MIR睿工业 李玉峰

    作为典型的OEM行业，起重机械行业涉及的机型较多。整体而言，大型起重机基本都是由PLC实施控制功能，而国内一些中、小型港口的起重设备仍在采用继电器—接触器控制系统俗称常规控制系统，并涉及到大量的低压配电产品和传动产品。因此，在自动化市场的描述上，我们主要通过两个维度来进行细分。第一是产品维度：描述PLC、HMI、低压变频器、低压电器的市场规模。第二是机型维度：造船起重机、港口起重机、散料输送设备、冶金专用起重机、电力专用起重机等不同类型起重机械的自动化市场规模。

    1 起重行业自动化产品应用介绍

    1.1 主控系统

    起重行业的主控系统分为两类：传统控制器和可编程逻辑控制器（PLC）。继电器—接触器控制系统俗称常规控制系统。

    由于其控制过程较为直观、维修人员易于掌握、初期投资相对较小，目前在国内一些中、小型港口的起重设备仍在采用。它的缺点是能量指标差、设备体积大、元件种类多、元件之间连线多、时间继电器整定值整定困难或不精确、 更改控制逻辑困难。在大型控制系统上目前已很少采用。

    可编程序逻辑控制器（PLC）已广泛应用于起重行业各类设备中，相对传统控制器，它有以下优点：（1) 功能强大，性价比高；（2）硬件配套齐全、用户使用方便、适应性强；（3）可靠性高，抗干扰能力强；（4）系统的设计、安装、调试工作量少；（5）维修工作量小，维修方便；（6）体积小、能耗低 。

    根据产品类型和吨位的不同，一台起重设备上可能会配置1～4台PLC。大中小型PLC在起重行业都有应用，岸桥、龙门吊等大型设备商PLC的控制点数多达数千，普通起重机主要使用小型PLC。起重行业对PLC的网络组件的抗干扰能力要求比较高。

    港口的盐雾、粉尘，冶金环境的高温、粉尘等都会对设备造成影响，因此要求设备都有涂层板。

    1.2 传动系统

    起重行业的驱动方式分为五类：直接启动、软启动器、定子调压、转子子串电阻驱动器、变频器。目前软启动器主要应用在斗轮堆取料机等设备上驱动大功率的皮带机或斗轮。

    定子调压调速是在变频器推广之前比较好的调速方案。它电机调速范围不大，这种调速方法必须补串电阻，以扩大调速范围，但机械特性较软，稳定性差。但定子调压驱动器的设计充分考虑了冶金行业高温、高粉尘的适用环境，驱动器在 70 度能正常工作，控制电子版涂有防护涂层，免受导电粉尘影响。

    常用的300kW 以下变频器一般为单传动方式，300kW以上多用多传动方式。

    一般起重设备上至少配置4台变频器。一般为单传动方式，即单台变频器包含整流器、逆变器、制动单元等部件。但大型的起重装卸设备上往往采用多传动系统。

    主要技术要求有位能负载，动态响应，矢量闭环，过载能力等。此外变频器的IP防护等级也要求比较高。其中提升机对变频器的要求最高，上、下行不能产生“溜钩”现象，性能上零速时需要输出至少150%以上的额定转矩 。同样要求设备都有涂层板。

    冶金桥机变频器使用率较低，多用定子调压。另外，在散料装卸设备上，变频器的使用率也较低。

    主要应用品牌包括西门子 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，一些国产品牌，比如台达、汇川（振华用）等也占有一定份额。

    1.3 上位系统（HMI）

    在起重行业，大多数用于起重机机械行业的HMI都配备了触摸屏。

    起重行业对于HMI产品要求具有高抗干扰能力的网络，以及防尘、防震、防冲击能力。用于港口机械的HMI中须具有超过10英寸的真实色彩，因为电控室很高，在三面强光的照射下工程师将会看到死角。

    在起重行业，HMI产品应用较少，只有少数高端的设备在使用。Pro-face、Delta、Weinview、Omron、Siemens、Schneider等品牌较多应用。

    1.4 传感器

    国家质监局令（2007），起重设备上必须配备传感器产品，否则不能出厂。

    起重设备用传感器包括：位置传感器，有限位、接近、激光和编码器等；此外还用称重传感器。经常采用的有荷载传感器，角度传感器等。

    起重行业对传感器的要求主要是可靠性高，对位移传感器要求较高的分辨率，对角度传感器要求较高的精度等。另外，起重行业会要求使用特殊的重载型编码器。

    2 起重行业主要机型自动化设备的使用比例

    2.1 高端及大型起重机械

    主要机型：龙门起重机、造船桥式起重机、卸船机、集装箱岸桥等。

    此类产品中电气控制系统一般会占到起重机械总造价的10%。自动化产品大约占到电气控制系统的80%，其中70%的自动化产品为变频器（极个别型号产品不使用变频器）。

    以门式起重机自动化产品的应用为例：变频器68%，PLC为10%，低压电器为17%，其他产品5%。
     
                   
                                        图1 

    2.2 中端起重机械（一）

    主要机型：堆取料机、装船机、翻车机等此类产品中电气控制系统一般会占到起重机械总造价的15%。自动化产品大约占到电气控制系统的80%。变频器产品在此类产品中应用较少大约占自动化产品的15%，而低压电器在此类产品中占有相当的比重大约为60%，PLC为20%，其他产品为5%。
   
              
                                 图2

    2.3 中端起重机械（二）

    主要机型：造船起重机、浮吊、抓斗起重机、轮胎起重机、履带起重机。

    以一台6百万的起重机械为例：电控系统一般为60～80万，自动化产品约为80%，低压变频器约30～40万，PLC和低压电器大约为15～20万，其他产品为3～4万。
   
               
                              图3

    2.4 低端起重机械

    主要机型：冶金桥式起重机

    此类机型起吊吨位一般在10～400 吨，以一台1600万的冶金起重机为例，电控系统是185万，自动化产品为150万，PLC为 20万，低压变频器是80万，低压电器为50万。此类设备中软起动器要比低压变频器的使用范围更加广泛。
     
                    
                           图4 
   
    2.5 电磁起重机

    此类产品比较特殊，电气控制系统一般会占到起重机械总造价的10%。而自动化产品一般只会占到电气控制系统的30%。软起在此类产品中的应用比变频器广泛，低压变频器一般只占到自动化产品的15%左右。

    3 起重行业自动化产品供应商和市场份额

    3.1 控制器

    在起重机械行业中，PLC应用比较普遍，除一些简易的小吨位起重机，用继电器控制的产品，其他的起重机全部使用PLC控制，尤其是大吨位起重机械。08年起重行业的PLC市场达到了1.33亿元，占整个PLC市场的2.6%。起重机上使用的PLC覆盖大中小各个IO段，大型港机的控制点多达数千，通常使用大型PLC和现场总线，Siemens的S7-300/400运用最多；普通起重机主要使用小型PLC控制，主要品牌包括Mitsubishi的FX、Siemens的S7-200、Omron的CS。
   
                

                                 
                      图3 2008起重机械行业控制器市场规模——按类别  

    3.1.1 主要供应商市场份额

    欧姆龙PLC的优势是简单，易学。它主要适用于对通讯要求不高的简单场合。GE的S90-30和西门子的S7-300曾经在起重行业的市场份额相当。不过西门子对其S7-300不断升级性价比不断提升，而GE没有赶上西门子的步伐。
       
                   

                          

       3.1.2 PLC在起重行业主要机型的分布

                   
   
                  
   
                        

    3.2 传动产品

    起重机械是中国变频器运用的主要行业之一。08年起重行业的变频器市场达到了8.81亿元，占整个变频器市场的7.1%。主要用在大车、小车、提升、回转和仰俯。该行业主要需求矢量变频、对产品的转矩控制等功能要求较高。从功率上来说，以大型产品为主。由于对变频器功能质量要求高、购买能力较强，行业企业很少使用国产品牌的变频器。行业使用较多的品牌包括：Siemens，ABB，Yaskawa和Schneider。其中龙头企业比如上海振华、太原重型机械集团有限公司等倾向使用Siemens和ABB。而Yaskawa则因为性价比较高，被广泛的应用在行业内各类企业。
     
                              
   
                             

       3.2.1 主要供应商市场份额

                     
  
                           

    3.2.2 变频器在起重行业主要机型的分布

                    
  
                        

    3.3 HMI产品

    3.3.1 主要供应商市场份额

    起重行业应用的HMI产品以触摸屏为主，平板电脑和文本终端的用量很少，凭借和PLC产品的关联，西门子和三菱同样占有很高市场份额，但Pro-face凭借丰富的产品功能同样跻身三强之列，eView、Weinview凭借超高的性价比在起重行业也有广泛的应用。

                    
          
                    

    3.3.2 HMI在起重行业主要机型的分布

                 

                 

    摘自《自动化博览》2010年第五期