CN105984808A - 轮胎吊的调速装置及其调速方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于轮胎式集装箱起重机的调速装置及其调速方法，包括柴油机、发电机、整流单元、控制单元、运动控制器、至少一个第一变频器以及至少一个电机，还包括控制网络网关、速度控制单元，所述控制单元经过所述控制网络网关与所述速度控制单元相连接，所述速度控制单元与所述柴油机相连接，以控制所述柴油机的转速。因此可以根据实际功率调节柴油机转速，与传统轮胎吊相比可以节约大量燃油，节能环保，充分体现轮胎吊的灵活性，而且如果用户需要也可以采用岸电(市电)供电，节约成本。

Description

轮胎吊的调速装置及其调速方法

技术领域

本发明涉及一种智能调速装置及其调速方法，尤其涉及一种用于混合动力轮胎式集装箱起重机节能的智能调速装置及其调速方法。

背景技术

轮胎式集装箱起重机(轮胎吊)是集装箱货物进行堆码作业的专用机械。近年来为了响应国家节能减排的要求，以及应对受油价影响不断攀升的运营成本，寻求最合理的节能方案对国内各港口来说是一个亟待解决的问题。

传统轮胎吊采用常速柴油机拖动发电机，为了保持输出电压稳定，柴油机不分工况一直全速运行，空载时燃油浪费严重。

发明内容

为此，根据本发明的一个方面，提出了一种用于轮胎式集装箱起重机节能的智能调速装置，当轮胎吊用柴油机做为动力时，拖动可调速柴油机拖动同步伺服发电机，智能调速控制器根据轮胎吊运行实际需要的功率结合柴油机特性曲线计算出柴油机给定转速，控制柴油机在怠速与全速之间连续调节转速，连续调速期间变频器侧直流母线电压可保持在正常工作范围。根据实际负载调节柴油机转速，能够有效达到节约燃油的目的。当轮胎吊用岸电供电时，接通整流单元预充电电路，直流母线带超级电容，正常工作状态当提升机构每次带重箱下降时反馈的能量可以存储在超级电容里，供给其他机构使用。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于轮胎式集装箱起重机的调速装置，包括柴油机、发电机、整流单元、控制单元、运动控制器、至少一个第一变频器以及至少一个电机，还包括控制网络网关、速度控制单元，所述控制单元经过所述控制网络网关与所述速度控制单元相连接，所述速度控制单元与所述柴油机相连接，以控制所述柴油机的转速。

在本发明的另一个示意性的实施方式中，上述调速装置，还包括第二电源、主回路断路器、预充电电路，所述第二电源的输出端与所述主回路断路器的输入端相连接，所述主回路断路器的输出端与所述预充电电路的输入端相连接，所述预充电电路的输出端与所述整流单元的输入端相连接。优选地，上述第二电源为岸电电源或者市电电源。

在本发明的又一个示意性的实施方式中，上述调速装置还包括储能单元，与所述整流单元的输出母线相连接。优选地，上述储能单元为超级电容。

在本发明的又一个示意性的实施方式中，上述调速装置还包括第二变频器、滤波器、隔离变压器，所述第二变频器的输入端分别与所述整流单元的输出母线、以及与所述运动控制器相连接，所述第二变频器的输出端与所述滤波器、隔离变压器依次相连接。

在本发明的又一个示意性的实施方式中，上述控制单元为PLC可编程逻辑控制器，所述运动控制器为西门子Simotion D435控制器，所述至少一个第一变频器为西门子S120变频器。

根据本发明的另一方面，还提供了一种用于上述调速装置的调速方法，包括步骤：

-所述运动控制器采集所述至少一个第一变频器的实时运行参数信息；

-所述运动控制器根据所述实时运行参数信息获得所述柴油机的输出功率，并根据所述柴油机的特性曲线，获得所述柴油机的设定速度，并将所述设定速度发送给所述控制单元；

-所述控制单元根据所述设定速度通过所述控制网络网关将对应的设定速度控制信号发送给所述速度控制单元；

-所述速度控制单元根据所述设定速度控制信号控制所述柴油机的转速。

本发明提供的调速装置以及调速方法，可根据轮胎吊运行实际所需功率连续调节柴油机转速，优选地，动力可以油电混合切换。因此，相对于国内有些港口迫于高油价成本，不得已将传统轮胎吊供电方式由柴油发电机改为市电供电，限制了轮胎吊起重机的灵活性，而且受供电系统制约。而采用油电混合动力，柴油发电机供电可以根据实际功率调节柴油机转速，与传统轮胎吊相比节约大量燃油，节能环保，充分体现轮胎吊的灵活性，而且如果用户需要也可以采用岸电(市电)供电，节约成本。

附图说明

以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

图1为现有技术的轮胎式集装箱起重机调速装置。

图2为根据本发明的一个实施例的轮胎式集装箱起重机的调速装置。

标号说明

10 柴油机

20 发电机

21 第二电源

22 主回路断路器

23 预充电电路

30 整流单元

40 控制单元

50 运动控制器

60 第二变频器

61 第一变频器

62 第一变频器

63 第一变频器

64 第一变频器

65 储能单元

71 制动电阻

72 电机

73 电机

74 电机

75 电机

76 电机

77 滤波器

78 隔离变压器

80 控制网络网关

90 速度控制单元

具体实施方式

为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。

为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。

在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

在本文中，“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分，而非表示它们的重要程度及顺序等。

在本文中，“电性连接”即表示两个结构之间的直接的连接，还表示两个结构通过其他器件的间接连接。

图1为现有技术的轮胎式集装箱起重机调速装置。图2为根据本发明的一个实施例的轮胎式集装箱起重机的调速装置。下面结合图1和图2，详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，一个轮胎吊系统包括柴油机10，柴油机带动发电机20进行发电，发电机20所产生的交流电以一定的电压/电流/频率参数输入至整流单元30，经过整流单元30的整流作用，输出直流电并具有一定的电压/电流/频率参数。整流单元30经直流母线将直流电能输送至变频器61、62、63、64，这些变频器根据控制单元40以及运动控制器50的控制，控制电机72、73、74、75、76的运转，或者与制动电阻71相连接。在图1所示的系统中，由于柴油机10无法感知到电机72、73、74、75、76等的实时电能需求，因此采用常速运转的方式，所以往往造成能源的浪费，也造成码头作业的环保问题，不经济同时也不环保。

图2为根据本发明的一个实施例的轮胎式集装箱起重机的调速装置。根据本发明的一个实施例，如图2所示，用于混合动力轮胎式集装箱起重机的调速装置包括柴油机10、发电机20、整流单元30、控制单元40、运动控制器50、第一变频器61、62、63、64，电机72、73、74、75、76，还包括控制网络网关80、速度控制单元90，控制单元40经过控制网络网关80与速度控制单元90相连接，速度控制单元90与柴油机10相连接，以控制柴油机10的转速。

当轮胎吊采用可调速柴油机10做为动力时，拖动同步伺服发电机20进行发电，控制单元40可采用西门子PLC 317-2DP，运动控制器50可采用西门子Simotion D435运动控制器，变频器61、62、63、64可采用西门子S120系列变频器。运动控制器50根据柴油机10的特性曲线建立数学模型，并控制变频器61、62、63、64。变频器61、62、63、64拖动轮胎吊各机构对应的电机72、73、74、75、76运行时的实时电流、力矩等实时运行参数信息采集到运动控制器50，运动控制器50计算得出需要柴油机10提供的功率，根据柴油机10的特性曲线得到柴油机10的设定速度，控制单元40将对应于柴油机10的设定速度的设定速度控制信号通过控制网络网关80发送给柴油机10的速度控制单元90，速度控制单元90根据所收到的设定速度控制信号调节柴油机10的实时转速。

在柴油机10怠速时，发电机20输出的电压较低，运动控制器50控制变频器61、62、63、64将整流单元30的直流输出母线电压提升至正常工作范围，比如600伏特直流电压。

根据本发明的另一个实施例，如图2所示的轮胎式集装箱起重机的调速装置还可以包括第二电源21、主回路断路器22、预充电电路23。第二电源21的输出端与主回路断路器22的输入端相连接，主回路断路器22的输出端与预充电电路23的输入端相连接，预充电电路23的输出端与整流单元30的输入端相连接。这样，用户可以根据自己的需求，选择不同类型的电源，保证了轮胎吊的灵活性。

在一个优选实施例中，第二电源21可以为岸电电源或市电供电。市电供电时，增加预充电电路23控制。当柴油机10拖动发电机20发电时，电压是由0V逐步上升的，直流母线侧电压也是逐步升高，不会对并联在直流母线上的电容器造成很大冲击。当采用交流400V市电供电时，如果市电直接接到整流单元输入侧，电压突变，直流母线上的电容器所受冲击过大，可能会造成电容器损坏。所以当切换到市电供电时需要连接预充电电路23，使直流母线电压逐步升高。

在另一个优选实施例中，整流单元30的输出直流母线上还连接有储能单元65，当轮胎吊用岸电电源或市电供电时，经预充电电路23接通整流单元30，当轮胎吊的提升机构每次带重箱下降时反馈的能量可以存储在储能单元65中，供给其他机构使用。优选地，储能单元65为超级电容。

根据本发明的另一个方面，如图2所示，还提供了一种用于如前文所述的轮胎式集装箱起重机的调速装置的调速方法，可以对柴油机10进行智能、连续地调速控制。下面结合图2详细描述该方法的步骤。当轮胎吊采用可调速柴油机10做为动力时，拖动同步伺服发电机20进行发电，控制单元40可采用西门子PLC 317-2DP，运动控制器50可采用西门子Simotion D435运动控制器，变频器61、62、63、64可采用西门子S120系列变频器。运动控制器50采集第一变频器61、62、63、64的实时运行参数信息，包括实时电流、力矩等；然后运动控制器50根据采集到的实时运行参数信息得出需要柴油机10提供的功率，并根据柴油机10的特性曲线，获得柴油机10的设定速度，并将该设定速度发送给控制单元40；接着控制单元40根据该设定速度通过控制网络网关80将对应的设定速度控制信号发送给速度控制单元90；最后速度控制单元90根据它所接收到的设定速度控制信号控制柴油机10以使其在该设定速度上运行。

当柴油机作为动力时，柴油机可以被智能连续地调速控制。根据运行时各机构所需要的总功率实时调节柴油机10的转速，Simotion D435控制器采集各机构的实时运行参数在微秒级，实时性好，智能调速控制程序将实际所需功率与柴油机特性曲线相拟合，在保证输出足够功率的前提下，尽可能降低柴油机转速，以节约燃油。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于轮胎式集装箱起重机的调速装置，包括柴油机(10)、发电机(20)、整流单元(30)、控制单元(40)、运动控制器(50)、至少一个第一变频器(61、62、63、64)以及至少一个电机(72、73、74、75、76)，其特征在于，还包括：控制网络网关(80)、速度控制单元(90)，所述控制单元(40)经过所述控制网络网关(80)与所述速度控制单元(90)相连接，所述速度控制单元(90)与所述柴油机(10)相连接，以控制所述柴油机(10)的转速。

2.如权利要求1所述的调速装置，其特征在于，还包括第二电源(21)、主回路断路器(22)、预充电电路(23)，所述第二电源(21)的输出端与所述主回路断路器(22)的输入端相连接，所述主回路断路器(22)的输出端与所述预充电电路(23)的输入端相连接，所述预充电电路(23)的输出端与所述整流单元(30)的输入端相连接。

3.如权利要求2所述的调速装置，其特征在于，还包括储能单元(65)，所述储能单元(65)与所述整流单元(30)的输出母线相连接。

4.如权利要求2所述的调速装置，其特征在于，还包括第二变频器(60)、滤波器(77)、隔离变压器(78)，所述第二变频器(60)的输入端分别与所述整流单元(30)的输出母线、以及与所述运动控制器(50)相连接，所述第二变频器(60)的输出端与所述滤波器(77)、隔离变压器(78)依次相连接。

5.如权利要求2所述的调速装置，其特征在于，所述第二电源(21)为岸电电源。

6.如权利要求3所述的调速装置，其特征在于，所述储能单元(65)为超级电容。

7.如权利要求1所述的调速装置，其特征在于，所述控制单元(40)为PLC可编程逻辑控制器，所述运动控制器(50)为西门子Simotion D435控制器，所述至少一个第一变频器(61、62、63、64)为西门子S120变频器。

8.用于如权利要求1-7中任意一项所述的调速装置的调速方法，其特征在于，包括步骤：

-所述运动控制器(50)采集所述至少一个第一变频器(61、62、63、64)的实时运行参数信息；

-所述运动控制器(50)根据所述实时运行参数信息获得所述柴油机(10)的输出功率，并根据所述柴油机(10)的特性曲线，获得所述柴油机(10)的设定速度，并将所述设定速度发送给所述控制单元(40)；

-所述控制单元(40)根据所述设定速度通过所述控制网络网关(80)将对应的设定速度控制信号发送给所述速度控制单元(90)；

-所述速度控制单元(90)根据所述设定速度控制信号控制所述柴油机(10)的转速。