图1 门机主体结构 注： 1.行走机构2.电缆卷筒3.梯子平台系统4.圆筒门架5.转台总成6.变幅机构7.机器房 8.超负荷装置9.立柱平衡系统10.集中润滑系统11.臂架系统12.起升机构13.回转机构14. 电气系统15. 中心受电器装配16.司机室17. 吊钩总成18. 防风拉索19. 高压电气房20.锚定装置21.防转装置 2 门座式起重机的控制要求及设计思路 交流传动为M10-30门座式起重机的首选方案。因为当今的变频技术已发展到普及阶
段，而且技术性能也具有直流传动的可比性，系统力能指标效率和功率又远高于直流系统，电网公害低，在我们南京港主要有以下电动调速方案：
1.交流绕线式异步电机转子串电阻调速。方式虽然陈旧，但因其具有简单、直观、成本低的优势，只要改变电阻阻值就可以实现不同场合的速度要求，在对调速要求不高的装卸式门机中广泛应用。采用PLC取代继电器逻辑控制，减少了线路工程，提高了自动的水平。随着电器材料和生产制造工艺的提高，开关的可靠性与寿命也大为提高，为系统提供了安全作业保证。
2.交流异步电机变频调速。此方法为交流电机最完善的调速方式，调速具有连续控制、平滑精度高的特点。也有恒转矩和恒功率控制性能，对负载突变有极好的响应。系统基波功率因数接近于1.0，对前级电源的容量配置要求低，且谐波等电公害小，力能指标远优于其他方式。在我港对要求平滑启动的行走机构上应用的较多。其缺点是制造工艺相对复杂、先期投入略高。多用于小功率异步电机的控制，但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。
3.涡流制动器调速。交流绕线式异步电机转子串电阻与同轴安装的涡流制动器组成的调速系统，由于涡流制动器直流励磁，因此无论电动机转向如何，永为制动作用，系统机械特性为二者合成。相当于双电机驱动。值得注意的是，该系统属于短时工作制，适用于低速、微速的场合。
2.1 起升机构
起升的主电路由一台起升变频器、起升电动机、制动单元制动电阻和一些开关器件组成。三相电源经过自动空开后接入变频器的电源输入端，变频器出线端接三相异步电动机以实现变频调速。其中所使用的两台电机分别驱动两只卷扬机。用吊钩时，两台卷扬机的钢丝绳通过钩头滑轮使两电动机的负载达到平衡。用抓斗时，两台卷扬机的钢丝绳一根作支持绳，另一根作闭合绳。
PLC控制原理：手柄在零位，相序正常，起升无故障，风速仪风速（风速达到18m/s时间断音响报警；风速达到20m/s时长音报警，并输出继电器触点断电信号）在正常范围内，超负荷（95%额定起重量时有灯光显示和声音报警，110%额定起重量时，输出继电器触点延时断电信号）正常，不作行走运行，起升无故障时，机构允许升降。若超负荷超出正常的范围，则只允许下降不允许上升。若在正常上升范围内，不超负荷，上升操作允许；在正常下降范围内，下降操作允许。另外，起升机构还装有起安全保护作用的多功能限位，限位能够实现正常升降位置前的减速、自动停止和极限位置时的紧急停止。起升机构的电机上还装有超速保护开关，以保证起升机构的正常工作。
2.2 变幅机构
M10-30型门机的变幅机构是典型的齿条传动系统，是由电动机带动减速器和单齿条传
动机构来实现的。为避免制动时的冲击采用了二级制动的方法，同时该系统还设置了负荷限制用于改善性能。
PLC控制原理：主令控制器置零位，相序正常，风速正常，变幅无故障，不作行走运行。增幅档时，不超负荷 ，限位正常，增幅操作允许，增幅指令依次输入到PLC，由PLC程序控制电机的运行，不论增幅（或减幅）、变幅制动器都打开，当手柄回零时，制动器延时抱闸，变幅机构到达最大（最小）幅度前会自动减速并最终停止。变幅机构的限位能够实现最大最小幅度前的自动减速，自动停止。另外还在臂架的下铰点处装有最大最小幅度的紧急停止限位开关。变幅电机上还装有超速保护开关以保证变幅机构的正常工作。
2.3回转机构
M10-30型门机的旋转机构由两台电动机同时拖动，为保证两台电动机的同时运行，采
用了同一接触器实现正反转控制。旋转机构没有使用电气制动，而采用的是脚踏液压开式制动器，制动器的力矩由司机脚踏力量的大小来控制。
PLC控制原理：回转主令置零位，风速仪正常，相序正常，回转无故障，回转手刹打开，不作行走运行，零位合上且自锁，主令置左旋档，回转脚踏处于正常位置，左旋允许。主令置右旋档，回转脚踏处于正常位置，右旋允许。
2.4 行走机构
M10-30型门机的行走机构是由四台门腿上的电机所驱动的，四台行走电机的转子中分别接有三相不对称电阻，其中的控制用的接触器称为加速接触器。具有过载、过流、短路、机械连锁、以及限位保护的功能。
PLC控制原理：行走主令置零位，行走无故障，各工作机构停止运行，电缆在正常行程范围内，
风速仪正常，相序正常，锚定及防爬提起，行走零位置1且自锁，不论左行、右行，联动台手柄操作后，制动器自动打开，停止运行时，制动器延时抱闸，电缆卷筒电机在行走运行停止后方可断电。只要有行走运行信号，在行走前，声光报警器就开始报警；停止运行后，声光报警器延时断电。
3.PLC与变频调速控制系统简介 3.1 PLC电气控制的优势
采用PLC控制的最大优点即是成本。变频调速的采用则是调速的性能变得很优越，但是变频调速的故障率与其他调速方式相比大大降低。还可以延长设备特别是电动机的使用寿命。这些都是变频调速的优点也是采用它的原因，将变频调速与PLC控制相结合就可以发挥两大系统的各自优势。
增设PLC可以很大程度上减少继电器接触器的使用量，这样一来最大的好处就
是直接降低了故障率。因为在继电器接触器控制的门座式起重机等起重设备中所出现的故障大约有60%是继电器接触器的故障。继电器接触器的触点、铁心、线圈由于震动、油污、灰尘、大电流等造成结构损坏、触点烧蚀粘连、线圈烧毁等故障。这些问题的直接结果就是使设备停用影响生产，造成一定的经济损失，特别是码头泊位、船台等一线作业场所使用的起重设备一旦停止运行损失将会很严重的。其次，继电器接触器控制接线量大，线路复杂，在后期的使用维护维修是比较麻烦。PLC电气控制系统技术之所以高速发展，除了工业自动化客观的需求以外，主要还是因为它具有许多独特的优点，可以较好的解决了工业领域普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。它主要有以下特点：
1.可靠性高、良好的抗干扰能力、系统稳定性高。PLC的平均无故障时间可以达到几十万个小时，这是普通继电器接触器控制系统所无法比拟的，因此整个系统的稳定性就提高了。
2.编程简单、使用方便，很容易被广大一线工程技术人员所接受。此外，当生产流程或系统的控制要求发生改变时，可以通过直接改变程序来实现，既不需要大量地更改硬接线也不需要附加设备，使用起来方便灵活。
3.功能完善、通用性强，设计安装简单、维护方便。由于PLC用软件代替了传统电气控制系统的硬件，并且将传统电气元件之间的连接用用户程序表示，使控制柜的设计、安装、接线工作量大为减少。PLC的用户程序大部分可以事先进行模拟调试，缩短了应用设计和调试周期，在维护方面，由于PLC的故障率很低，维修的工作量很小。即使出现损坏也只是直接更换掉相应的部件或模块即可。此外，PLC具有很强的自诊断能力，如果出现故障，可根据PLC上指示或编程器上提供的故障信息迅速查明原因，维修极为方便。
4.体积小、重量轻、能耗低、长远使用成本低。由于PLC采用了集成电路、其结构紧凑体积小，因而是实现机电一体化和节能节约的理想控制设备。随着PLC制造技术不断地提升，大批量生产，已经使PLC的成本逐步降低，一套设备的初期投资也随着降低，若从长远角度考虑，因为PLC具有的一些列优异性能必将使设备的长期使用费用大大降低。在能耗上，PLC消耗的电能比继电器接触器控制的电气系统要低很多，工业中大规模的应用PLC在能源日益短缺的今天具有积极地意义。
3.2 PLC控制器与变频器调速原理
PLC控制器以扫描方式依次读入各类按钮、开关类电器主令控制器的输入状态和数据，并将它们存入I／0(输入／输出)映象区中的相应单元内。在用户程序执行阶段，PLC控制器总是按顺序由上而下的依次扫描，预编好的各种软继电器及其触点组成逻辑程序(梯形
图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路图进行逻辑运算，然后根据逻辑运算结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM 储存区中对应的状态，或者刷新该输出线圈在I／0 映象区中对应位的状态；确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。当扫描用户程序结束后，PLC控制器就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I／0映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的被控负载，如各种电磁阀线圈、接触器、信号指示灯或变频器等执行电器，这时才是PLC控制器的真正输出。 变频器简单地说就是将电源的三相(或单相)交流电，经整流桥整流为直流电(交一直变换)，再把直流电经逆变器变为电压和频率可调的三相(或单相)交流电源(直一交变换)。其间电能不发生任何变化，而只有频率发生改变。 转子的转速计算公式如下：n?60f(1?s) p n -- 转子的转速； f --定子频率； s -- 异步电动机转差率； p -- 磁极对数。 由式可知，异步电动机调速的途经有改变磁极对数、改变转差率和调整输入频率。改变电机的磁极对数实际上就是改变定子旋转磁场的转速，加上电机的磁极对数是相对固定的，所以只有通过改变定子绕组的接法来实现。但是这种方法的缺点是显而易见的，主要是：最多只有4挡调速，不能得到最佳的运行效果，负载能力下降，工作效率下降，调速时必须改变绕组的接法，故控制电路比较复杂。改变转差率是通过在转子电路中串联电阻来实现的，这种方法只能用于绕线式电机，其缺点是因为要串联的电阻在电机外部，在电机的结构上就必须加入电刷和滑环，增加了故障率，同时调速电阻上将白白地消耗掉许多电能，调速后的机械特性比较“软”，不理想。 而改变电动机定子侧供电电源的输入频率，即可改变电机的同步转速和电机转子额定转速。但频率下降会导致磁通的增加，造成磁路饱和，励磁电流增加，功率因数下降，铁心和线圈过热，显然这是不允许的。为此，要在降频的同时还要降压，这就要求频率与电压协调控制，该协调控制的装置就称为变频器。在起重机上调速，电机产生的最大转矩不能变，这就需要维持磁通不变。现在使用的精确交流控制系统多为矢量控制，其基本点是控制转子磁链，以转子磁通定向，然后分解定子电流，使之成为转距和磁场2个分量，经过坐标变换实现正交和解耦控制。直接转矩与矢量控制不同，它不是通过控制电流、磁链等量来间接控制转矩，而是采用瞬态转矩的控制方式，把转矩直接作为被控制量来控制，其性能类似于他励直流电机特性。
门机的运行过程首先是全车通电，PLC控制器和变频器得电后，进行初始化自检和诊
断。开机时PLC控制器先将接收到的驾驶室操纵杆信号，转换为调速系统可直接处理的数字信号，然后通过Profibus现场总线网络传送到相应的变频器上，在完成PLC控制器对变频器控制的同时，还将变频器的运行状态，通过通讯网络Profibus现场总线，反馈到