港口起重机电控系统优化研究

2020-01-19黄晓辉

中国设备工程 2020年5期

黄晓辉

（上海振华重工（集团）股份有限公司，上海 200125）

现在在港口的起重机运行过程中，出现故障的种类较多，频率也相对较高，特别是针对起重机的电控系统来讲，相关问题的出现不仅容易导致严重的后果，对起重机内部系统造成的不良影响也较为显著，基于此，有必要重视针对相关问题进行详细分析，积极探寻和应用多种有效手段，针对起重机电控系统开展有效优化。

1 优化必要性

时代不断发展，我国重工业发展速度逐渐加快，起重机在其中发挥的重要性越来越高，特别是针对大型的港口起重机来讲，其在各环节生产操作中发挥的作用愈发关键。对于港口起重机而言，在实际开展吊运操作时，起吊对象通常为货物集装箱。如果吊运期间出现各类故障问题，将使得货柜受损，甚至导致起重机损坏问题发生，进而使整个码头无法作业的问题产生。因此，多数的港口码头，多会在一个码头岸线上规划多个泊位，且一个泊位上会安排多台大型的起重机，作为备用，以应对突发状况。

现阶段，在起重机运行过程中，出现的故障问题较多，不仅包括机械消耗磨损，且许多故障问题都存在或者产生于电气控制系统中，此类系统主要可分为应用定子调压调速系统、变频调速系统等，但其中很大一部分系统利用的依旧为传统调速系统，即绕线式电动机转子串电阻调速系统。该系统的主要原理为：于电动机转子回路内开展多段外界电子的串入操作，通过凸轮控制器等设备进行控制，例如，针对容量相对较小的电动机，通常会应用凸轮控制器和电阻器的搭配应用，达到调速的目的；针对容量相对较大的电动机，通常会应用继电器等达到调速的目的。

2 起重机电控系统优化

起重机内部的机构主要承担动作运转作用、钢结构主要承担载荷支承作用，机构动作过程中，涉及的起动、停止和运转操作等都需要依靠液压或者电气控制系统实现，为了确保起重机稳定、可靠地运转动行，保证电气传动、保护及控制实效性十分重要。传统起重机的调速性能较差，加大了司机的工作压力，对相关设备的损害也较大，设备维修、更换需求高，事故出现率较高，亟需优化。

2.1 传统调速系统弊端分析

即便以往所应用系统可发挥调速的作用，但基于开环，导致系统整体的机械特性相对较软，调速的精度、稳定性等均不甚理想，范围也有限。同时，实际开展制动、起动操作时，会对起重机内部的电控设备与机械结构造成较为显著的冲击性影响，对起重机寿命及应用实效性的发挥存在不利影响。此类系统的速度通常不稳定，尤其是缺乏稳定低速，所以，工作人员需要多次地通过反接制动的方式实施负载定位等操作，使得大电流条件下的接触器出现多次分合的情况，大幅提升了接触器的触点黏连或者烧毁等问题出现的可能性。

由于保护措施的缺乏，一旦继电器接触器控制系统出现故障问题，极易使得电阻器烧毁、砸箱等极易造成严重不良影响的事故出现。此外，该系统需要在运行操作开展的同时实施制动操作，会对制动器造成显著的不良影响，导致制动刹车片出现较为严重的磨损问题，更换和维护的需求相对较高。

2.2 具体措施

基于这些问题，以往应用的调速系统中各类设备出现损坏的问题较高，维护和更换的需求也相对较大，需要投入大量的资金成本，同时，由于停车维护的概率较高，势必会对生产造成较大不良影响，特别是针对集装箱吊装和运输操作而言。这些问题出现的主要原因是由于利用了传统转子串电阻系统，所以，要想对其开展有效的解决操作，有必要利用另外的可开展高效率调速操作的系统针对起重机实施优化操作，包括定子调压调速控制系统等。

该系统应用的主要为闭环控制系统，内设传统系统具有硬性较大的机械特性，调速的精度和速度均具有较高的稳定性，范围也更为广泛。实际开展制动、起动操作的过程中，可发挥较高的稳定性，对起重机内部的电控设备与机械结构等造成的冲击性影响相对较小。同时，此类系统的机械特性较硬，存在稳定低速，可更为便捷的开展定位操作，也无须考虑保护措施缺乏的问题，可有效防止电阻器烧毁、砸箱等可导致严重影响的事故出现。利用电磁制动器基于低速状态下开展相关操作，不会对刹车片造成显著磨损，有助于延长设备应用年限，降低维护和更换需求，进而减少投入的成本和时间。

2.3 优化效果

第一，电动机开展的减速、起动、加速等操作稳定性有所提升，定位准确性有所提高，冲击性影响大幅减少。

第二，各类相关故障事故出现概率大幅度降低，更换、维护需求降低。根据用户反馈，长时间内，运行持续平稳，操作的便捷性及灵活性提升，生产效率及生产数量有所提高，安全性也具有显著提升。

第三，系统维护的需求降低，便捷性显著提升。由于可以较为清晰、完整地了解到系统的运行及故障等信息，促使故障诊断相关操作的便捷性大幅提升，提高了维护工作的灵活性和简便性。同时，可有效避免砸箱问题产生。

第四，就算具体开展集装箱吊装和运输相关操作的过程中，起重机控制系统出现故障等相关问题，也能够通过切换操作系统的方式，充分发挥应急装置实效性，此类装置的应用有助于确保起重机基于无调速档位的情况下顺利开展各环节起降操作，避免影响码头作业的问题。

对调压调速系统进行优化，虽然需要一次投入大量的资金成本，但基于安全性提升、维护成本等方面而言，简单来讲，基于综合角度加以考量，包括经济、价格及性能等相关要素，此类方式的可行性较高。

2.4 其他优化手段

实际开展变幅变频设备择选操作的过程中，不仅需要根据电机的功率，合理挑选变频设备功率和相应的进线电压，基于盘式制动器无法实现持续性的工作，因此，通常需要通过上升一挡、降低二挡等方式，还需要重视的是，因为变幅机构存在相应的位能负载，所以，需要择选矢量型的变频设备，并需要满足正、反转运行过程中的“S”特性需求。

因为水平机构存在较强的机械惯性，所以，在择选变频设备的过程中，应注重挑选制动单元较大的，在制动单元功率元件容量条件合适的条件下，可合理降低制动电阻的值，有助于在具体开展制动操作的过程中，由于惯性影响，导致能量难以及时释放，进而使得直流母线过电压的问题产生。此外，可主动增加减速的时间，在主线路中的直流电压和减速操作开展时避免失速的电压相近时，需要暂停相应操作，并等待主线路直流电压值下降至合理范围内时，再继续相应操作。也可以选择在变幅、水平变频优化的过程中，有效应用PLC 控制，有助于简化控制系统，降低相关故障出现概率。