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基于豐富的產(chǎn)品，針對不同行業(yè)特性，深入場景，提供智能制造綜合解決方案，助力企業(yè)智能化改造和數(shù)字化轉(zhuǎn)型。 -
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基于豐富的產(chǎn)品，針對不同行業(yè)特性，深入場景，提供智能制造綜合解決方案，助力企業(yè)智能化改造和數(shù)字化轉(zhuǎn)型。
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1.引言
港口起重機械與其它傳動機械相比對變頻器有著更為苛刻的安全和性能上的要求。既要滿足頻繁的起、停，顯著的振動與沖擊，較大的過載能力以及各種惡劣的使用條件等；又要滿足供電的特點：各種諧波分量較大，急劇的電流、電壓變化，向下要保證恒轉(zhuǎn)矩平滑調(diào)速，向上保證弱磁高速時的滿功率輸出，并且在低頻、基頻與高頻都必須具有足夠多的輸出力矩等；更重要的是要滿足港口機械的安全問題。
在這種情況下，新時達(dá)開發(fā)基于矢量控制的四象限高性能起重變頻器，成功應(yīng)用于上海港務(wù)集團(tuán)振東集裝箱碼頭分公司130號岸橋上，為港口起重機械設(shè)備電控系統(tǒng)的國產(chǎn)化邁出了重要一步。
2.130號岸橋改造情況
改造岸橋編號130，位于外高橋二期上海港務(wù)集團(tuán)振東集裝箱碼頭分公司，由上海振華重工(集團(tuán))股份有限公司制造并于2003年7月投入使用，如圖1所示。
圖1 振東公司130號岸橋
表1 130號岸橋電機驅(qū)動設(shè)備表
本次改造，保留原品牌PLC及LCL濾波器，替換原品牌的AFE和變頻器，PLC與變頻器驅(qū)動器間數(shù)據(jù)交換由原品牌專用SX總線改成為通用的Profibus-DP通訊。改造后的130系統(tǒng)控制流程如圖2所示。
圖2 130岸橋系統(tǒng)框圖
改造后的新時達(dá)電控系統(tǒng)為：
1臺原品牌PLC，增加SX轉(zhuǎn)Profibus-DP模塊；
1臺AS510-4T0400 400kW AFE取代RHC400-4C AFE；
2臺AS520-4T0160取代原品牌FRN160VG7S-4LC變頻器，分別驅(qū)動2只132kW起升電機或分別驅(qū)動8臺18.5kW電機及2臺15kW大車行走電機；
1臺AS520-4T0132取代FRN132VG7S-4A變頻器驅(qū)動4臺22kW小車電機或驅(qū)動1臺55kW俯仰電機。
130號岸橋電控改造于2012年1月30日開始到2012年2月4日完成安裝和調(diào)試工作，2月5日投入運行。改造現(xiàn)場如圖3、圖4所示。
在改造過程中，主要難點如下。
（1）原品牌PLC和新時達(dá)變頻器控制的匹配：抱閘控制和動態(tài)性能，因為是提升集裝箱的，故要求即使電機在很低的轉(zhuǎn)速下也需要足夠的轉(zhuǎn)矩來提升或放下集裝箱，而且在放下或提升時都不能有溜鉤現(xiàn)象，否則將帶來嚴(yán)重的安全問題。
（2）采用原品牌LCL濾波器與新時達(dá)AFE配合問題
表2 新時達(dá)AFE實測數(shù)據(jù)
（3）大車同步控制。大車由10 臺電機拖動，其中8臺電機由同1臺變頻器控制，其余2臺由另1臺變頻器控制，并且8 臺電機組和2 臺電機組電機功率和齒輪傳動比不相同。為保證大車的同步運行，采用主從控制方式，將主變頻速度通過CAN總線傳給從變頻，保證大車2個變頻驅(qū)動電機最終速度的一致性。
（4）小車平滑啟動，快速制動。4臺小車電機由同1臺變頻器控制，采用閉環(huán)矢量控制，達(dá)到電機的平滑控制。
（5）俯仰電機多年未用。由于改造前未知俯仰電機情況，改造后變頻器運行，電機未能啟動。經(jīng)多方檢測，電機早已損壞，更換電機后，一切正常。
（6）通訊問題。原品牌PLC不支持Profibus DP，采用第三方SX總線轉(zhuǎn)Profibus DP總線，調(diào)試復(fù)雜。采用新時達(dá)自行設(shè)計的DP模塊，與原品牌系統(tǒng)兼容性剛開始出現(xiàn)不少問題，導(dǎo)致通訊誤報故障。后通過改PLC通訊程序并增加相關(guān)的附件，確保了通訊的正常使用。
3.運行情況
AFE變流器
新時達(dá)AS510有源前端AFE具有減少電流諧波、母線電壓平穩(wěn)、減少無功功率等特點。在實際的使用中，除了調(diào)試階段出現(xiàn)的通訊故障外，至今一直運行穩(wěn)定。經(jīng)過測試，在岸橋各種不同載荷下，整流器輸出的直流電壓和反饋電壓穩(wěn)定，電壓波動在正常范圍內(nèi)，電壓諧波小于1.5%，電流諧波小于5%。通過在試生產(chǎn)階段各種工況的測試數(shù)據(jù)來看，滿足130橋吊的交流與直流可逆變換的需求。圖5為AFE運行圖。
圖5 電網(wǎng)波形
變頻器（AS520-4T0160及AS520-4T0132）
起升和小車變頻器從試運行到目前為止未出現(xiàn)任何硬件故障，軟件運行穩(wěn)定可靠。圖6-8分別為弱磁波形、主從同步波形和掛艙保護(hù)波形。
圖6 起升下行弱磁曲線
圖7 主從控制波形
圖8 掛艙保護(hù)曲線
在改造完成的試生產(chǎn)階段，經(jīng)過多次調(diào)試和控制軟件的精細(xì)化調(diào)整，變頻器的控制軟件故障從最初出現(xiàn)7種到現(xiàn)階段偶爾出現(xiàn)過速度偏差可復(fù)位故障；使岸橋作業(yè)投入初的2月份每作業(yè)1000TEU的復(fù)位性故障為20.74次，到了3、4、5月下降到每作業(yè)1000TEU的復(fù)位性故障為2次以下，經(jīng)過5月份一次精調(diào)后，6、7、8月每作業(yè)1000TEU的復(fù)位性故障為0.3次以下，故障數(shù)量級的下降，驗證了新時達(dá)變頻器硬件的高可靠性，控制軟件的精確性，起升電機抱閘時聲輕機穩(wěn)，電流波形平滑。從現(xiàn)在130橋吊的使用情況來看，新時達(dá)變頻系統(tǒng)滿足該類橋吊的可靠使用。表3數(shù)據(jù)來自振東集裝箱碼頭分公司8月23日前統(tǒng)計數(shù)據(jù)。
表3 運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計表
4.應(yīng)用體會
在剛投入使用的1個月內(nèi)，由于對碼頭工況的不熟悉，特別是司機操作習(xí)慣的理解不深入，出現(xiàn)了較多的復(fù)位性故障，隨著雙方項目團(tuán)隊間交流的深入，故障也越來越少地光顧130改造項目。從2月改造到現(xiàn)在的8個多月應(yīng)用效果上來看，完全達(dá)到了130岸橋的作業(yè)要求。
通過實載實測，表明該變頻器電氣性能符合港口起重機電控技術(shù)要求。其主要的技術(shù)性能指標(biāo)與國內(nèi)外同類產(chǎn)品相當(dāng)，部分性能指標(biāo)要優(yōu)于國內(nèi)外同類產(chǎn)品。對港口起重裝卸的穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高、降低維修成本、減輕工人的勞動強度起著重要作用，取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。
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