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案例頻道 MIR睿工業(yè) 李玉峰
作為典型的OEM行業(yè)，起重機(jī)械行業(yè)涉及的機(jī)型較多。整體而言，大型起重機(jī)基本都是由PLC實(shí)施控制功能，而國內(nèi)一些中、小型港口的起重設(shè)備仍在采用繼電器—接觸器控制系統(tǒng)俗稱常規(guī)控制系統(tǒng)，并涉及到大量的低壓配電產(chǎn)品和傳動產(chǎn)品。因此，在自動化市場的描述上，我們主要通過兩個維度來進(jìn)行細(xì)分。第一是產(chǎn)品維度：描述PLC、HMI、低壓變頻器、低壓電器的市場規(guī)模。第二是機(jī)型維度：造船起重機(jī)、港口起重機(jī)、散料輸送設(shè)備、冶金專用起重機(jī)、電力專用起重機(jī)等不同類型起重機(jī)械的自動化市場規(guī)模。
1 起重行業(yè)自動化產(chǎn)品應(yīng)用介紹
1.1 主控系統(tǒng)
起重行業(yè)的主控系統(tǒng)分為兩類：傳統(tǒng)控制器和可編程邏輯控制器（PLC）。繼電器—接觸器控制系統(tǒng)俗稱常規(guī)控制系統(tǒng)。
由于其控制過程較為直觀、維修人員易于掌握、初期投資相對較小，目前在國內(nèi)一些中、小型港口的起重設(shè)備仍在采用。它的缺點(diǎn)是能量指標(biāo)差、設(shè)備體積大、元件種類多、元件之間連線多、時間繼電器整定值整定困難或不精確、 更改控制邏輯困難。在大型控制系統(tǒng)上目前已很少采用。
可編程序邏輯控制器（PLC）已廣泛應(yīng)用于起重行業(yè)各類設(shè)備中，相對傳統(tǒng)控制器，它有以下優(yōu)點(diǎn)：（1) 功能強(qiáng)大，性價(jià)比高；（2）硬件配套齊全、用戶使用方便、適應(yīng)性強(qiáng)；（3）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；（4）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少；（5）維修工作量小，維修方便；（6）體積小、能耗低 。
根據(jù)產(chǎn)品類型和噸位的不同，一臺起重設(shè)備上可能會配置1～4臺PLC。大中小型PLC在起重行業(yè)都有應(yīng)用，岸橋、龍門吊等大型設(shè)備商PLC的控制點(diǎn)數(shù)多達(dá)數(shù)千，普通起重機(jī)主要使用小型PLC。起重行業(yè)對PLC的網(wǎng)絡(luò)組件的抗干擾能力要求比較高。
港口的鹽霧、粉塵，冶金環(huán)境的高溫、粉塵等都會對設(shè)備造成影響，因此要求設(shè)備都有涂層板。
1.2 傳動系統(tǒng)
起重行業(yè)的驅(qū)動方式分為五類：直接啟動、軟啟動器、定子調(diào)壓、轉(zhuǎn)子子串電阻驅(qū)動器、變頻器。目前軟啟動器主要應(yīng)用在斗輪堆取料機(jī)等設(shè)備上驅(qū)動大功率的皮帶機(jī)或斗輪。
定子調(diào)壓調(diào)速是在變頻器推廣之前比較好的調(diào)速方案。它電機(jī)調(diào)速范圍不大，這種調(diào)速方法必須補(bǔ)串電阻，以擴(kuò)大調(diào)速范圍，但機(jī)械特性較軟，穩(wěn)定性差。但定子調(diào)壓驅(qū)動器的設(shè)計(jì)充分考慮了冶金行業(yè)高溫、高粉塵的適用環(huán)境，驅(qū)動器在 70 度能正常工作，控制電子版涂有防護(hù)涂層，免受導(dǎo)電粉塵影響。
常用的300kW 以下變頻器一般為單傳動方式，300kW以上多用多傳動方式。
一般起重設(shè)備上至少配置4臺變頻器。一般為單傳動方式，即單臺變頻器包含整流器、逆變器、制動單元等部件。但大型的起重裝卸設(shè)備上往往采用多傳動系統(tǒng)。
主要技術(shù)要求有位能負(fù)載，動態(tài)響應(yīng)，矢量閉環(huán)，過載能力等。此外變頻器的IP防護(hù)等級也要求比較高。其中提升機(jī)對變頻器的要求最高，上、下行不能產(chǎn)生“溜鉤”現(xiàn)象，性能上零速時需要輸出至少150%以上的額定轉(zhuǎn)矩 。同樣要求設(shè)備都有涂層板。
冶金橋機(jī)變頻器使用率較低，多用定子調(diào)壓。另外，在散料裝卸設(shè)備上，變頻器的使用率也較低。
主要應(yīng)用品牌包括西門子 MASTERDRIVES（6SE70系列），ABB ACS800 系列，安川G7 系列，施耐德ATV71 系列，Rockwell PF700 系列等。另外，一些國產(chǎn)品牌，比如臺達(dá)、匯川（振華用）等也占有一定份額。
1.3 上位系統(tǒng)（HMI）
在起重行業(yè)，大多數(shù)用于起重機(jī)機(jī)械行業(yè)的HMI都配備了觸摸屏。
起重行業(yè)對于HMI產(chǎn)品要求具有高抗干擾能力的網(wǎng)絡(luò)，以及防塵、防震、防沖擊能力。用于港口機(jī)械的HMI中須具有超過10英寸的真實(shí)色彩，因?yàn)殡娍厥液芨撸谌鎻?qiáng)光的照射下工程師將會看到死角。
在起重行業(yè)，HMI產(chǎn)品應(yīng)用較少，只有少數(shù)高端的設(shè)備在使用。Pro-face、Delta、Weinview、Omron、Siemens、Schneider等品牌較多應(yīng)用。
1.4 傳感器
國家質(zhì)監(jiān)局令（2007），起重設(shè)備上必須配備傳感器產(chǎn)品，否則不能出廠。
起重設(shè)備用傳感器包括：位置傳感器，有限位、接近、激光和編碼器等；此外還用稱重傳感器。經(jīng)常采用的有荷載傳感器，角度傳感器等。
起重行業(yè)對傳感器的要求主要是可靠性高，對位移傳感器要求較高的分辨率，對角度傳感器要求較高的精度等。另外，起重行業(yè)會要求使用特殊的重載型編碼器。
2 起重行業(yè)主要機(jī)型自動化設(shè)備的使用比例
2.1 高端及大型起重機(jī)械
主要機(jī)型：龍門起重機(jī)、造船橋式起重機(jī)、卸船機(jī)、集裝箱岸橋等。
此類產(chǎn)品中電氣控制系統(tǒng)一般會占到起重機(jī)械總造價(jià)的10%。自動化產(chǎn)品大約占到電氣控制系統(tǒng)的80%，其中70%的自動化產(chǎn)品為變頻器（極個別型號產(chǎn)品不使用變頻器）。
以門式起重機(jī)自動化產(chǎn)品的應(yīng)用為例：變頻器68%，PLC為10%，低壓電器為17%，其他產(chǎn)品5%。
圖1
2.2 中端起重機(jī)械（一）
主要機(jī)型：堆取料機(jī)、裝船機(jī)、翻車機(jī)等此類產(chǎn)品中電氣控制系統(tǒng)一般會占到起重機(jī)械總造價(jià)的15%。自動化產(chǎn)品大約占到電氣控制系統(tǒng)的80%。變頻器產(chǎn)品在此類產(chǎn)品中應(yīng)用較少大約占自動化產(chǎn)品的15%，而低壓電器在此類產(chǎn)品中占有相當(dāng)?shù)谋戎卮蠹s為60%，PLC為20%，其他產(chǎn)品為5%。
圖2
2.3 中端起重機(jī)械（二）
主要機(jī)型：造船起重機(jī)、浮吊、抓斗起重機(jī)、輪胎起重機(jī)、履帶起重機(jī)。
以一臺6百萬的起重機(jī)械為例：電控系統(tǒng)一般為60～80萬，自動化產(chǎn)品約為80%，低壓變頻器約30～40萬，PLC和低壓電器大約為15～20萬，其他產(chǎn)品為3～4萬。
圖3
2.4 低端起重機(jī)械
主要機(jī)型：冶金橋式起重機(jī)
此類機(jī)型起吊噸位一般在10～400 噸，以一臺1600萬的冶金起重機(jī)為例，電控系統(tǒng)是185萬，自動化產(chǎn)品為150萬，PLC為 20萬，低壓變頻器是80萬，低壓電器為50萬。此類設(shè)備中軟起動器要比低壓變頻器的使用范圍更加廣泛。
圖4
2.5 電磁起重機(jī)
此類產(chǎn)品比較特殊，電氣控制系統(tǒng)一般會占到起重機(jī)械總造價(jià)的10%。而自動化產(chǎn)品一般只會占到電氣控制系統(tǒng)的30%。軟起在此類產(chǎn)品中的應(yīng)用比變頻器廣泛，低壓變頻器一般只占到自動化產(chǎn)品的15%左右。
3 起重行業(yè)自動化產(chǎn)品供應(yīng)商和市場份額
3.1 控制器
在起重機(jī)械行業(yè)中，PLC應(yīng)用比較普遍，除一些簡易的小噸位起重機(jī)，用繼電器控制的產(chǎn)品，其他的起重機(jī)全部使用PLC控制，尤其是大噸位起重機(jī)械。08年起重行業(yè)的PLC市場達(dá)到了1.33億元，占整個PLC市場的2.6%。起重機(jī)上使用的PLC覆蓋大中小各個IO段，大型港機(jī)的控制點(diǎn)多達(dá)數(shù)千，通常使用大型PLC和現(xiàn)場總線，Siemens的S7-300/400運(yùn)用最多；普通起重機(jī)主要使用小型PLC控制，主要品牌包括Mitsubishi的FX、Siemens的S7-200、Omron的CS。
圖3 2008起重機(jī)械行業(yè)控制器市場規(guī)模——按類別
3.1.1 主要供應(yīng)商市場份額
歐姆龍PLC的優(yōu)勢是簡單，易學(xué)。它主要適用于對通訊要求不高的簡單場合。GE的S90-30和西門子的S7-300曾經(jīng)在起重行業(yè)的市場份額相當(dāng)。不過西門子對其S7-300不斷升級性價(jià)比不斷提升，而GE沒有趕上西門子的步伐。
3.1.2 PLC在起重行業(yè)主要機(jī)型的分布
3.2 傳動產(chǎn)品
起重機(jī)械是中國變頻器運(yùn)用的主要行業(yè)之一。08年起重行業(yè)的變頻器市場達(dá)到了8.81億元，占整個變頻器市場的7.1%。主要用在大車、小車、提升、回轉(zhuǎn)和仰俯。該行業(yè)主要需求矢量變頻、對產(chǎn)品的轉(zhuǎn)矩控制等功能要求較高。從功率上來說，以大型產(chǎn)品為主。由于對變頻器功能質(zhì)量要求高、購買能力較強(qiáng)，行業(yè)企業(yè)很少使用國產(chǎn)品牌的變頻器。行業(yè)使用較多的品牌包括：Siemens，ABB，Yaskawa和Schneider。其中龍頭企業(yè)比如上海振華、太原重型機(jī)械集團(tuán)有限公司等傾向使用Siemens和ABB。而Yaskawa則因?yàn)樾詢r(jià)比較高，被廣泛的應(yīng)用在行業(yè)內(nèi)各類企業(yè)。
3.2.1 主要供應(yīng)商市場份額
3.2.2 變頻器在起重行業(yè)主要機(jī)型的分布
3.3 HMI產(chǎn)品
3.3.1 主要供應(yīng)商市場份額
起重行業(yè)應(yīng)用的HMI產(chǎn)品以觸摸屏為主，平板電腦和文本終端的用量很少，憑借和PLC產(chǎn)品的關(guān)聯(lián)，西門子和三菱同樣占有很高市場份額，但Pro-face憑借豐富的產(chǎn)品功能同樣躋身三強(qiáng)之列，eView、Weinview憑借超高的性價(jià)比在起重行業(yè)也有廣泛的應(yīng)用。
3.3.2 HMI在起重行業(yè)主要機(jī)型的分布
摘自《自動化博覽》2010年第五期
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號