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，向下要保證恒轉矩平滑調速，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，新時達開發基于矢量控制的四象限高性能起重變頻器，成功應用于上海港務集團振東集裝箱碼頭分公司130號岸橋上，為港口起重機械設備電控系統的國產化邁出了重要一步。

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集團振東集裝箱碼頭分公司，由上海振華重工(集團)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號岸橋電機驅動設備表

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與變頻器驅動器間數據交換由原品牌專用SX總線改成為通用的Profibus-DP通訊。改造后的130系統控制流程如圖2所示。

圖2  130岸橋系統框圖

改造后的新時達電控系統為：

1臺原品牌PLC，增加SX轉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，分別驅動2只132kW起升電機或分別驅動8臺18.5kW電機及2臺15kW大車行走電機；

1臺AS520-4T0132取代FRN132VG7S-4A變頻器驅動4臺22kW小車電機或驅動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日完成安裝和調試工作，2月5日投入運行。改造現場如圖3、圖4所示。

在改造過程中，主要難點如下。

（1）原品牌PLC和新時達變頻器控制的匹配：抱閘控制和動態性能，因為是提升集裝箱的，故要求即使電機在很低的轉速下也需要足夠的轉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象，否則將帶來嚴重的安全問題。

（2）采用原品牌LCL濾波器與新時達AFE配合問題

表2   新時達AFE實測數據

（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，采用閉環矢量控制，達到電機的平滑控制。

（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Profibus DP總線，調試復雜。采用新時達自行設計的DP模塊，與原品牌系統兼容性剛開始出現不少問題，導致通訊誤報故障。后通過改PLC通訊程序并增加相關的附件，確保了通訊的正常使用。

3.運行情況

AFE變流器 

新時達AS510有源前端AFE具有減少電流諧波、母線電壓平穩、減少無功功率等特點。在實際的使用中，除了調試階段出現的通訊故障外，至今一直運行穩定。經過測試，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定，電壓波動在正常范圍內，電壓諧波小于1.5%，電流諧波小于5%。通過在試生產階段各種工況的測試數據來看，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任何硬件故障，軟件運行穩定可靠。圖6-8分別為弱磁波形、主從同步波形和掛艙保護波形。

圖6  起升下行弱磁曲線

圖7  主從控制波形

圖8  掛艙保護曲線

在改造完成的試生產階段，經過多次調試和控制軟件的精細化調整，變頻器的控制軟件故障從最初出現7種到現階段偶爾出現過速度偏差可復位故障；使岸橋作業投入初的2月份每作業1000TEU的復位性故障為20.74次，到了3、4、5月下降到每作業1000TEU的復位性故障為2次以下，經過5月份一次精調后，6、7、8月每作業1000TEU的復位性故障為0.3次以下，故障數量級的下降，驗證了新時達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，電流波形平滑。從現在130橋吊的使用情況來看，新時達變頻系統滿足該類橋吊的可靠使用。表3數據來自振東集裝箱碼頭分公司8月23日前統計數據。

表3  運行數據統計表

4.應用體會

在剛投入使用的1個月內，由于對碼頭工況的不熟悉，特別是司機操作習慣的理解不深入，出現了較多的復位性故障，隨著雙方項目團隊間交流的深入，故障也越來越少地光顧130改造項目。從2月改造到現在的8個多月應用效果上來看，完全達到了130岸橋的作業要求。

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要求。其主要的技術性能指標與國內外同類產品相當，部分性能指標要優于國內外同類產品。對港口起重裝卸的穩定、生產效率高、降低維修成本、減輕工人的勞動強度起著重要作用，取得了較好的經濟效益和社會效益。