1.1 研究目的及意义

旧门座式起重机电气控制采用传统的接触器、继电器相关联的控制方式，且各机构驱动电机采用转子串联切电阻调速方式，这种残旧的电气控制系统结构复杂，控制精度低，效率低，能耗高，故障率高，稳定性差，同时对起重机机械结构震动损伤大。

针对港口旧门座式起重机电气控制在现代装卸生产存在的诸多问题，同时为简化旧起重机控制系统的硬件电路，提高旧起重机电气控制系统的稳定性、可靠性，利用PLC（Programmable Logic Controller）程序控制的优势对某港口的旧门座式起重机进行PLC控制技术分析、设计，并经实际改造检验，旧门座式起重机PLC控制系统设计合理、可靠，稳定性好，性价比高。

由于PLC程序控制具有编程简单、性能稳定，抗干扰能力强，程序可变，方便电气控制系统软硬件设计及现场施工等优势，因此，PLC控制技术在港口起重机上广泛应用，同时随着港口物流行业的高速发展，港口起重机逐渐向大型化、专业化、智能化方向发展，这就要求现代港口起重机的装卸效率更高，电气控制性能更加稳定可靠。目前国内港口起重机电气控制调速系统除部分采用直流调速外，绝大多数采用交流变频调速技术，起重机整机电气控制系统采用PLC程序控制。港口起重机电气控制系统通常在起升、变幅、行走和旋转等主要工作机构上采用变频调速控制，起重机整机采用PLC程序控制，同时整机PLC控制系统具有自诊断功能，逐步实现港口起重机使用简单化、人性化，同时也使港口起重机管理进一步的集中、高效。

针对港口旧门座式起重机电气控制在现代装卸生产存在的诸多问题，同时考虑交流变频调速系统具有调速性能好，调速范围更广，调速精度高，动态稳定性好，运行安全可靠等特点。选用安川起重机重负荷变频器对某港口旧门座式起重机进行变频调速系统的设计，经实际改造项目验证，旧门座式起重机变频调速控制系统设计可行、合理，稳定性好，性价比高。

近年来，随着现代控制理论、电力电子技术、变频调速控制技术及计算机数字控制技术在实际生产领域取得了重大进展，使得港口起重机电气控制系统发生了很大的变化。特别是矢量控制技术的提出使交流调速系统的动态特性得到了显著的改善，这无疑是交流传动控制理论上一个大的跨跃，更重要的是直接转矩控制技术的研究和使用，使变频调速控制技术口趋成熟，以其更高的调速精度、更宽的调速范围、更快速的动态响应及能在四象限可逆运行等特点，现代变频调速控制技术完全可以适应现代机械自动化生产的各个领域^[1]，[2]。

1.2 国内外研究现状

随着起重机的不断发展，起重机的调速系统也得到了发展。其调速方式主要分为改变电动机极对数调速、涡流制动器调速、转子电路串电阻调速和串级调速。上世纪末，起重机随着变频技术的发展开始采用交流变频调速技术^[3]。

改变电动机旋转磁场的磁极对数即为改变电动机极对数调速，电动机的调速就是通过电动机的同步转速发生变化而实现。也即通过改变电动机定子绕组的连接实现，操作设备简单是这种方法的主要优点。但这种方法只适用于不要求平滑调速的场合。

涡流制动器调速系统最早出现在西欧各国，经过几十年的不断探索、应用和改进，涡流制动器调速系统形成了完整的系列配套能力，其性能稳定，生产成本不断下降。但由于需要增装涡流制动器在电动机后面，因此需要较大的安装空间，尤其是将它应用在起升机构时，将大大增加起升机构设备布置的难度。此外，该系统的调速范围较小。同时，由于涡流制动器是一个持续发热设备，致使其不能长期连续工作，所以该系统将受到一定限制的应用。虽然该系统存在诸多缺点，但由于其成本较低，所以市场空间^[4]的潜力还是存在的。

可控硅交流定子调压调速系统最早由日本开发利用。由于电子技术的迅速发展，可控硅功率元件的性能得以不断改善、成本不断持续下降，而且在设计、使用上有较大的灵活性，所以日本率先开发并利用可控硅交流定子调压调速系统，其中日本的安川电机公司已发展一系列产品VS-390，功率范围为2.2~200KW^[5]。我国的情况基本上与日本类似，自从1960年第一个硅整流元件问世以来，可控硅和硅整流技术有了长足发展，但由于在系统设计、制造工艺、元器件质量、抗干扰能力及措施、技术培训、客户服务等方面还存在一定的问题，没能通过深入细致的研究工作加以改善和解决。因此，起重机生产厂和使用单位对“可控硅”总是敬而远之，导致这一新技术的发展和推广应用^[6]遇到了瓶颈。20世纪80年代以后，由建设部长沙建筑机械研究所和苏州电气控制设备厂共同研制开发的KJT型可控硅交流调压调速装置，该装置很好地解决了我国在高层建筑施工用塔式起重机提升时的调速问题，使我国的起重机定子交流调压调速电控设备进入了批量专业化生产的崭新时期，从而弥补了我国在可控硅交流定子调压调速控制系统方面的空白^[7]。可控硅交流定子调压调速系统的主要优点在于:一是调速比大，可得到极低速度;二是体积小，占用空间较少;三是投资较少，为企事业单位节约资金;四是可频繁起制动，并且控制简单、直观，而且反映速度快，过度特性好，可靠性高，维修方便。其缺点是:低速时效率较低，不能长期低速运行，低速开环控制时特性较软，转子电阻参数需合理匹配。