港口機械電氣安全控制系統設計

宋天佑，張天宇

(上海振華重工(集團)股份有限公司，上海 200125)

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港口機械電氣安全控制系統設計

宋天佑，張天宇

(上海振華重工(集團)股份有限公司，上海 200125)

傳統機械電氣安全控制存在線路煩瑣、控制接點多、故障高等問題，早已不能適應我國快速發展的現代化電力生產需求。針對電力系統及各種控制元件進行深入分析研究，希望能不斷提升港口機械電氣安全控制水平，更好滿足現代自動化和局部自動化發展要求，不斷提升電氣安全控制水平。

港口機械；電氣安全；控制系統；設計

1 機械電氣設備配置要求及工藝特點

門座起重機作為重要的港口碼頭裝卸機械，其主要由起升、行走、變幅和旋轉幾部分組成。抓斗作業采用的是兩套起升機構進行作業，抓斗開合作業方便維修，且兩套設備機構完全一致。這種設備可根據換裝索具需要實施抓斗、吊鉤等作業，積極開展空間立體作業，提升設備生產效率、速度和機動靈活性。

這種特殊的機械工藝特點提出了相應配套電氣設備的安全要求：設備制動、起升要求機械設備開關、變壓器和電動機等滿足各項要求；由于起重機作業屬于戶外活動、露天作業，工作環境較為惡劣，易受氣候環境因素影響；三維作業存在較大隨機性，要提升電氣安全控制系統保護功能、顯示報警和故障診斷功能。

2 起重機電氣傳動系統

港口門座起重機首選交流傳動M10-25，根本原因在于變頻技術的日益普及化和廣泛化。同時技術性能與直流傳動之間也存在一定的可比性，而系統功率因數和力能指標效率又遠遠高于直流系統，這類電網系統公害低，機械應用變頻調速。港口機械電氣傳動調速主要包括以下幾種方式：

第一，交流繞線式異步電機轉子電阻調速。這一方式雖老舊，但有著直觀、簡單、維修方便及成本低的特點，操作較為簡單只需調節轉子外串電阻大小，并考慮起重機力矩和承載能力等方面的因素。港口機械電氣安全采用PLC取代邏輯控制，電氣設備安全控制要盡量提升自動化水平、減少線路工程。生產制造工藝技術的進步極大提升了電氣設備的使用壽命和可靠性，保證了系統作業的安全性。

第二，交流異步電機變頻調速是目前最完善的交流電機調速方式，可實現整個調速范圍內速度的連續控制，具有精度高、調速平滑的特點。其缺點是先期投入高、制造工藝復雜。變頻調速是港口提高穩定性、實現平滑調速的發展方向。

第三，渦流制動器調速。渦流制動器采用的是直流勵磁，由交流繞線式異步電機同軸安裝渦流制動器組成。該系統僅適用于低速和微速等特定場合，渦流制動器額定轉速為100 rpm，工作制ED15%。

3 門座起重機電氣控制系統

門座起重機各大機構均由三相交流繞線異步電動機驅動，并由隔離開關送至各運行機構控制直流電源。通過操作主令控制器進行PLC輸入端口控制。港口機械輸出觸點容量為2A，采用老式CJ12系列，線圈電流大，可防止PLC內部電路燒壞。PLC有利于繼電器控制系統的長期發展，繼電器由電磁式信號控制開關。為推動電氣安全控制系統發展，必須要積極尋求全新控制裝置取代傳統繼電器系統，進而不斷提升電氣控制系統的工藝條件、維修和可靠性。可編程控制器是專門為工業環境應用設計制造的先進計算機，其輸入、輸出接口豐富，主要特點有：第一，系統編程方法簡單易學。梯形圖使用最多的就是可編程序控制器，該圖的表達方式、電路符號原理圖類似于繼電器電路原理圖，能直觀地進行形圖語言校對。使用人員需深入研究梯形圖語言，合理利用編制系統用戶程序。第二，系統性能價格和功能性強，一臺小型可編程控制器就包含上千部繼電器、計數器、定時器，其功能性極強，能實現復雜的系統控制，與功能相同的繼電器系統相比性價比高，可利用一臺可編程控制器同時控制幾臺設備，利用聯網通信也能實現集中管理和分散控制。第三，系統具有較高可靠性和抗干擾能力。傳統繼電控制系統中需用到大量的中間繼電器和時間繼電器，其觸點與接線多，容易產生接觸不良的情況，影響正常生產，造成系統故障。可變程序控制器能利用軟件系統替代大部分時間繼電器和中間繼電器，節省了大量的設備資金耗費，只需少量的輸入、輸出接線就能完成，其所需接線量僅為繼電器控制系統接線的1%，極大解決了接線點接觸不良的問題，有效提升了港口機械電氣安全運行效率。現代化技術手段的綜合運用，極大提升了機械設備的工作效率和安全性，可編程控制器采用軟硬件結合的抗干擾措施，實現隔離、屏蔽和自診斷、自恢復等應用，具有較強抗干擾能力，實現了設備無故障運行數萬小時以上，將其應用于干擾較強的起重機機房中十分適用，已得到廣大工業控制設備使用者的認可。

可編程控制器的應用極大降低了設計、安裝和調試的工作量，其梯形圖程序采用順序控制設計法，存在一定規律性且便于掌握，設計梯形圖所花費時間比設計繼電器系統電路圖所花時間少得多。可編程控制器具有工作量小、維修方便、故障率低的特點，能實現自我診斷、顯示和修復，通過對PLC發光二極管的觀察可掌握輸入輸出信號狀態。我港技術部門在對一臺舊M10-30進行電氣改造時，就加入了故障顯示功能，當PLC外部輸入裝置和執行機構發生故障時，可參考故障顯示提供的信息，迅速查明故障原因。

4 可編程控制器展望

可編程控制器應向高性能、大容量發展，門座起重機中的PLC輸出容量若可直接驅動接觸器線圈，必將簡化控制電路，降低故障率。隨著科技的不斷成熟，PLC價格將不斷降低，這將加速PLC在工業中的普及。增強可編程控制器的聯網通訊能力，使可編程控制器能與個人計算機及其他智能控制設備之間交換數字信息，形成統一的整體，實現分散控制和集中管理。

5 結語

通過上述分析可了解到PLC和變頻調速的應用將會引發工業系統的重大變革，是港口機械電氣安全控制的主要發展趨勢，我們必須要學懂學透這門技術，始終堅持理論與實踐相結合的原則，深入探索機械電氣安全控制，不斷提升工作質量和水平，為港口機械電氣安全控制事業發展而奮斗。

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Design of electrical safety control system for port machinery

SONG Tian-you,ZHANG Tian-yu

(Shanghai Zhenhua Heavy Industry (Group) Co.,Ltd.,Shanghai 200125,China)

In the traditional mechanical and electrical safety control,there are many problems such as complicated lines,high control contacts and high fault,and can not adapt to the rapid development of modern electric power production in China. Power system and a variety of control components were analyzed,hoping to continuously improve the port machinery electrical safety control level,better meet the requirements for modern automation and local automation,and constantly improve the level of electrical safety control.

Port machinery; Electrical safety; Control system; Design

2017-01-03

宋天佑(1984-)，男，本科，電氣工程師；張天宇(1983-)，男，本科，電氣工程師。

TD608

B

1674-8646(2017)06-0130-02