目前 PLC 控制系統已經在各大廠礦、制造業、交通運輸業等設備上得到了廣 泛的應用[21]。PLC 程序控制具備編程簡單、抗干擾能力強、性能穩定、程序可隨 時更新等特點，方便電氣控制系統軟硬件的設計、可經過線下試驗臺實驗從而安全 的應用到設備生產、制造現場等優勢[22]。因此現代 PLC 控制技術在各大生產企業 得到了有效的應用。海運及河運的核心在于港口碼頭，而港口碼頭的主力裝卸設備 是碼頭開展船舶裝卸作業的核心，因此隨著科學技術的不斷發展，港口碼頭裝卸設 備的大型化、專業化、智能化需求不斷提高[23]。因此在起重機生產行業，如：上 海振華、南京港機、青島海西等碼頭起重機生產制造單位已經將 PLC 變頻調速控 制應用于港口裝卸上。但老港口的港機設備仍可繼續服役，因此這類傳統港機設備 電氣控制系統的改造，成為了一項重要課題[24]。
在變頻調速系統控制中，最值得一提的就是矢量控制技術，矢量控制技術的提 出使得交流調速系統的動態特性得到了顯著的改善[25]，針對交流繞線式控制是一 個質的飛躍，最為關鍵的直接轉矩控制技術的研究以及使用，使得變頻調速控制技 術日趨成熟，直接轉矩控制使得電動機在低速度狀態下，能提供大轉矩支持，使得 電動機的運行特性顯著提高，速度控制精度、速度控制范圍、控制響應速度等方面 得到質的改善，現代變頻調速系統控制技術可適用在現代機械自動化生產的各大領 域之中[26]。
1.5 選題及主要工作內容
此次選題以 PLC 控制技術與變頻調速控制技術在傳統門座式起重機上的控制 方法研究為主題進行分析、計算[27]。
1.5.1 選題意義
以港口舊式門座式起重機為研究對象，進行電氣控制系統 PLC 的選型、PLC 的程序編程和變頻器變頻調速控制分析及設備選型以及相關電動機的計算選型開展 研究、設計。希望能為老港口的舊式起重機電氣系統控制的升級改造提供參考
[28]。
1.5.2 主要工作內容
針對舊式門座式起重機的電氣控制系統的在使用中的各類缺陷，討論傳統電氣
控制系統在目前生產作業中存在的局限性[29]，從而針對傳統電氣控制系統存在的 各類缺陷逐一出具解決方案，圍繞舊式門座式起重機如何適應現代化港口裝卸作業 開展研究、設計及實驗改造[30]。詳細工作內容如下：
1）分析舊式門座式起重機電氣控制系統存在的問題并提出解決方案 現代港口碼頭開展船舶裝卸作業，需要提高裝卸效率，提升裝卸質量，同時在
設備管理方面不斷降低設備維護成本，延長起重設備的使用壽命，從而降低港口碼 頭生產作業的運營成本，傳統的碼頭起重機電控還有很大一部分采用轉子回路串電 阻分段控制的交流繞線式電機繼電器-接觸器系統，設備陳舊、技術落后，裝卸效 率低，存在電能消耗大[31]；電阻分級切換，控制精度差導致設備各機構運行不夠 平穩，對電氣設備、機械機構沖擊較大；設備故障率極高，維修成本費用高；電動 機低速氣動力矩低；起升機構運行不穩，貨物裝卸位置得不到有效保障等缺陷
[32]。
針對以上情況根據起重機運行參數要求，擬設計一套由 PLC 控制的變頻調速 系統在門座式起重機上的應用，改造方法。
2）根據設備使用要求開展電機的選型計算工作 根據起重機生產參數需求，開展起升機構、變幅機構、旋轉機構及行走機構電
機的選型工作[33]。
3）PLC 控制系統的設計及程序編寫 針對舊式起重機電氣控制在目前港口船舶裝卸過程中存在的問題，以簡化控制
系統中的硬件電路、提高電氣控制系統的穩定性、可靠性利用 PLC 程序控制的優 勢對舊式門機開展 PLC 控制技術分析、程序編寫[34]。
4）變頻調速控制系統的設計與參數設置 根據門座式起重機生產參數需求、所選電動機的參數要求，以變頻調速系統具
備的調速性能好、調速范圍廣、調速精度高、動態穩定好、力矩控制響應快等特 點，選用與 PLC 相匹配的電動機變頻器，開展變頻調速系統的設計及參數設置
[35]。經過結合實際改造經驗，驗證變頻調速系統的可行性、合理性及穩定性。
5）合理利用試驗臺試運行 PLC 變頻控制系統，修訂程序設計及相關參數設置 使用 PLC 試驗臺，將已經編寫完成的 PLC 程序傳輸完畢，經過試驗臺的試車
控制，驗證 PLC 的程序編寫情況，找出相關程序漏洞，并合理修改[36]。 6）門座式起重機改造后的試運行 對門座式起重機電氣系統控制的改造完成后，PLC 程序修訂完成，變頻器參
數設置完成，開展對變頻控制系統的調試，確定電氣控制系統滿足改造的相關要求
后，進行試車工作，設備空載運行、重載運行。開展變頻器監控，及 PLC 程序控 制監控，確認 PLC 變頻調速系統控制研究的可行性及可靠性分析。
此次變頻調速系統控制方法的研究，是從解決老港口舊式門座式起重機電氣控 制系統出發，對傳統調速方案進行了控制方式的革新和數字化的改造，實現了節能 改造、提高了設備運行的精度控制、提升了設備運行的安全保護、降低了設備故障 率及設備維護成本[37]。
