大型港口机械电控技术的新发展

摘 要：伴随电力电子与微电子技术的全面开发，推动大型港口机械的电气设施持续的改进。因此我们要对大型港口机械电控技术的相关要求予以调整，使港口的机械电控技术与时代接轨。

关键词：大型港口；机械电控技术；发展

众所周知，随着信息时代的发展各领域对机械电控技术的需求也有所提高，因此对机械电控技术的革新势在必行，文章将以大型港口机械电控技术的新发展作为切入点，予以深入的探究，相关内容如下所述。

1.现阶段大型港口机械对电控技术的需求

目前一些港口码头的装卸机械对电气设施都有下述需求：（1）高效高速化，高速正反转，启制动稳定、确保设施可以长时间高速平稳的运行；（2）一经出现故障可以第一时间予以排除；（3）具有较高的安全性，可以保证设备安全运行，需要完善的安全保护机制，如负荷限制以及风速保护等；（4） 操作简易、在其转动时可以随机更换转速；（5）要方便其维修，匹配相应的检测显示设备与故障诊断管理机制。目前，大型港口机电气设施技术水平得到全面的优化，特别是海港用大型码 头装卸机械，几乎全部使用了前沿的电力电子技术。国内一些进口的港口机械也配置了较为前沿的电气 技术设施。因此我们可以发现以往的电气控制设施已被电子数字化控制系统所逐渐取代。

2.全电子数字控制模式

全电子数字控制模式是近年来电力电子技术与微电子技术领域的一个创新之作，其主要通过全数字化控制直流驱动设施、可编程序控制设备PLC、故障诊断与相关参数管理机制以及数字化检测等设备所构成。

2.1.全数字化控制直流驱动设备.

自八十年代一些大型港机就使用了全数字化直流驱动设备，九十年代中期G E公司就使用D C 一 300设施装置了四十台起重设备、西门子用S IM OR E G 一 K装备了八十台起重设备。

2.2.P L C和工业微机的全面使用

刚进入八十年代时P L C被广泛应用于大型港机，其可靠性较高，且不存在机械磨损等问题，在港口起重机械上使用主要包括下述特点：（1）可以简单的达到单机及半自动化；（2）减少继电器的使用率；（3）功能软件化，容易满足相关的使用需求；（4）便于和半数字化及 全数字化控制驱动设备数据通信相匹配。和计算机网络通信构建参数管理机制与综合参数管理库；（5）减少主令控制设备，触点仅根据指标予以对称安排，或通过光电编码设备，减低触点消耗进而延长使用寿命；（5）输出及输入组，尤其是智能R I/O组有L E D显示器，能够明确辨别设施状态与外设备的基本情况，只用少许投资就能够演示故障的检测及诊断设施。

2.3.故障的诊断与参数管理机制.

大型码头的主要装卸设施若长年停机，那么不但会影响港口的生产，同时还会对社会造成一定的影响。微电子技术深化了大型港机故障检测方面的发展。基本可以分为下述几种：

（1）参数记录设备；（2）模拟控制传动设备故障检测诊断设备；（3）以微处理器为核心构建的监控机制；（4）通过P L C组建监控机制。现阶段应用 （4）与（5）较多，下面来阐释一下：通过P L C组建监控机制，大型港机使用P L C系统与数控驱动设备组建控制 驱动体系，P L C采集相关设施的状态信号，综合驱动设备自诊断信息，加设显示屏与打印机，进而构建了监控体系。主要功能：（1）监视控制；（2）提示故障；（3）存储故障；（4）将相关故障打印成文。

其打印传输的信息通常为下述几种：（1）驱动系统故障；（2）相关体系连锁故障；（3）主电机过热，风机故障；（4）供电交流回路主开关以及主接触设备故障。

为深化监控诊断增强R A S综合性能、提高装卸生 产量与设施维修管理，以工业级个人微机系统作为P L C上位微机的起重机监控管理系体系，1988年一些具有一定实力的电气公司就已经推出。其中包括G E公司“延伸起重机管理体系 ―E C M S L E v E L S，还有 A B B公司“起重机微机监控体系―P c c R A N EM O N I T o R”等。

上述管理监控体系均利用有线及无线参数通讯和码头中心计算机联系使用并、串联通信和可编逻辑程序控制系统P L C相兼容，P L C经局部网和数字驱动设备进行连接，利用通信母线和相关设施相 联，硬件择取和B IM相匹配的工业 级个人微机。

2.4.数字控制.

主令与外在设施也逐渐趋于数字化。数字化无痕主令控制设备原有接点模拟控制设备的弊端包括下述几点：（1）电气机械使用时间偏短，且存在很多故障；（2）和其他控制相适应相匹配的主令闭合参数，导致其繁琐且种类杂乱；（3）模拟发送设备――自整角机角变压装置以及电位计等信号要通过A / D予以变更，提高P L C体系的繁琐性。使用P L C与RI /O系统的时候，后者组块能够装置于司机控制台中，这样可以更便捷的收集参数信号。

3.半自动控制

为深化工作效率，现阶段一些抓斗卸船机设备均匹配了半自动操作体系，其要从根本提高抓斗轨迹运行，减少循环周期。集装箱岸边起重设备半自动控制也在持续的改良。G E公 司在九十年代初期为自动化起重机已配置了近一百三十套系统。以下将对抓斗卸船机予以简单的介绍。

船限位抓斗和船的安全距离一定要通过人工进行输入。抓斗最佳运行轨迹也就是指在安全范围内全面利用小车和起升联动系统，根据最佳的轨迹减少周期。在抓斗通过手动完成抓取后，予以自行上升，同时和车的运行予以联动。完成一系列任务后小车驶入船舱后再进行手动抓斗。

以上是过去常规止摇控制的半自动操作，均通过P L C系统进行 。抓斗止摇统一摇摆控制是抓斗装卸桥半自动化的一个标志，可以从根本深化卸船效率。现阶段我们都会使用止摇控制机制与以A S E A体系为代表的摇摆控制模块。

4.交流变频调速技术

三相交流电机从上世纪开发以来至今已有一百多年的历史了，电力拖动控制技术也随之有了一定的发展，已从以往的直接起动变为现阶段的变频调速。交流电机其构建简单，且成本较低，近年来已被很多生产机械电力拖动系统作为核心动力。不过，电机的起动特点却始终没什么改变。由于电机在恒压下直接起动时电流大概超过其额定值的五倍，而电机转速需在短时间内从零提高到额定值，这回产生非常大的冲击，而且在起动开始大电流的作用下，会导致电网压减少，更有甚者会影响电网内其它设施的运行。由于电压瞬时下降，因此电机可能就会无法起动，进而导致电机堵转及烧毁。

变频调速技术是伴随交流电机无级调速的需要应运而生的。上世纪流失年代中叶，电力电子器件从晶闸管、双极型功率晶体管、门极可关断晶闸管、金属氧化物半导体场效应管、静电感应晶闸管、静电感应晶体管、MOS控制晶体管以及MOS控制晶闸管发展到如今的绝缘栅双极型晶体管、耐高压绝缘栅双极型晶闸管，器件更新推动电力革新技术的持续进步。自上世纪七十年代，脉宽调制变压变频（PWM-VVVF）调速研究吸引了相关学者的眼球，到二十世纪八十年代作为变频技术代表的PWM模式优化问题，更是让学者们产生了浓厚兴趣，同时研发了一些优化系统，其中最具代表性的为鞍形波PWM。

变频器即适用于工业通用电机与常规变频电机、常规电网供电（单相220瓦特、三相380瓦特50赫兹）、作为调速控制的一类可以调节电源频率的器件，其主要是通过滤波、整流（交流变直流）、逆变（直流变交流）、驱动、制动以及检测等构成。

起升机构较之运行机构的可靠性具有更高的需求。数字控制式电压型矢量控制逆变器是最为科学选择，富士电机公司的FRENIC 5000 VG3矢量控制驱动设备，不仅可以能满足快速启制动正反转、耐冲击负荷的需要，同时还可以在额定转速下予以恒力矩调速，若超过额定转速，则可实现恒功率控制，不管静态亦或动态都可以达到直流驱动同等性能，能够达到集装箱起重机的起升需要。

常规的电压矢量控制逆变器匹配于能耗制动电阻，在降低速度与下降环节中耗能产生制动力矩。为深化节能，实现再生制动，把驱动机构、电动机以及重物的动能反馈到交流电网，要用反并联可控整流桥替换二极管整流电路。这会使其在效率、节能以及功率等方面得到收益，同时也能够减少电源装机的容量。

而变频调压笼型电动设备驱动与直流驱动进行比较，前者可方便电动机的维护及修理、可以从根本加强其可靠性，同时在节能及遏制电网公害等领域均有突出的表现。应用于港口起重机上其会有下述优点：（1）较高的调速比，边界的操作；（2）减少起动所耗的电流、降低装机的容量以及功率消耗，调整功率负面因素；（3）无转子外接电阻能耗，可以控制不必要的能源浪费；（4）笼型电动机无电刷与集电环，能够便于维护及修理，且在恶劣的条件下亦可使用；（5）平稳启制动。

如何防止或减少异步电机起动瞬间大电流冲击现象，是保障电机良好运行的首要任务。为此，改善电机起动状态，使之处于低或无冲击及平滑柔和环境，各种限流起动的方法便应运而生。

交流变频调速技术现阶段在运行体系已被广泛的应用。起重机上采用的变频设备已有很多种类，基本可分为转矩控制类、通用类及矢量控制类等，根据重物下降制动形式我们将其分成再生反馈模式与耗能类。

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