輪胎吊的調速裝置及其調速方法
【專利摘要】本發明提供了一種用于輪胎式集裝箱起重機的調速裝置及其調速方法，包括柴油機、發電機、整流單元、控制單元、運動控制器、至少一個第一變頻器以及至少一個電機，還包括控制網絡網關、速度控制單元，所述控制單元經過所述控制網絡網關與所述速度控制單元相連接，所述速度控制單元與所述柴油機相連接，以控制所述柴油機的轉速。因此可以根據實際功率調節柴油機轉速，與傳統輪胎吊相比可以節約大量燃油，節能環保，充分體現輪胎吊的靈活性，而且如果用戶需要也可以采用岸電(市電)供電，節約成本。
【專利說明】
輪胎吊的調速裝置及其調速方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種智能調速裝置及其調速方法，尤其涉及一種用于混合動力輪胎式集裝箱起重機節能的智能調速裝置及其調速方法。
【背景技術】
[0002]輪胎式集裝箱起重機(輪胎吊)是集裝箱貨物進行堆碼作業的專用機械。近年來為了響應國家節能減排的要求，以及應對受油價影響不斷攀升的運營成本，尋求最合理的節能方案對國內各港口來說是一個亟待解決的問題。
[0003]傳統輪胎吊采用常速柴油機拖動發電機，為了保持輸出電壓穩定，柴油機不分工況一直全速運行，空載時燃油浪費嚴重。
【發明內容】
[0004]為此，根據本發明的一個方面，提出了一種用于輪胎式集裝箱起重機節能的智能調速裝置，當輪胎吊用柴油機做為動力時，拖動可調速柴油機拖動同步伺服發電機，智能調速控制器根據輪胎吊運行實際需要的功率結合柴油機特性曲線計算出柴油機給定轉速，控制柴油機在怠速與全速之間連續調節轉速，連續調速期間變頻器側直流母線電壓可保持在正常工作范圍。根據實際負載調節柴油機轉速，能夠有效達到節約燃油的目的。當輪胎吊用岸電供電時，接通整流單元預充電電路，直流母線帶超級電容，正常工作狀態當提升機構每次帶重箱下降時反饋的能量可以存儲在超級電容里，供給其他機構使用。
[0005]根據本發明的一個方面，提供了一種用于輪胎式集裝箱起重機的調速裝置，包括柴油機、發電機、整流單元、控制單元、運動控制器、至少一個第一變頻器以及至少一個電機，還包括控制網絡網關、速度控制單元，所述控制單元經過所述控制網絡網關與所述速度控制單元相連接，所述速度控制單元與所述柴油機相連接，以控制所述柴油機的轉速。
[0006]在本發明的另一個示意性的實施方式中，上述調速裝置，還包括第二電源、主回路斷路器、預充電電路，所述第二電源的輸出端與所述主回路斷路器的輸入端相連接，所述主回路斷路器的輸出端與所述預充電電路的輸入端相連接，所述預充電電路的輸出端與所述整流單元的輸入端相連接。優選地，上述第二電源為岸電電源或者市電電源。
[0007]在本發明的又一個示意性的實施方式中，上述調速裝置還包括儲能單元，與所述整流單元的輸出母線相連接。優選地，上述儲能單元為超級電容。
[0008]在本發明的又一個示意性的實施方式中，上述調速裝置還包括第二變頻器、濾波器、隔離變壓器，所述第二變頻器的輸入端分別與所述整流單元的輸出母線、以及與所述運動控制器相連接，所述第二變頻器的輸出端與所述濾波器、隔離變壓器依次相連接。
[0009]在本發明的又一個示意性的實施方式中，上述控制單元為PLC可編程邏輯控制器，所述運動控制器為西門子Simot1n D435控制器，所述至少一個第一變頻器為西門子S120變頻器。
[0010]根據本發明的另一方面，還提供了一種用于上述調速裝置的調速方法，包括步驟:
[0011]-所述運動控制器采集所述至少一個第一變頻器的實時運行參數信息；
[0012]-所述運動控制器根據所述實時運行參數信息獲得所述柴油機的輸出功率，并根據所述柴油機的特性曲線，獲得所述柴油機的設定速度，并將所述設定速度發送給所述控制單元；
[0013]-所述控制單元根據所述設定速度通過所述控制網絡網關將對應的設定速度控制信號發送給所述速度控制單元；
[0014]-所述速度控制單元根據所述設定速度控制信號控制所述柴油機的轉速。
[0015]本發明提供的調速裝置以及調速方法，可根據輪胎吊運行實際所需功率連續調節柴油機轉速，優選地，動力可以油電混合切換。因此，相對于國內有些港口迫于高油價成本，不得已將傳統輪胎吊供電方式由柴油發電機改為市電供電，限制了輪胎吊起重機的靈活性，而且受供電系統制約。而采用油電混合動力，柴油發電機供電可以根據實際功率調節柴油機轉速，與傳統輪胎吊相比節約大量燃油，節能環保，充分體現輪胎吊的靈活性，而且如果用戶需要也可以采用岸電(市電)供電，節約成本。
【附圖說明】
[0016]以下附圖僅對本發明做示意性說明和解釋，并不限定本發明的范圍。
[0017]圖1為現有技術的輪胎式集裝箱起重機調速裝置。
[0018]圖2為根據本發明的一個實施例的輪胎式集裝箱起重機的調速裝置。
[0019]標號說明
[0020]10柴油機
[0021]20發電機
[0022]21第二電源
[0023]22主回路斷路器
[0024]23預充電電路
[0025]30整流單元
[0026]40控制單元
[0027]50運動控制器
[0028]60第二變頻器
[0029]61第一變頻器
[0030]62第一變頻器
[0031]63第一變頻器
[0032]64第一變頻器
[0033]65儲能單元
[0034]71制動電阻
[0035]72 電機
[0036]73 電機
[0037]74 電機
[0038]75 電機
[0039]76電機
[0040]77濾波器
[0041]78隔離變壓器
[0042]80控制網絡網關
[0043]90速度控制單元
【具體實施方式】
[0044]為了對發明的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現對照【附圖說明】本發明的【具體實施方式】，在各圖中相同的標號表不相同的部分。
[0045]在本文中，“示意性”表示“充當實例、例子或說明”，不應將在本文中被描述為“示意性”的任何圖示、實施方式解釋為一種更優選的或更具優點的技術方案。
[0046]為使圖面簡潔，各圖中的只示意性地表示出了與本發明相關的部分，它們并不代表其作為產品的實際結構。另外，以使圖面簡潔便于理解，在有些圖中具有相同結構或功能的部件，僅示意性地繪示了其中的一個，或僅標出了其中的一個。
[0047]在本文中，“一個”不僅表示“僅此一個”，也可以表示“多于一個”的情形。
[0048]在本文中，“第一”、“第二”等僅用于彼此的區分，而非表示它們的重要程度及順序等。
[0049]在本文中，“電性連接”即表示兩個結構之間的直接的連接，還表示兩個結構通過其他器件的間接連接。
[0050]圖1為現有技術的輪胎式集裝箱起重機調速裝置。圖2為根據本發明的一個實施例的輪胎式集裝箱起重機的調速裝置。下面結合圖1和圖2，詳細說明本發明的【具體實施方式】。
[0051]如圖1所示，一個輪胎吊系統包括柴油機10，柴油機帶動發電機20進行發電，發電機20所產生的交流電以一定的電壓/電流/頻率參數輸入至整流單元30，經過整流單元30的整流作用，輸出直流電并具有一定的電壓/電流/頻率參數。整流單元30經直流母線將直流電能輸送至變頻器61、62、63、64，這些變頻器根據控制單元40以及運動控制器50的控制，控制電機72、73、74、75、76的運轉，或者與制動電阻71相連接。在圖1所示的系統中，由于柴油機10無法感知到電機72、73、74、75、76等的實時電能需求，因此采用常速運轉的方式，所以往往造成能源的浪費，也造成碼頭作業的環保問題，不經濟同時也不環保。
[0052]圖2為根據本發明的一個實施例的輪胎式集裝箱起重機的調速裝置。根據本發明的一個實施例，如圖2所示，用于混合動力輪胎式集裝箱起重機的調速裝置包括柴油機10、發電機20、整流單元30、控制單元40、運動控制器50、第一變頻器61、62、63、64，電機72、73、74、75、76，還包括控制網絡網關80、速度控制單元90，控制單元40經過控制網絡網關80與速度控制單元90相連接，速度控制單元90與柴油機10相連接，以控制柴油機10的轉速。
[0053]當輪胎吊采用可調速柴油機10做為動力時，拖動同步伺服發電機20進行發電，控制單元40可采用西門子PLC 317-2DP，運動控制器50可采用西門子Simot1n D435運動控制器，變頻器61、62、63、64可采用西門子S120系列變頻器。運動控制器50根據柴油機10的特性曲線建立數學模型，并控制變頻器61、62、63、64。變頻器61、62、63、64拖動輪胎吊各機構對應的電機72、73、74、75、76運行時的實時電流、力矩等實時運行參數信息采集到運動控制器50，運動控制器50計算得出需要柴油機10提供的功率，根據柴油機10的特性曲線得到柴油機10的設定速度，控制單元40將對應于柴油機10的設定速度的設定速度控制信號通過控制網絡網關80發送給柴油機10的速度控制單元90，速度控制單元90根據所收到的設定速度控制信號調節柴油機10的實時轉速。
[0054]在柴油機10怠速時，發電機20輸出的電壓較低，運動控制器50控制變頻器61、62、63、64將整流單元30的直流輸出母線電壓提升至正常工作范圍，比如600伏特直流電壓。
[0055]根據本發明的另一個實施例，如圖2所示的輪胎式集裝箱起重機的調速裝置還可以包括第二電源21、主回路斷路器22、預充電電路23。第二電源21的輸出端與主回路斷路器22的輸入端相連接，主回路斷路器22的輸出端與預充電電路23的輸入端相連接，預充電電路23的輸出端與整流單元30的輸入端相連接。這樣，用戶可以根據自己的需求，選擇不同類型的電源，保證了輪胎吊的靈活性。
[0056]在一個優選實施例中，第二電源21可以為岸電電源或市電供電。市電供電時，增加預充電電路23控制。當柴油機10拖動發電機20發電時，電壓是由OV逐步上升的，直流母線側電壓也是逐步升高，不會對并聯在直流母線上的電容器造成很大沖擊。當采用交流400V市電供電時，如果市電直接接到整流單元輸入側，電壓突變，直流母線上的電容器所受沖擊過大，可能會造成電容器損壞。所以當切換到市電供電時需要連接預充電電路23，使直流母線電壓逐步升高。
[0057]在另一個優選實施例中，整流單元30的輸出直流母線上還連接有儲能單元65，當輪胎吊用岸電電源或市電供電時，經預充電電路23接通整流單元30，當輪胎吊的提升機構每次帶重箱下降時反饋的能量可以存儲在儲能單元65中，供給其他機構使用。優選地，儲能單元65為超級電容。
[0058]根據本發明的另一個方面，如圖2所示，還提供了一種用于如前文所述的輪胎式集裝箱起重機的調速裝置的調速方法，可以對柴油機10進行智能、連續地調速控制。下面結合圖2詳細描述該方法的步驟。當輪胎吊采用可調速柴油機10做為動力時，拖動同步伺服發電機20進行發電，控制單元40可采用西門子PLC 317-2DP，運動控制器50可采用西門子Simot1n D435運動控制器，變頻器61、62、63、64可采用西門子S120系列變頻器。運動控制器50采集第一變頻器61、62、63、64的實時運行參數信息，包括實時電流、力矩等；然后運動控制器50根據采集到的實時運行參數信息得出需要柴油機10提供的功率，并根據柴油機10的特性曲線，獲得柴油機10的設定速度，并將該設定速度發送給控制單元40 ;接著控制單元40根據該設定速度通過控制網絡網關80將對應的設定速度控制信號發送給速度控制單元90 ;最后速度控制單元90根據它所接收到的設定速度控制信號控制柴油機10以使其在該設定速度上運行。
[0059]當柴油機作為動力時，柴油機可以被智能連續地調速控制。根據運行時各機構所需要的總功率實時調節柴油機10的轉速，Simot1n D435控制器采集各機構的實時運行參數在微秒級，實時性好，智能調速控制程序將實際所需功率與柴油機特性曲線相擬合，在保證輸出足夠功率的前提下，盡可能降低柴油機轉速，以節約燃油。
[0060]應當理解，雖然本說明書是按照各個實施例描述的，但并非每個實施例僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。
[0061 ] 上文所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本發明的可行性實施例的具體說明，它們并非用以限制本發明的保護范圍，凡未脫離本發明技藝精神所作的等效實施方案或變更，如特征的組合、分割或重復，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種用于輪胎式集裝箱起重機的調速裝置，包括柴油機(10)、發電機(20)、整流單元(30)、控制單元(40)、運動控制器(50)、至少一個第一變頻器(61、62、63、64)以及至少一個電機(72、73、74、75、76)，其特征在于，還包括:控制網絡網關(80)、速度控制單元(90)，所述控制單元(40)經過所述控制網絡網關(80)與所述速度控制單元(90)相連接，所述速度控制單元(90)與所述柴油機(10)相連接，以控制所述柴油機(10)的轉速。2.如權利要求1所述的調速裝置，其特征在于，還包括第二電源(21)、主回路斷路器(22)、預充電電路(23)，所述第二電源(21)的輸出端與所述主回路斷路器(22)的輸入端相連接，所述主回路斷路器(22)的輸出端與所述預充電電路(23)的輸入端相連接，所述預充電電路(23)的輸出端與所述整流單元(30)的輸入端相連接。3.如權利要求2所述的調速裝置，其特征在于，還包括儲能單元(65)，所述儲能單元(65)與所述整流單元(30)的輸出母線相連接。4.如權利要求2所述的調速裝置，其特征在于，還包括第二變頻器￠0)、濾波器(77)、隔離變壓器(78)，所述第二變頻器￠0)的輸入端分別與所述整流單元(30)的輸出母線、以及與所述運動控制器(50)相連接，所述第二變頻器￠0)的輸出端與所述濾波器(77)、隔離變壓器(78)依次相連接。5.如權利要求2所述的調速裝置，其特征在于，所述第二電源(21)為岸電電源。6.如權利要求3所述的調速裝置，其特征在于，所述儲能單元(65)為超級電容。7.如權利要求1所述的調速裝置，其特征在于，所述控制單元(40)為PLC可編程邏輯控制器，所述運動控制器(50)為西門子Simot1n D435控制器，所述至少一個第一變頻器(61、62、63、64)為西門子S120變頻器。8.用于如權利要求1-7中任意一項所述的調速裝置的調速方法，其特征在于，包括步驟: -所述運動控制器(50)采集所述至少一個第一變頻器(61、62、63、64)的實時運行參數信息； -所述運動控制器(50)根據所述實時運行參數信息獲得所述柴油機(10)的輸出功率，并根據所述柴油機(10)的特性曲線，獲得所述柴油機(10)的設定速度，并將所述設定速度發送給所述控制單元(40)； -所述控制單元(40)根據所述設定速度通過所述控制網絡網關(80)將對應的設定速度控制信號發送給所述速度控制單元(90); -所述速度控制單元(90)根據所述設定速度控制信號控制所述柴油機(10)的轉速。
【文檔編號】B66C13/18GK105984808SQ201510041933
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年1月28日
【發明人】王吉明, 肖自立, 袁曉東
【申請人】西門子工廠自動化工程有限公司