港口起重機電控系統優化研究

黃曉輝

（上海振華重工（集團）股份有限公司，上海 200125）

現在在港口的起重機運行過程中，出現故障的種類較多，頻率也相對較高，特別是針對起重機的電控系統來講，相關問題的出現不僅容易導致嚴重的后果，對起重機內部系統造成的不良影響也較為顯著，基于此，有必要重視針對相關問題進行詳細分析，積極探尋和應用多種有效手段，針對起重機電控系統開展有效優化。

1 優化必要性

時代不斷發展，我國重工業發展速度逐漸加快，起重機在其中發揮的重要性越來越高，特別是針對大型的港口起重機來講，其在各環節生產操作中發揮的作用愈發關鍵。對于港口起重機而言，在實際開展吊運操作時，起吊對象通常為貨物集裝箱。如果吊運期間出現各類故障問題，將使得貨柜受損，甚至導致起重機損壞問題發生，進而使整個碼頭無法作業的問題產生。因此，多數的港口碼頭，多會在一個碼頭岸線上規劃多個泊位，且一個泊位上會安排多臺大型的起重機，作為備用，以應對突發狀況。

現階段，在起重機運行過程中，出現的故障問題較多，不僅包括機械消耗磨損，且許多故障問題都存在或者產生于電氣控制系統中，此類系統主要可分為應用定子調壓調速系統、變頻調速系統等，但其中很大一部分系統利用的依舊為傳統調速系統，即繞線式電動機轉子串電阻調速系統。該系統的主要原理為：于電動機轉子回路內開展多段外界電子的串入操作，通過凸輪控制器等設備進行控制，例如，針對容量相對較小的電動機，通常會應用凸輪控制器和電阻器的搭配應用，達到調速的目的；針對容量相對較大的電動機，通常會應用繼電器等達到調速的目的。

2 起重機電控系統優化

起重機內部的機構主要承擔動作運轉作用、鋼結構主要承擔載荷支承作用，機構動作過程中，涉及的起動、停止和運轉操作等都需要依靠液壓或者電氣控制系統實現，為了確保起重機穩定、可靠地運轉動行，保證電氣傳動、保護及控制實效性十分重要。傳統起重機的調速性能較差，加大了司機的工作壓力，對相關設備的損害也較大，設備維修、更換需求高，事故出現率較高，亟需優化。

2.1 傳統調速系統弊端分析

即便以往所應用系統可發揮調速的作用，但基于開環，導致系統整體的機械特性相對較軟，調速的精度、穩定性等均不甚理想，范圍也有限。同時，實際開展制動、起動操作時，會對起重機內部的電控設備與機械結構造成較為顯著的沖擊性影響，對起重機壽命及應用實效性的發揮存在不利影響。此類系統的速度通常不穩定，尤其是缺乏穩定低速，所以，工作人員需要多次地通過反接制動的方式實施負載定位等操作，使得大電流條件下的接觸器出現多次分合的情況，大幅提升了接觸器的觸點黏連或者燒毀等問題出現的可能性。

由于保護措施的缺乏，一旦繼電器接觸器控制系統出現故障問題，極易使得電阻器燒毀、砸箱等極易造成嚴重不良影響的事故出現。此外，該系統需要在運行操作開展的同時實施制動操作，會對制動器造成顯著的不良影響，導致制動剎車片出現較為嚴重的磨損問題，更換和維護的需求相對較高。

2.2 具體措施

基于這些問題，以往應用的調速系統中各類設備出現損壞的問題較高，維護和更換的需求也相對較大，需要投入大量的資金成本，同時，由于停車維護的概率較高，勢必會對生產造成較大不良影響，特別是針對集裝箱吊裝和運輸操作而言。這些問題出現的主要原因是由于利用了傳統轉子串電阻系統，所以，要想對其開展有效的解決操作，有必要利用另外的可開展高效率調速操作的系統針對起重機實施優化操作，包括定子調壓調速控制系統等。

該系統應用的主要為閉環控制系統，內設傳統系統具有硬性較大的機械特性，調速的精度和速度均具有較高的穩定性，范圍也更為廣泛。實際開展制動、起動操作的過程中，可發揮較高的穩定性，對起重機內部的電控設備與機械結構等造成的沖擊性影響相對較小。同時，此類系統的機械特性較硬，存在穩定低速，可更為便捷的開展定位操作，也無須考慮保護措施缺乏的問題，可有效防止電阻器燒毀、砸箱等可導致嚴重影響的事故出現。利用電磁制動器基于低速狀態下開展相關操作，不會對剎車片造成顯著磨損，有助于延長設備應用年限，降低維護和更換需求，進而減少投入的成本和時間。

2.3 優化效果

第一，電動機開展的減速、起動、加速等操作穩定性有所提升，定位準確性有所提高，沖擊性影響大幅減少。

第二，各類相關故障事故出現概率大幅度降低，更換、維護需求降低。根據用戶反饋，長時間內，運行持續平穩，操作的便捷性及靈活性提升，生產效率及生產數量有所提高，安全性也具有顯著提升。

第三，系統維護的需求降低，便捷性顯著提升。由于可以較為清晰、完整地了解到系統的運行及故障等信息，促使故障診斷相關操作的便捷性大幅提升，提高了維護工作的靈活性和簡便性。同時，可有效避免砸箱問題產生。

第四，就算具體開展集裝箱吊裝和運輸相關操作的過程中，起重機控制系統出現故障等相關問題，也能夠通過切換操作系統的方式，充分發揮應急裝置實效性，此類裝置的應用有助于確保起重機基于無調速檔位的情況下順利開展各環節起降操作，避免影響碼頭作業的問題。

對調壓調速系統進行優化，雖然需要一次投入大量的資金成本，但基于安全性提升、維護成本等方面而言，簡單來講，基于綜合角度加以考量，包括經濟、價格及性能等相關要素，此類方式的可行性較高。

2.4 其他優化手段

實際開展變幅變頻設備擇選操作的過程中，不僅需要根據電機的功率，合理挑選變頻設備功率和相應的進線電壓，基于盤式制動器無法實現持續性的工作，因此，通常需要通過上升一擋、降低二擋等方式，還需要重視的是，因為變幅機構存在相應的位能負載，所以，需要擇選矢量型的變頻設備，并需要滿足正、反轉運行過程中的“S”特性需求。

因為水平機構存在較強的機械慣性，所以，在擇選變頻設備的過程中，應注重挑選制動單元較大的，在制動單元功率元件容量條件合適的條件下，可合理降低制動電阻的值，有助于在具體開展制動操作的過程中，由于慣性影響，導致能量難以及時釋放，進而使得直流母線過電壓的問題產生。此外，可主動增加減速的時間，在主線路中的直流電壓和減速操作開展時避免失速的電壓相近時，需要暫停相應操作，并等待主線路直流電壓值下降至合理范圍內時，再繼續相應操作。也可以選擇在變幅、水平變頻優化的過程中，有效應用PLC 控制，有助于簡化控制系統，降低相關故障出現概率。

3 結語

通過將調壓調速系統應用在起重機中的方式，既可以促使起重機各種功能更好地發揮出來，同時，由于避免和大幅降低傳統系統引發各種問題出現的概率。此外，也能夠通過和列設置相應控制系統參數的方式，加設各種保護功能，有助于優化系統的完善性。