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港口门座式起重机电控调速系统改造分析

发表时间：2021/9/10 来源：《时代建筑》4月上作者：莫贵敏

[导读] 近年来，我国港口贸易总额不断上升，港口货物的吞吐量一直呈增加趋势，旧式的港口门座式起重机的性能已经无法满足港口货物装卸的需求，因此，亟需对港口门座式起重机进行改造。

北部湾港钦州码头有限公司莫贵敏广西钦州市 535008

摘要：近年来，我国港口贸易总额不断上升，港口货物的吞吐量一直呈增加趋势，旧式的港口门座式起重机的性能已经无法满足港口货物装卸的需求，因此，亟需对港口门座式起重机进行改造。本文分析了门座式起重机的主要构造，并以我公司的MQ1035门机为例进行系统变速改造，希望为港口门座式起重机的电控改造提供参考。
关键词：门座式起重机；电控系统；调速改造
        港口门座式起重机一般安装在港口码头附近，用来装卸运输到港口的货物，这种起重机在海港、内河码头等地方使用非常广泛。大多数旧式门机的调速方式为串电阻调速，这种调速方式为有级调速，它的调速范围比较小，在不同的速度之间切换有明显的卡顿，变速不够平滑，对门机整体会造成一定的冲击，尤其是在停机和启动的时候，会出现明显的震动，这会对门机的架构连接之间造成一定程度的磨损，大大增加了维修成本。近年来，随着港口物流的飞速发展，港口货物装卸的自动化程度不断提高，门机变速系统的改造技术逐渐成熟，在港口门机中的应用也越来越普遍。
        1、门机改造的主要硬件
        对门机系统进行变速改造主要是对它的起升、变幅、旋转、行走等机构的电控系统进行改造。这些机构的电机功率一般比较大，造价比较昂贵，进行改造的费用也较高，因此在实际改造过程中往往根据使用需求进行选择性改造。目前，我国的旧式门机改造主要改造起升、变幅和旋转等机构。
对门机进行调速改造的主要硬件包括司机室、PLC控制系统、变频器以及电动机、编码器等电气单元。本次需要进行调速系统改造的门机编号分别为8-2#、8-5#，型号为MQ10-30。设备使用的变频器为ABB ACS604系列，其起升、变幅、行走机构（与变幅共用变频器）采用ABB变频器调速控制，并运用GE的SERLES90-30系列的PLC作为控制中心。
        2、PLC控制系统
        PLC是起升、变幅、旋转、行走这四大机构的控制中心，他负责接受现场设备传递的输入信号，然后输出控制各机构和场地其他设备的信号，以此进行工作。PLC的改造要结合现场的输入信号的类型、作用及数量，同时还要考虑该PLC型号规格是否与门机的控制工艺相匹配。
        本机采用GE的SERLES90-30系列的PLC作为控制中心，能够分别对不同程序项目进行编程，其中包括变幅、旋转、行走、报警等部分的编写，既便于用户的浏览，也便于维修操作。
        3、变频器系统
        由于起重机各机构的特性和实际应用有所不同，因此在选用变频器进行调速时要对此进行甄别，起重机的起升、变幅、旋转和行走四个机构所需的变频器功率是不同的。在对起升变频器选型时，应考虑变频器的安装、通讯方式、外购件，以及实际工况如重载作业、加速度时间的要求等等，并要考虑一定的余量，在确保设备技术性能和安全性能达到同类先进技术水平前提下，选择符合要求的型号。本公司进行改造的起重机使用ABB的ACS604系列变频器已经停产多年，备件已经停产，被全新一代ACS880变频器所替代。为了解决用户设备老化，提高变频器运行的稳定性和生产效率，降低维修和维护成本，我们在保留原柜体的情况下将原变频器升级改造为ACS880系列的变频器。
        3、1变频器
        （1）原有变频器情况
        1.8-2#门机已处于故障中，起升1变频器已拆下部分功率板及电源板，起升2变频器整体外观老旧，因使用时间已有17年，元件老化严重。
        2.8-2#变幅/行走变频器整体外观较好，但元件已老化严重，存在故障隐患。
        3.8-5#门机起升1起升2变频器外观较好，但元件已老化严重，存在故障隐患。
        4.8-5#变幅/行走变频器整体外观观较好，但元件已老化严重，存在故障隐患。

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        3、2起升机构
        起升机构是起重机的核心机构，它包括支持机构和开闭机构，这两个机构均为是位能变动性负载的控制方式。系统需要保证良好的动态性能，才能保证货物在装卸的过程中保持平稳，安全可靠。原有绕线式电动机难以满足调速控制条件，因此电动机需要更换成更具有优越性，高性能的变频专用电动机。本公司起升机构选用的编码器品牌为倍加福、渡边、宜科或同等品质以上的国际知名品牌公司产品；独立带超速开关的，超速开关选用国内知名品牌，选型应符合门机性能和国家相关规范要求，安装尺寸也应符合电机内编码器/超速开关安装位置的要求。
        3.3变幅、旋转、行走机构
        门座式起重机起升机构、变幅机构原配的绕线式电机更换为起重机变频专用电机, 以提升起重机两大运行机构的输出力矩。由于门座式起重机起升机构对变频调速硬度、低频转矩特性及动态快速相应的特殊要求, 宜采用变频闭环矢量调速控制方式, 而变幅机构采用变频开环控制方式即可满足要求。
        4、系统改造要求
        1.针对项目内容，报价人派遣与门机“PLC-变频器控制调速系统”安装、调试相匹配资质的、有相关经验的、健康的专业技术人员进入现场修理。
        2.产品的安装部位、方向及管线位置，应该符合相关规范及产品技术文件的要求，并与其他电气装置留有安全距离与维修空间，不得出现干涉现象；产品安装应考虑工作时门机上的震动、安装支架/支座的强度等，安装需牢固可靠；安装支架/支座的数量、强度不够时，须合理增加其数量或加强其强度，增加、加固时，不能损坏其他设备、部件。
        3.配线的敷设应美观、整齐、固定、无交叉、无电磁干扰，符合《电气装置安装工程起重机电气装置施工及验收规范》的规定。其中，线缆两端应牢固压接相应的接线端子，并标有清晰的接线编号；线缆应装在线槽、保护套或镀锌钢管内，在易受机械损伤、热辐射的部位，线缆应采取保护措施。
        4.金属结构及所有电气设备的外壳、电缆金属外皮，接地保护应按《电气装置安装工程起重机电气装置施工及验收规范》执行。
        5.为保证“PLC-变频器”控制系统速度控制的准确性，要求使用现场总线通讯控制方式。
        6.起升机构的电机采用编码器+超速开关组合形式或使用带有超速开关功能的编码器作为速度、位置的反馈，与“PLC-变频器”控制系统形成闭环回路控制。
        7.“PLC-变频器”控制调速系统设置完善的保护机制，如相序检测、超速、过流、过压、短路、防溜钩控制等一系列保护、控制功能。
        8.产品的安装、调试等相关的施工作业应符合相关规范，变频器等电气设备的参数设置、系统调试应严格按照其技术文件的要求、标准进行。未经产品生产厂家以及询价人同意，报价人不得擅自改变产品的性能、配置、构造等。
        9.维修改造后门机须达到或优于维修改造前的性能状态或港口行业实际性能需求，门机作业效率不得低于维修改造前的作业效率。
        5、结语
        本文通过本文分析了门座式起重机的主要构造，阐述了变频器系统的改造情况，最提出了改造要求。本文以我公司的MQ1035门机为例进行系统变速改造，减少了制动器的摩擦损耗和运行噪声，降低了起重机的运行能耗，并提高了整机运行的稳定性和工作效率，希望能为港口门座式起重机的电控改造提供参考。
参考文献
[1]门座式起重机状态检测及其安全寿命估算[J]. 庄松鹏. 中国水运(下半月). 2021(05)
[2]刘普.基于PLC和变频器的港口门座起重机控制系统研究[D].南京理工大学,2014.1-76.
[3]葛秀盛,??刘丕香?门座起重机电控系统变频改造[J].起重运输机械.2007, (4)
作者简介：莫贵敏（1988-），男，本科，助理工程师，主要从事：港口设备技术管理工作。