CN202829343U - 多起重机错峰运行控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多起重机错峰运行控制系统，包括总控制器、电流检测装置、电压检测装置、至少一个开关装置以及至少两台起重机，每台起重机包括有控制器、操作手柄、变压器、整流单元、逆变单元、提升电机、制动单元、制动电阻；所述电流检测装置和电压检测装置的输入端以及各起重机的变压器的输入端连接所述开关装置的输出端，所述电流检测装置和电压检测装置的输出端以及各起重机的控制器均与总控制器相连。该多起重机错峰运行控制系统能够协调控制多台起重机的上升和下降运动，防止所有起重机同时上升的小概率事件发生，避免突加大负荷给供配电设备带来的电气冲击，同时充分利用下降产生的再生能量，减少回馈电网的能量，使总功率需求降低，从而可以减小变电站设计容量，减少投资、降低运行损耗和谐波污染。

Description

多起重机错峰运行控制系统

技术领域

本实用新型属于起重机械控制技术领域，尤其涉及一种控制多台起重机错峰运行的控制系统。

背景技术

港口和码头常见的集装箱岸桥、厂桥、卸船机、门机等工业起重机多数均从公共电网获取电能，用于提升负载。目前普遍采取的供电方式是在码头设立一个变电站，同时为码头上多台起重机供电。每台起重机是一个独立的作业设备。如图1所示，这是一个采用交流变频驱动的起重机控制系统的典型结构，包括一个变压器，将进线电压变换为变频装置的工作电压；一个整流单元，将三相交流电转换为直流电；一组起升逆变单元，将直流电转化为控制提升电机转速的三相交流电；一个或多个起升电机，用于带动起升机构运行；一组制动单元以及与之相连的制动电阻，用于消耗多余的制动能量；逆变单元和制动单元通过公共直流母线与整流单元输出端相连；直流母线可能还连接其它机构的驱动单元，具体元器件和数量因机型差异而不同，图中未列出；还包括一个控制器和一个或多个操作手柄，操作手柄用于发出操作指令，控制器控制各驱动机构运动，并执行安全保护。

当起重机上升时，电能沿变压器-整流单元-逆变单元-起升电机传输，起升电机将电能转化为机械能提升负载，此时起重机消耗电能，整流单元维持直流电压恒定。

当起重机下降时，起升电机运行在发电状态，负载的势能转化为电能，经逆变单元反向流入直流母线，导致直流电压升高。当整流单元采用单向整流电路时，多余的能量不能经整流单元反向流动，只能在直流母线所连接的单元之间流动，当直流电压高于制动单元导通值时，制动单元导通，多余的电能流向制动电阻，转化为热能被消耗，从而使直流电压保持恒定。

当整流单元采用双向整流电路时，多余的能量可以经整流单元反向流动，当直流电压高于整流电路的反向导通值时，整流单元反向导通，能量经整流单元、变压器回馈电网，从而降低直流电压，若直流电压仍高于制动单元导通值，则制动单元导通，多余的电能流向制动电阻被消耗。

起重机在频繁进行提放作业时，负荷波动较大，提升负载时功率需求较大，特别在开始提升阶段，突加的负载使负荷曲线产生很大的尖峰，曲线极不平滑，峰值功率在加速完成时达到，频繁的负荷波动会引起电压不稳，影响电气设备稳定性、导致欠压跳闸，不可预见的电流冲击会引起过流保护误动作、缩短电气设备的寿命。当多台起重机同时提升时，会产生负荷尖峰的叠加，对变电站设备产生很大的冲击，可能导致灾难性的后果。

虽然提升时功率需求较大，但提升作业的时间占起重机总作业时间的比例却不高，起重机移动、调整和等待的时间占很大的比例，这部分功率需求很低，造成起重机平均功率需求不高。因此，起重机的负荷特点是短时功率需求高，平均功率需求低。

为了保证多台起重机能同时正常作业，变电站变压器容量的设计通常以线路上所有起重机总的短时峰值功率或极少出现的过载功率之和为依据，并进一步据此来选择上游的高压设备、电缆、发电机组等，但实际使用中，由于提升时间短，出现所有起重机同时提升的几率非常低，整个供配电系统绝大多数时间运行在很低的负荷因素下，变压器容量利用率极低，大部分容量虽然没有得到利用，但却一直产生电能损耗。这就造成了初期投资较大，实际利用率却很低的不合理现象。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中存在的港口或码头上多台起重机同时作业时，短时高功率需求对电网的冲击大、平均功率需求低导致供配电设备容量利用率低、损耗大、以及再生能量回馈电网产生的谐波污染等技术问题，提供一种多起重机错峰运行控制系统。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种多起重机错峰运行控制系统，包括总控制器、电流检测装置、电压检测装置、至少一个开关装置以及至少两台起重机，

每台起重机包括有控制器、操作手柄、变压器、整流单元、逆变单元、提升电机、制动单元、制动电阻，所述变压器的输出端连接整流单元的输入端；所述整流单元的输出端、逆变单元的输入端、制动单元的输入端均与直流母线相连，所述逆变单元的输出端连接提升电机，所述制动单元的输出端连接制动电阻；所述控制器分别与操作手柄、逆变单元和制动单元相连；所述电流检测装置和电压检测装置的输入端以及各起重机的变压器的输入端连接所述开关装置的输出端，所述电流检测装置和电压检测装置的输出端以及各起重机的控制器均再与总控制器相连。

采用上述技术方案，所述电流检测装置和电压检测装置检测开关装置处的电流和电压，测量结果发送到总控制器，总控制器根据当前的电流和电压值来计算系统当前的实际总功率。总控制器通过控制同时上升的起重机数量，将实际总功率控制在总功率限值以下，以避免对变压器和变电站设备产生冲击，引起电压波动。

每台起重机的控制器保存每个手柄操作的功率需求，当任意一台起重机的手柄发出操作指令时，控制器将该操作对应的功率需求发送给总控制器。总控制器将该功率需求与当前实际总功率相加，计算出总功率需求，若总功率需求小于总功率限值，则向该起重机的控制器发出许可信号，允许该起重机立即执行手柄操作，若总功率需求大于总功率限值，则向该起重机的控制器发出错峰等待信号，该起重机控制器延时执行手柄操作，同时向显示装置和报警装置发出错峰等待信号，显示装置显示错峰等待状态，报警装置发出错峰报警信号，提醒操作人员保持手柄状态，等待总控制器许可。当其它起重机完成操作，总功率需求下降到总功率限值以下后，总控制器向该起重机的控制器发出许可信号，允许该起重机立即执行手柄操作。这样当多台起重机同时上升时，就可以通过延时操作的方式，避免总功率高峰值的小概率事件发生，以较少的时间代价换取总功率峰值的降低。

采用上述技术方案，当任意一台起重机下降时，提升电机运行在发电状态，负荷的势能转化为电能，通过逆变单元反馈到直流母线，供给直流母线上其他单元，若这些单元无法消耗全部的再生能量时，多余的部分使直流母线电压升高。当直流母线电压高于整流单元的反向导通值时，整流单元反向导通，多余的能量经变压器返回，到达变电站开关装置的交流进线上，若仍不足以消耗多余的能量，直流母线电压高于制动单元的导通值时，制动单元导通，使多余的能量通过制动电阻转化为热能被消耗。回馈到开关装置交流进线上的能量首先供给其他有功率消耗需求（如正在提升）的起重机使用，多余的部分再通过变电站上级开关装置回馈到电网。这样，下降的起重机产生的再生能量能够优先供给其他的起重机使用，实现再生能量在系统内部的优化利用，从而降低系统总功率需求，减少回馈电网的能量，降低对电网的谐波污染。

综上，本实用新型的多起重机错峰运行控制系统能够协调控制多台起重机的上升和下降运动，防止所有起重机同时上升的小概率事件发生，避免突加大负荷给供配电设备带来的电气冲击，同时充分利用下降产生的再生能量，减少回馈电网的能量，使总功率需求降低，从而可以减小变电站设计容量，减少投资、降低运行损耗和谐波污染。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式本实用新型进行详细说明：

图1为现有技术的系统结构示意图；

图2为本实用新型的系统结构示意图；

图3为本实用新型的总控制器错峰运行的控制流程图。

具体实施方式

如图2所示，本实用新型的多起重机错峰运行控制系统，包括至少两台起重机以及变电站。

其中，变电站包括至少一个开关装置、至少一个电流检测装置和电压检测装置、以及一个总控制器。每台起重机包括有控制器、操作手柄、显示装置、报警装置、变压器、整流单元、逆变单元、提升电机、制动单元、制动电阻以及其它机构的驱动单元（具体元器件和数量因机型差异而不同，图中未显示）。

变电站通过开关装置为两台以上的起重机提供三相交流电。开关装置包括至少一个进线开关和一个以上与进线开关输出端相连的馈线开关，进线开关的输入端与上游变压器相连，馈线开关的输出端与一台或多台起重机相连。

电流检测装置和电压检测装置安装在进线开关处，输出端与总控制器相连。所述电流检测装置可以是各种类型的电流表，所述电压检测装置可以是各种类型的电压表。当所述电流检测装置或电压检测装置采用模拟量输出时，通过A/D模块与总控制器相连；当所述电流检测装置或电压检测装置采用数字量输出时，通过通讯端口与总控制器相连。总控制器同时与每台起重机的控制器相连，通过现场总线的方式进行通讯。

每台起重机中变压器为三相交流变压器，输入端与变电站内开关装置的馈线开关相连，将变电站输出的三相交流电压转换为起重机驱动单元的工作电压，变压器的输出端与整流单元的输入端相连。

整流单元为双向整流单元，其输入端与变压器的输出端相连，将变压器输出的三相交流电转换成稳定的直流电压，整流单元的输出端与直流母线相连，通过直流母线为相关机构的驱动器提供稳定的直流电压。

在起重机的提升机构中包含有逆变单元和提升电机。提升电机是三相异步电动机，采用变频调速。提升电机与逆变单元的输出端相连，该逆变单元根据控制器的速度给定输出控制提升电机的三相交流电。而逆变单元的输入端与直流母线相连，从整流单元获取稳定的直流电压。

制动单元的输入端通过直流母线与提升逆变单元的输入端和整流单元的输出端相连，制动单元的输出端与制动电阻相连。制动单元在直流母线电压高于设定值时导通，使多余的电能从直流母线流向制动电阻，转化为热能被消耗。

控制器则与逆变单元和制动单元、以及操作手柄相连，当操作手柄发出操作指令时，控制器控制逆变单元和制动单元来执行操作指令。控制器与逆变单元和制动单元之间通过现场总线协议进行通讯。当操作手柄采用模拟量输出时，可以通过A/D模块与控制器通讯，当操作手柄采用数字量输出时，可以通过数字量模块与控制器通讯。

显示装置和报警装置分别与控制器相连，当起重机执行错峰延时操作时，显示装置显示错峰等待信息，报警装置发出错峰报警信号。

以上就是本实用新型的多起重机错峰运行控制系统，其工作方式为：

变电站内开关装置进线开关处的电流检测装置和电压检测装置实时检测的电流和电压，测量结果发送到总控制器，总控制器根据当前的电流和电压值来计算系统当前的实际总功率。总控制器通过控制同时上升的起重机数量，将实际总功率控制在总功率限值以下，以避免对变压器和变电站设备产生冲击，引起电压波动。

所述每台起重机的控制器保存每个手柄操作的功率需求，当任意一台起重机的手柄发出操作指令时，控制器将该操作对应的功率需求发送给总控制器。总控制器将该功率需求与当前实际总功率相加，计算出总功率需求，若总功率需求小于总功率限值，则向该起重机的控制器发出许可信号，允许该起重机立即执行手柄操作，若总功率需求大于总功率限值，则向该起重机的控制器发出错峰等待信号，该起重机控制器延时执行手柄操作，同时向显示装置和报警装置发出错峰等待信号，显示装置显示错峰等待信息，报警装置发出错峰报警信号，提醒操作人员保持手柄状态，等待总控制器许可。当其它起重机完成操作，总功率需求下降到总功率限值以下后，总控制器向该起重机的控制器发出许可信号，允许该起重机立即执行手柄操作。总控制器错峰运行的控制流程如图3所示。

当任意一台起重机下降时，提升电机运行在发电状态，负荷的势能转化为电能，通过逆变单元反馈到直流母线，供给直流母线上其他单元，若这些单元无法消耗全部的再生能量时，多余的部分使直流母线电压升高。当直流母线电压高于整流单元的反向导通值时，整流单元反向导通，多余的能量经变压器返回，到达变电站开关装置的交流进线上，若仍不足以消耗多余的能量，直流母线电压高于制动单元的导通值时，制动单元导通，使多余的能量通过制动电阻转化为热能被消耗。回馈到开关装置交流进线上的能量首先供给其他有功率消耗需求（如正在提升）的起重机使用，多余的部分再通过上级开关装置回馈到电网。这样，下降的起重机产生的再生能量能够优先供给其他的起重机使用，实现再生能量在系统内部的优化利用，从而降低系统总功率需求，减少回馈电网的能量，降低对电网的谐波污染。

通过上述详细描述，可以看出，本实用新型的多起重机错峰运行控制系统能够协调控制多台起重机的上升和下降运动，防止所有起重机同时上升的小概率事件发生，避免突加大负荷给供配电设备带来的电气冲击，同时充分利用下降产生的再生能量，减少回馈电网的能量，使总功率需求降低，从而可以减小变电站设计容量，减少投资、降低运行损耗和谐波污染。

但是，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求书范围内。

Claims (4)

1.一种多起重机错峰运行控制系统，其特征在于：包括总控制器、电流检测装置、电压检测装置、至少一个开关装置以及至少两台起重机；

每台起重机包括有控制器、操作手柄、变压器、整流单元、逆变单元、提升电机、制动单元、制动电阻，所述变压器的输出端连接整流单元的输入端；所述整流单元的输出端、逆变单元的输入端、制动单元的输入端均与直流母线相连，所述逆变单元的输出端连接提升电机，所述制动单元的输出端连接制动电阻；所述控制器分别与操作手柄、逆变单元和制动单元相连；所述电流检测装置和电压检测装置的输入端以及各起重机的变压器的输入端连接所述开关装置的输出端，所述电流检测装置和电压检测装置的输出端以及各起重机的控制器均再与总控制器相连。

2.根据权利要求1所述多起重机错峰运行控制系统，其特征在于：所述各起重机还包括有连接到控制器的显示装置和报警装置。

3.根据权利要求1或2所述多起重机错峰运行控制系统，其特征在于：所述开关装置包括至少一个进线开关和至少一个馈线开关，所述馈线开关的输出端连接到各起重机的变压器的输入端，所述电流检测装置和电压检测装置的输入端以及馈线开关的输入端连接所述进线开关的输出端。

4.根据权利要求1所述多起重机错峰运行控制系统，其特征在于：所述整流单元为双向整流单元。

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