大型集装箱起重机电控系统的开发

1、大型集装箱起重机bookmark0电控系统的开发bookmark1丁方明70年代以来，随着世界集装箱运输业的迅速发展，集装箱装卸机械的电气控制系统也得到了较快的发展，以ABB、GE等著名公司为代表的电气供应商携其在自动控制领域的技术优势进入集装箱起重机行业，处于垄断地位。与之相比，我国的相关技术水平差距较大。其主要技术难度体现在集装箱起重机对电控系统运行的稳定性和可靠性要求愈来愈高起重机的起重量及运行速度等技术参数越来越大、起重机的自动化程度越来越高、起重机对管理和通讯的性能要求越来越严格。本文主要对交流变频调速系统的原理及应用、变频系统在起重机上的应用、起重机及远程管理系统、大型集装箱起重机

2、PLC控制技术等方面的内容进行研究。一、集装箱起重机电气控制系统基本情况1集装箱装卸机械电控调速系统发展的几个阶段我国集装箱装卸机械电控调速技术的发展，一直紧跟世界潮流。从70年代开始制造集装箱起重机至今主要分为3个阶段。第一阶段采用直流发电机一一直流电动机调速系统；第二阶段采用晶闸管供电一一直流电动机调速系统；第三阶段为全交流变频调速系统。2.变频调速在港口起重机上的应用特点变频调速在港口起重机电气传动上的应用具有以下特点变频系统与直流传动方案相比，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；）变频系统与常规电气控制方案相比，省去了电动机转子侧的大功

3、率电阻、加速接触器和电动机正反转交流接触器；）电机加减速时间可调整，可实现系统的软启动、软停止涯度变化平滑，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，可以长时间低速运行，能有效地防止重载空中失控；）采用矢量控制闭环方式，Hz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；）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载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，控制柜体积大为减小，元件少，若与变频器之间采用通讯方起重机主要运行机构全

4、部采用交流变频调速，一直是机械电气制造厂商的多年追求。从80年代起，世界各大公司均着手开发全变频集装箱起重机。因为轮胎式集装箱龙起重机采用柴油机发电机组，不能吸收系统反馈的能量，不需考虑变频技术中最困难的能量反馈电网的问题，所反馈的能量通过制动单元消耗在制动电阻上，相对技术难度低些。因此，首先在集装箱龙起重机上进行试验，并于90年代初获得成功，投入批量生产。从90年代中期起，变频装置能量反馈电网的问题得到解决，全变频的集装箱岸边起重机开始投入生产运行，生产规模逐年扩大。式，则无需使用PLCI/O接口及变频器输入端子。3激字控制技术在电气传动系统中的应用在现代交直流传动中，控制系统正逐步由模拟控

5、制技术转向数字控制技术。随着计算机技术突飞猛进的发展，充分发挥计算机控制综合优点的局面终于出现了。数字调速技术不仅使传动系统获得高精度、高可靠性，还为新的控制理论与方法提供了物质基础。数字电路抗干扰性好，反应灵敏。从发展趋势看，交流数字调速有两个发展方向：一是采用专用的硬件，大规模集成电路（IC）；二是采用通用计算机硬件，软件模块化、可编程化。研制交流调速系统专用的IC芯片，使控制系统硬件小型化、简单化。数字控制技术的应用使PLC和变频器可以直接通讯联系，使硬件连接线路简单。其控制精度、速度、可靠性更高。二、起重机及远程管理系统的原理及应用1大型集装箱起重机的通讯大型集装箱起重机和码头管理系统

6、之间的通讯联系通常有如下几种形式无线电通讯以太网（RFETHERNET）；）采用微波通讯方，每个站点均挂在通讯双绞线上。在每个站的内部其发送数据的电路和接收数据的电路轮流共用这对双绞线（如所示）。ProfiBus的物理层及采用光纤的ProfiBus网络传输层要解决的问题是协调各站点如何共享传输介质（双绞线）。整个ProfiBus的传输层工作原理如所示。结构为简单的总线或树型，因此数据报文目前，工控系统中广泛采用的通讯协议（即现场总线）有ProfiBusJnterBusDeviceNet在网络上不存在寻径问题。所以，ProfiBus的高层协议并不复杂。ProfiBusDP的协议工作流程比较简单。

7、首先，主站应知道所有从站的配置情况，即在主站上应配置每个从站的站号、I/O数量。这里，从站的I/O是相对于主站而言的。从站的Input数据是从站发送给主站的数据，从站的Output数据是从主站发送给从站的数据。主站与从站的通讯建立的流程如所示。主站通过通讯总线核对每个从站的配置信息主站进人轮询从站、交换数据状态息：电流、电压、力矩、频率等。有了这些信息以后，我们就可以再使用CIMPLI-CITY等工控软件对整个系统的状态进行监控了。值得一提的是，CT的驱动器在处理ProfiBus通讯的信息时，其反应周期在10ms以内完全满足我们对系统的精度要求。另外PofiBus是一种开放的网络其节点数在一个

8、子网中可达128个之多。其节点的添加也非常容易，对其他的节点没有任何影响，同样，在某个节点发生故障时对其他的节点不会发生影响。这就使得各个机构能够相互独立地工作，使系统更加稳疋。总之，使用现场总线以后可以使得PLC与驱动器之间联系更紧密，彼此之间可以方便地交换大量数据，从而使上位监控成为可能。通过电气控制技术在大型集装箱起重机中的应用研究，可以有效地提高我国岸边集装箱起重机的国产化水平，对促进我国港口的现代化建设及相关产业的结构调整，带动全行业改造传统产业、提高生产效率、加速相关行业的技术创新进程，可以起到推动与示范作用。未来集装箱起重机将向着自动化运转、数字化控制、采用自动定位和识别技术，以及先进的遥控和通信技术、先进的港口网络系统、机械故障遥诊系统、虚拟现实技术等方向发展最终实现集装箱起重机的大型化、高效化、实用化。这对我国港机工业的