门座式起重机是港口起重机械的主力军，经过近几十年的发展，虽然我国在设计、制造工艺、设备使用维修和管理方面不断地改造推动了技术的持续进步。但是在实际生活中我们仍然面临着许多有待解决的问题。当前随着工农业生产自动化发展水平越来越高,人们对门机的要求也越来越高。

与其他行业的机械电气转动系统一样，门座起重机电气传动系统经历了直流发电机-电动机（G-M）；晶闸管—直流电动机（SCR-M）的直流电动机调速系统和异步电动机的变极调速；绕线型异步电动机转子串电阻调速；调压调速；转差电动机调速；串级调速的发展过程。众所周知，直流电动机有换向器和电刷，维护保养麻烦，价格也昂贵，容量上也受到一定限制。而上述的几种异步电机调速分别存在能耗大、调速范围有限、功率因数低、不能在大功率中应用等缺点。

交流异步电机变频调速是目前交流电机最完善的调速方式，速度可在整个调速范围内连续控制，调速平滑、精度高。有恒转矩和恒功率控制性能，对负载突变有极好响应。系统功率因数近似于1.0，对前级电源的容量配置要求低,且谐波等电网公害小，力能指标远优于其他方式。变频调速的平滑调速和其较高的稳定性是港口电机调速的方向。变频器在港口机械企业已经得到普遍的认可。目前生产的港口起重机几乎是百分之百的都使用变频调速。起重机械行业中变频调速控制系统主要采用变频调速技术和可编程逻辑控制技术，真正实现了变频器在位势能负载上的应用，可取代传统的起重机调速系统，适用于新设备的制造和既有设备改造。随着电控技术特别是变频调速技术的迅速发展，变频调速技术在诸多调速技术中的优势势必会引导起重机械应用企业进行变频改造，来提高起重设备的性能。同时，随着机械行业的发展，配置的变频器也会随科学技术等因素的提高而进一步的优化升级。

但在国内，交流变频调速在起重机特别是大吨位起重机上的应用还刚起步，原因是作为起重机核心机构的起升机构其位能性负载特性和使用安全性的需求使一般通用变频器在性能上不能满足要求。低频时能否达到恒转矩输出；空中是否溜钩等问题一直是起重机起升机构使用变频调速的难点，还有起升机构重载下放时其再生制动能量是消耗在制动电阻上还是回馈回电网，这些一直都给起重机使用全变频调速控制系统带来困惑。近年来，矢量控制变频器的出现给起重机能否安全使用变频调速技术带来了生机，国外、国内各大专业电气公司也都在致力于这方面的开发和研究，因此，怎样使矢量控制变频调速技术用于起重机电气传动，实现四象限运行，保证起升机构各种工况要求和良好的低速就位性能，对推动港口机械电气控制与调速系统的更新换代，具有非常实用的意义。

2. 研究的基本内容与方案

门座式起重机旋转机构电气控制系统设计

本次设计采用PLC 变频器的驱动方式控制门座起重机的旋转机构，控制硬件配置主要由主令控制器、PLC、变频器、电动机及其它电气单元组成。主令控制器信号被发至PLC输入模块，PLC再将操作信号发送到变频器，使变频器产生相应的频率控制电机转速，进而实现对门机旋转机构的控制。下图所示为门座起重机旋转机构变频调速系统框图。

门座起重机旋转机构变频调速系统框图

变频器

变频器是变频调速系统的核心装置,它主要分为交一交变频器和交一直一交变频器两种类型"交一交变频器是把频率固定的交流电源变换成频率连续可调的交流电源"虽然它没有中间环节,变频的效率也比较高,但是连续可调的频率范围窄,一般是在额定频率的1/2以下,故它主要用于容量较大的低速拖动系统中"交一直一交变频器是先把频率固定的交流电#8194;整流成直流电,再把直流电逆变成频率连续可调的三相交流电源"由于把直流电逆变成交流电的环节较易控制,因此,在频率的调节范围,以及改善频率后电动机的特性等方面,都有很明显的优势,这也是如今起重机变频调速统多用这种变频器的原因,本文中采用绝大多数变频器采用的交一直一交变换方式。

保护装置