八十年代引进，经过二十多年的作业，它的缺点逐渐显露，工作效率低，故障率高，需要投入大量的保养费和维修费。随着国际集装箱运输业务的不断扩大，它越来越不能胜任码头的装卸作业需要，因此，必将通过技术改造，使其性能达到比较先进的水平，以适应港口现代化生产的需要。2 改造方案2.1 电控系统的选择三井场桥的技术改造主要针对其电控系统，我们采用了日本安川（YASAKA WA）公司的CP-316H系列全数字交流调速系统及安川公司VS-686CR5和两个VS616-G7

2、变频驱动设备。日本安川公司的CP-316H系列 PLC是先进的可编程逻辑控制器，它实际体积小，性能价格比高，容易安装与配置，提供了先进的的编程平台与开发平台，并且该设计除了具有传统的可编程逻辑控制器的特点外，还具有一系列独特的优点，如贯穿全部产品的系列兼容性、完善的CP-717程序设计软件、报警处理器功能、插件板上不设跨接线及密码保护等。因此，在三井场桥控制系统的设计中我们采用了CP-316H系列PLC。2.2 交流电控系统的优点改造后的三大机构均采用交流电机，取代了之前的直流电机。相较于直流电动机而言，交流电动机特别是鼠笼式异步电动机具有结构简单、制造成本低、坚固耐用、运行可靠、维护方便、惯

3、性小等优点，并且易于向高压、高速和大功率方向发展。近年来，随着现代控制理论、新型大功率电力电子器件、新型变频技术以及微型计算机数字控制技术等相继在实际应用中取得重大进展，特别是矢量控制技术和直接转矩控制技术的应用，变频技术日趋成熟，并凭借其宽广的调速范围、较高的稳速精度、快速的动态响应以及可在四象限作可逆运行的性能，位居交流传动之首。其调速性能完全可以与直流传动相媲美, 并有取代之趋势。交流电控系统在场桥电气传动上具体有如下优点：（1）变频系统与直流传动相比,可以不用制造复杂、价格昂贵、维护麻烦的直流电动机, 而选用方便, 节能, 经济的交流电动机。（2）变频系统与常规电气控制方案相比, 省去

4、了电动机转子侧的大功率电阻、加速接触器和电动机正反转交流接触器。（3）电机加减速时间可调整，可实现系统的软启动，软停止，速度变化平滑，运行平稳，低速性能稳定。（4）能满足起升机构对调速硬度、低频转矩特性及四象限运行的要求;可以长时期低速运行;能有效的防止重载空中溜钩现象。（5）采用矢量控制闭环方式，0Hz时起升电机也能以额定转矩输出. 实现零速抱闸，可以全速受控，减少抱闸闭合时的振动及抱闸磨损。（6）无需采用机械变速装置，利用变频调速50Hz以上恒功率调速方式即可将空钩及轻载工况的起升速度提高一倍，类似于直流电机的弱磁升速方式，可大大提高生产率。（7）配用PLC后，控制柜体积大为减少，元件少，

5、若和变频器之间采用通信方式，则无需使用PLC I/O接口及变频器输入端子。2.3 变频器的选择与使用三井场桥在变频器的使用上，大车陆侧电机与起升机构电机共用一个变频电控系统主回路单线图调速器（VS-686CR5）(1INV），该调速器包括整流器与变频驱动器两部分，其输入电压为460VAC，输出电压为380VAC。它由两个交流接触器(TB1、TB2)分别选择起升和大车陆侧的运行。两机构分别具有独立的速度调节器、电流调节器、电流限制值、过流脱扣保护及磁场控制参数等。为防止两个机构在同一时刻运行，采用先到先服务的方法，即先操作的机构先运行，只有当一个退出运行后，另一个机构才能运行。大车海侧电机、小车

6、电机由另两个变频调速器（VS616-G5）分别驱动。对再生能量的处理，变频器通过外接在直流母线的制动单元将再生制动能量消耗在制动电阻（R1、R2）上。3 调试过程对三井场桥的调试主要有以下几个方面：3.1 通讯系统的建立由于改造后的三井场桥电控系统采用PLC控制，所以通讯系统的建立与连接是场桥正常运行的基础。场桥内通讯系统的建立，即主PLC(1CPU)与三个变频器之间的通讯，它们是依靠CP-216型通讯模块来实现；以及主PLC与电气房（E/R）、司机室（CAB）从PLC之间的通讯，它们是依靠CP-215型通讯模块来实现的。在此过程中，要了解场桥通讯系统图、通讯线路在电气房内的基本布置，以及设备

7、的具体位置。1CPU3INV1INV2INVST#3TTMASTERCP-216CN3215RIOST#1CP-215CN13CPUCP-215CN7CN1CN7CP-215CMSCN1CN12CPUCMSCN1CN2ST#1CN2ST#2GT-2CN2215RIOCN1CAB场桥通讯系统图3.2 变频器及PLC数据的清零和上传1) 变频器数据清零和上传由于变频器在出厂时，里面的参数存在缺失或与实际使用的条件有差异，所以在使用前必须对其进行数据的清零和上传，具体操作如下：在menu菜单下program中将A1-03的数值改成2220，初始化设置后重新断送电，再将A1-03改回原值0，即清零结束

8、。然后将电脑与主PLC通过数据线连接，在管理程序CP-717中找到对应的变频器，右键上传数据即可。注：给变频器传参数时，要确认变频器型号与要传参数的属性是否相同。例如：要确认INV001属性（选中INV001按右键点击属性即可）中电压电流额定是否与变频器型号相同（在变频器正面有注解），如不一致则以变频器为准更改。2) PLC数据的清零和上传主PLC程序的初始化和上传：在通电状态下将CP-316H上的RST开关由OFF转换为ON，然后拨回到OFF；RUN/STOP开关拨到STOP；INIT开关拨到ON；TEST开关拨到ON；将各DIP开关拨回到原位，拉合PLC电源后程序初始化完成。程序上传时将电

9、脑中的程序全部加载到PLC中（HDàCPU）即可，由于CP-316H中有蓄电池，因此可以将程序直接传输到CP-316H中，即使断电，程序也不会丢失。从PLC程序的初始化和上传：将215RIO模块上的SW旋钮拨至“79”位置上，按RESET按钮后断送电，215RIO模块即完成初始化。其程序的上传和主PLC一样，但是因为它不带蓄电池，所以上传之后需立即闪存。3.3 电机的自学习改造后的三井场桥，电机的控制方式是闭环矢量控制，实现了在极低速时的平滑运行和高力矩高精度的速度、力矩控制。由于不知道矢量控制所必要的电机参数的场合，可用自学习功能自动地设定电机参数。起升电机的自学习，具体方法如下：

10、1) 首先修改VS686CR5变频器的参数，将B1-01(速度指令)、B1-02(运行指令)都由3（通讯方式）改到0（手操器方式），将C1-01（加速时间）、C1-02（减速时间）都由0改到10。然后确认编码器方向，用手向提升方向盘动起升电机，在U1-05中观察速度反馈信号的正负，如果是负值，说明编码器A、B相接反。此时可通过倒换编码器A、B相加以调整。2) 其次修改程序，点动电机。在程序中强制主控和起升继电器使吸合，在程序中首先根据情况强制不通的点，使MASTER RELAY （S）闭合；强制OB2D01àON（hoist master）、1MS RELAY动作，使HOIST BB

11、封锁解除；在程序中强制OB2D08àON，使起升电机回路1M接触器闭合，同时使1M RELAY和1MSX回路接通。合控制电源，准备完毕后，给起升一个向上的速度，观察电机运转方向是否向上，若不是向上，需要倒一下起升电机的相位。 H MASTERMB001301H MASTEROB02D01H MASTERHOIST MASTER1MMB0020401MAOB02D081MAHOIST CONTACTOR 1M3) 然后需要根据电机的名牌参数修改E2参数，此时主要需要修改的是额定电压、额定电流、额定功率、额定转数以及额定频率等，需要将变频器参数和电机参数设定一致。4） 最后将T1-01设定为2（通用电机），将手操器置为DRIVE方式,显示“CAL12”（第1台电机第2种方式运行）。按run自学习开始，显示end后自学习结束，在自学习结束后，要进行测试，具体为将电机速度从10%增到100%，观察电压是否上升平稳，电流是否基本不变，当速度达到100%后，电压值是否等于设定电压（380V），如果低于，应改变电机空载电流（E2-15）来调节，使INV输出电压与电机电压值相同。大车电机、小车电机的自学习方式和