2现代集装箱岸桥-港口电气控制.ppt

第一节 概述第二节 桥吊的主要参数第三节 桥吊电控系统构成第四节 岸桥的电气驱动第五节 岸桥的电控系统岸岸 桥桥又叫桥吊、集装箱装卸桥、岸边集装箱起重机第一节 概述1978年，上海港机制造厂为天津港制造了我国的第一台岸桥。随着国际航运业的发展，对集装箱船舶以及岸桥提出更高的要求，集装箱岸桥的起升高度、起升重量不断增加。进入21世纪后，桥吊的主要参数都发生了很大的变化，起重量增加到65100吨，前伸距增加到6570米，起升高度增加到3845米。返回岸桥整体结构 岸桥的基本参数描述了岸桥的特征、能力和主要技术性能。基本参数主要包括几何尺寸、起重量、速度、控制与供电、防摇要求和生产率等。第二节 岸桥的主要参数返回岸桥几何尺寸图 一、几何尺寸参数一、几何尺寸参数1、外伸距R 0 2、后伸距R b 3、轨距S 4、起升高度H 5、联系横梁下的净空高度 6、门框的净空宽度CwpO 7、基距B 8、岸桥总宽Wb 9、门框下横梁上表面离地高度Hs 二、速二、速 度度 参参 数数 1、起升（下降）速度（1）额定起升（下降）速度（2）空吊具起升（下降）速度 2、小车额定运行速度（1）满载和空载时的小车运行速度（2）不同风压下的小车运行连度（3）小车运行加（减）速时间的限制 3、大车运行速度（1）满载和空载的大车运行速度（2）不同风速时的大车运行速度（3）大车加（减）速时间的限制（4）地面操作的大车运行速度和慢速控制 4、前大梁俯仰时间 5、应急机构速度 6、吊具倾转的角度范围和速度 三、三、电电 气气 参参 数数 1、供电电源的形式，电压和频率（1）电源型式:柴油发电机供电，高压交流电供电两种类型（2）电压:柴油发电机组供电、高压交流电供电 （3）频率：不管是高压交流电还是发电机组，只有50 HZ和60 HZ两种。2、设备总功率和装机容置（1）设备总功率（2）装机容量 3、码头面作业区域的照度（1）范围和定义（2）照度值要求 第三节 桥吊电控系统构成 一、一、高压供电系统高压供电系统1、电源及电压等级：岸桥由三相交流电源供电，供电电压根据码头的供电要求，一般在3.3KV-16KV。通过一个主动力变压器(功率在800KVA4500KVA之间)，供起升、大车、俯仰、小车驱动电源用；另有一个辅助变压器(功率在100KVA300KVA之间)供辅助机构、控制和照明用。电源频率为50HZ或60HZ。返回2 2、供电方式、供电方式（1）码头接线箱提供10千伏电源，通过机上电缆卷筒接至机器房内的高压进线柜并由变压器配电柜供电给变压器。（2）应急岸桥电源(380V,50Hz)，通过海侧门腿上的应急电源箱接到电气房内低压柜，供机构应急运行和PLC、照明、维修用电。（3）小车及吊具上的驱动与控制电源及通讯电缆，均经过电缆悬挂装置由电气房接至司机室吊具柜内，后大梁电缆槽、机房底部电缆槽与电气房底部相通。（4）吊具电缆采用48芯特软电缆；吊具上下架的电气连接采用55芯专用插头插座。码 头供 电设施岸桥高压电缆卷筒岸桥高压配电柜主 要变 压器辅 助变 压器各 机 构 驱动装置控制系统、照 明、辅助系统供电系统框图 电缆卷筒岸桥供电系统图 3 3、变压器：、变压器：（1）主变压器：整机变频驱动电源采用/Yn0连接，三相干式变压器。（2）辅助变压器：整机辅助机构、控制和照明电源采用/Yn0连接,三相干式变压器。4 4、电源控制柜、电源控制柜:（1）高压进线柜:包括高压进线端子，高压负荷开关，柜面板上安装有电压表、电流表及电源指示灯。柜内安装电度表,显示驱动机构耗电量。（2）高压动力配电柜:包括动力变压器用高压真空断路器及控制线路。柜面板上安装有电流表，操作按钮及电源指示灯。（3）高压辅助配电柜：包括辅助变压器用高压真空断路器及控制线路，柜面板上安装有电流表，操作按钮及电源指示灯。二、二、控制柜及其用途控制柜及其用途 岸桥主要有控制单元柜、主进线柜、主接触器柜、滤波单元柜、变流器柜、1#起升/大车驱动器柜、2#起升/大车驱动器柜、小车/俯仰驱动器柜、1#起升/大车切换柜、2#起升/大车切换柜、小车/俯仰切换柜、辅助柜、驾驶室吊具柜、驾驶室联动台等。控制柜1 1、辅助柜：、辅助柜：设设有有以以下下设设备备的的空空气气开开关关及及相相关关接接触触器器、热热继继电电器器：起升1#制动器，2制动器，起升紧急制动器，小车制动器，俯仰制动器，俯仰紧急制动器，大车制动器，起升1#电机风机，起升2#电机风机，俯仰电机风机，电缆卷筒，海侧夹轮器,陆侧夹轮器，1#4#机房风机，俯仰安全钩，托缆、小车张紧装置，大梁投光灯，大车投光灯，扶梯走道灯。并有大车PLC分站电源开关。门上装有大车、大梁投光灯、扶梯走道灯控制按钮。左右倾、平面回转电机，换绳装置，俯仰应急电机，大车警报等。并有辅助电源总开关，司机室总电源、理货室电源、切换接触器控制电源、岸电开关，控制电源开关，大车制动器电源开关，空压机电源开关，空调电源开关，小车/吊具柜电源开关，机房配电柜电源开关，司机室PLC分站电源开关，电焊机插座电源开关，三相维修电源插座开关，维修行车电源开关，电梯电源开关及部分PLC远程模块等。2 2、主控柜：、主控柜：装有ADERVANT CONTROLLER系列PLC，PLC工作电源及光纤通讯收发器。3 3、小车、小车/吊具柜吊具柜:装有PLC分站，光纤通讯收发器，小车/吊具柜总电源开关，吊具控制电源开关，吊具油泵电机电源开关，控制接触器，吊具控制继电器等。4 4、CMSCMS柜：柜：装有管理系统计算机主机、显示器、打印机及电源UPS 等。主控柜CMS5 5、大车、大车I/OI/O柜：柜：装有远程I/O模块（S800），光纤通讯收发器。地面操纵箱。6 6、操作台、操作箱、仪表箱、操作台、操作箱、仪表箱（1）左操作台（2）右操作台桥桥吊吊联联动动台台操操作作面面板板一一桥桥吊吊联联动动台台操操作作面面板板二二门门机机联联动动台台操操作作面面板板一一桥桥吊吊联联动动台台操操作作面面板板二二7、俯仰操作箱：俯仰操作箱：操作按钮及指示灯-俯仰停止按钮，俯仰快/慢速选择开关，俯仰上升带灯按钮，俯仰下降带灯按钮，俯仰停止按钮，俯仰抬钩/放钩开关，控制电源关带灯按钮，控制电源开/复位带灯按钮，俯仰手动/自动选择开关，紧停按钮，故障复位按钮，试灯按钮，故障指示灯，紧停指示灯，俯仰终点停止指示灯，俯仰紧急制动器释放指示灯，俯仰水平指示灯，俯仰挂钩指示灯。8、操作按钮及指示灯、操作按钮及指示灯状态选择开关，夹轮器夹紧/释放带灯按钮，速度选择按钮，大车左行按钮，大车右行按钮，起升上升按钮，起升下降按钮，控制电源关带灯按钮、控制电源开/复位带灯按钮，紧停按钮，旁路开关，大梁投光灯选择开关，故障复位按钮，试灯按钮，故障指示灯，各机构及整机工作时间表等。一、岸桥的负载特点一、岸桥的负载特点 岸桥在选择一个电气驱动方案时，首先要考虑的是该驱动对象的负载特点。岸桥的负载有以下特点：（1）起升机构是一个位能性负载，当箱重一定时，在任何转速下负载转矩总是保持恒定，而且负载转矩的方向也不随电机转速方向的改变而改变。（2）集装箱起重机的载荷有效率是50%，即有一半时间是空吊具运行的。即使是在带箱的时候，也不都是满箱起吊额定负荷。第四节 岸桥的电气驱动返回 为了提高生产效率，希望在轻载时能提高速度。负载转矩与转速成反比，即形成恒功率控制。（3）起升机构和小车行走机构都是间隔短时重复连续工作制，即对箱、吊箱、运行、对箱，周期性的起停或加减速，间隔很短。（4）起升机构下放重物的过程是一个能量转换的过程，此时的电动机处于再生发电状态。二、岸桥的电动机二、岸桥的电动机岸桥各工作机构的驱动目前交直流并存，直流驱动电动机仍被应用，但随着交流变频技术的日益完善和推广应用，应用交流变频拖动系统已呈上升趋势，所以，交流变频电动机的应用日益增多。1、起重机用电动机的基本特点、起重机用电动机的基本特点 2、起重机用电动机的工作制、起重机用电动机的工作制 3、起重机用直流电动机、起重机用直流电动机 4、交流变频专用电动机、交流变频专用电动机 三、直流驱动三、直流驱动针对岸桥负载的特点，过过去去选选用用直直流流驱驱动动较较多多，这是因为这是因为：（1）直流驱动的调速性能好，很容易实现基速下的恒磁场改变电枢电压的调压调速，以及基速上的弱磁恒功率调速。（2）启动转矩大，动态响应好，有很好的起制动特性。这对于司机对箱有很好的帮助。（3）重物下放时的机械能很容易转换成电能反馈给电网，系统效率高，节省了能源。但是，直流驱动也存在着缺点直流驱动也存在着缺点：（1）与交流电动机相比，直流电机结构复杂，价格高，维护工作量大。（2）为改善换向器的换向条件，要求直流电动机电枢漏感小，电机转子短粗，因而造成飞轮力矩大，限制了其速度响应时间和最高弱磁转速。（3）谐波分量大，功率因数较低，在高要求场合要增加谐波吸收及功率因数补偿装置。四、交流驱动四、交流驱动近年来，随着微处理器和半导体技术的发展，交流变频调速交流变频调速技术不断发展，实践证明这种交流控制系统具有许多优点具有许多优点：（1）无炭刷，无整流子，维护保养性非常好。（2）转子的转动惯量较小，因此电动机的速度响应好，最高速度比直流电机高。（3）电机可制成全封闭型（外扇冷却型），耐恶劣环境性能好。交流驱动还有以下优点交流驱动还有以下优点：（1）由于使用正弦波脉宽调制（PWM）控制方式，从进线电源处看，功率因数基本上接近 1。（2）较小的谐波电流，在进线侧可以不增加谐波滤波装置。（3）变频器加装直流电抗器以后，整体装置的功率因素高干0.9；如采用正弦波滤波器，功率因素接近于1。（4）考虑到维护的费用，交流系统有一定的价格优势，且随大容量主电路元件的开发运用，变频驱动的价格尚有较大的下降空间。1、驱动系统组成驱动系统组成 2、交流变频驱动的原理交流变频驱动的原理 3、交流变频驱动的控制方式交流变频驱动的控制方式 交流驱动的控制方式主要有以下几种：VF控制控制、电压矢量控制电压矢量控制、速度闭环矢量速度闭环矢量控制控制和直接转矩控制直接转矩控制等。起升及小车运行机构使用闭环矢量控制，大车运行及俯仰机构使用 VF控制。4、岸桥对交流驱动的特殊要求岸桥对交流驱动的特殊要求 五、五、岸桥电气驱动和控制的基本特征岸桥电气驱动和控制的基本特征1、起重机向重、高、大，速度更快的方向发展、起重机向重、高、大，速度更快的方向发展起升高度逐渐增高;小车行程越来越大;起升速度越来越快;小车速度越来越快。2、应该具有起升防下坠功能、应该具有起升防下坠功能传统的起重机当吊着重物从停止状态向上提升的启动瞬间，总可以看到重物是先朝下坠落一点，然后再向上提升运行。现代集装箱起重机电控系统中都应具有起升防下坠功能。其基本的原理是在每次制动器抱闸时，记录此时的电动机输出转矩，当下一次制动器再打开时，电动机就会输出上一次记忆的转矩值。第五节第五节 岸桥的电控系统岸桥的电控系统 一、起升机构控制一、起升机构控制 起升电气驱动 返回岸桥起升机构电控系统控制过程 二、大车机构控制二、大车机构控制 大车电气驱动 大车机构电控系统过程分析 大车电缆卷筒 三、小车机构控制三、小车机构控制 小车电气驱动 小车机构电控系统控制过程 四、俯仰机构控制四、俯仰机构控制 俯仰电气驱动 俯仰机构电控系统控制过程 限位保护俯仰安全钩保护 五、吊具控制五、吊具控制 岸桥吊具控制与轮胎吊基本相同，不同之处主要有：（1）岸桥吊具回转机构是由三台电机组合驱动完成的，可使吊具在水平、前后、左右三个方向倾转。（2）岸桥吊具四角一般都有导板，用来使吊具准确就位。（3）现代岸桥吊具一般具备电子防摇功能。（4）现代岸桥吊具除了常规电缆连接外，有的还用专门的PLC来控制，通过双线通讯来实现。六、先进的通信联网功能六、先进的通信联网功能 目前世界各国岸桥通常采用的通讯方式有4种，主要根据各港条件或不同供电模式选择。1 1、一般通讯电缆方式、一般通讯电缆方式 2 2、采用光纤通讯方式、采用光纤通讯方式 3 3、无、无线电线电通通讯讯以太网（以太网（RFETHERNETRFETHERNET）4 4、采用微波通、采用微波通讯讯方式即方式即Settled Settled Microwave Guide SystemMicrowave Guide System（简简称称SMGSMG系系统统）岸桥通信系统 岸桥报警及故障诊断系统 岸桥作业统计 七、半自动、全自动操作的实现七、半自动、全自动操作的实现 所谓半自动，就是指除吊具最后接触集装箱闭锁动作及吊具离开集装箱时的开锁动作由司机操作控制按钮完成外，其余运行轨迹及过程都能自动完成。全自动操作通常需要在两个固定点间吊箱或卸箱时才能采用。例如，德国汉堡港的双小车岸桥上，其第二小车安装在岸桥联系横梁海侧平台上。八、小车防摇系统的不断改进八、小车防摇系统的不断改进 电子防摇的方法有两种：一种是在小车架下安装一个发射装置（有的用激光发射器，有的用一摄像头）和一个接收装置，在吊具上架安装一个反射器。另一种是全电子防摇，它把小车的加速分成两个阶段，第一阶段加速到一半速度后，保持这个速度运行一段时间，为的是等吊具的摆动跟上这个速度，然后再进行第二阶段加速，达到最高转速，此时吊具也能跟上这个速度了。上述两种方法的防摇效果都是明显的。