MIR睿工業(yè) 李玉峰

    作為典型的OEM行業(yè)，起重機械行業(yè)涉及的機型較多。整體而言，大型起重機基本都是由PLC實(shí)施控制功能，而國內一些中、小型港口的起重設備仍在采用繼電器—接觸器控制系統俗稱(chēng)常規控制系統，并涉及到大量的低壓配電產(chǎn)品和傳動(dòng)產(chǎn)品。因此，在自動(dòng)化市場(chǎng)的描述上，我們主要通過(guò)兩個(gè)維度來(lái)進(jìn)行細分。第一是產(chǎn)品維度：描述PLC、HMI、低壓變頻器、低壓電器的市場(chǎng)規模。第二是機型維度：造船起重機、港口起重機、散料輸送設備、冶金專(zhuān)用起重機、電力專(zhuān)用起重機等不同類(lèi)型起重機械的自動(dòng)化市場(chǎng)規模。

    1 起重行業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品應用介紹

    1.1 主控系統

    起重行業(yè)的主控系統分為兩類(lèi)：傳統控制器和可編程邏輯控制器（PLC）。繼電器—接觸器控制系統俗稱(chēng)常規控制系統。

    由于其控制過(guò)程較為直觀(guān)、維修人員易于掌握、初期投資相對較小，目前在國內一些中、小型港口的起重設備仍在采用。它的缺點(diǎn)是能量指標差、設備體積大、元件種類(lèi)多、元件之間連線(xiàn)多、時(shí)間繼電器整定值整定困難或不精確、 更改控制邏輯困難。在大型控制系統上目前已很少采用。

    可編程序邏輯控制器（PLC）已廣泛應用于起重行業(yè)各類(lèi)設備中，相對傳統控制器，它有以下優(yōu)點(diǎn)：（1) 功能強大，性?xún)r(jià)比高；（2）硬件配套齊全、用戶(hù)使用方便、適應性強；（3）可靠性高，抗干擾能力強；（4）系統的設計、安裝、調試工作量少；（5）維修工作量小，維修方便；（6）體積小、能耗低 。

    根據產(chǎn)品類(lèi)型和噸位的不同，一臺起重設備上可能會(huì )配置1～4臺PLC。大中小型PLC在起重行業(yè)都有應用，岸橋、龍門(mén)吊等大型設備商PLC的控制點(diǎn)數多達數千，普通起重機主要使用小型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(huì )對設備造成影響，因此要求設備都有涂層板。

    1.2 傳動(dòng)系統

    起重行業(yè)的驅動(dòng)方式分為五類(lèi)：直接啟動(dòng)、軟啟動(dòng)器、定子調壓、轉子子串電阻驅動(dòng)器、變頻器。目前軟啟動(dòng)器主要應用在斗輪堆取料機等設備上驅動(dòng)大功率的皮帶機或斗輪。

    定子調壓調速是在變頻器推廣之前比較好的調速方案。它電機調速范圍不大，這種調速方法必須補串電阻，以擴大調速范圍，但機械特性較軟，穩定性差。但定子調壓驅動(dòng)器的設計充分考慮了冶金行業(yè)高溫、高粉塵的適用環(huán)境，驅動(dòng)器在 70 度能正常工作，控制電子版涂有防護涂層，免受導電粉塵影響。

    常用的300kW 以下變頻器一般為單傳動(dòng)方式，300kW以上多用多傳動(dòng)方式。

    一般起重設備上至少配置4臺變頻器。一般為單傳動(dòng)方式，即單臺變頻器包含整流器、逆變器、制動(dòng)單元等部件。但大型的起重裝卸設備上往往采用多傳動(dòng)系統。

    主要技術(shù)要求有位能負載，動(dòng)態(tài)響應，矢量閉環(huán)，過(guò)載能力等。此外變頻器的IP防護等級也要求比較高。其中提升機對變頻器的要求最高，上、下行不能產(chǎn)生“溜鉤”現象，性能上零速時(shí)需要輸出至少150%以上的額定轉矩 。同樣要求設備都有涂層板。

    冶金橋機變頻器使用率較低，多用定子調壓。另外，在散料裝卸設備上，變頻器的使用率也較低。

    主要應用品牌包括西門(mén)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、匯川（振華用）等也占有一定份額。

    1.3 上位系統（HMI）

    在起重行業(yè)，大多數用于起重機機械行業(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。用于港口機械的HMI中須具有超過(guò)10英寸的真實(shí)色彩，因為電控室很高，在三面強光的照射下工程師將會(huì )看到死角。

    在起重行業(yè)，HMI產(chǎn)品應用較少，只有少數高端的設備在使用。Pro-face、Delta、Weinview、Omron、Siemens、Schneider等品牌較多應用。

    1.4 傳感器

    國家質(zhì)監局令（2007），起重設備上必須配備傳感器產(chǎn)品，否則不能出廠(chǎng)。

    起重設備用傳感器包括：位置傳感器，有限位、接近、激光和編碼器等；此外還用稱(chēng)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(huì )要求使用特殊的重載型編碼器。

    2 起重行業(yè)主要機型自動(dòng)化設備的使用比例

    2.1 高端及大型起重機械

    主要機型：龍門(mén)起重機、造船橋式起重機、卸船機、集裝箱岸橋等。

    此類(lèi)產(chǎn)品中電氣控制系統一般會(huì )占到起重機械總造價(jià)的10%。自動(dòng)化產(chǎn)品大約占到電氣控制系統的80%，其中70%的自動(dòng)化產(chǎn)品為變頻器（極個(gè)別型號產(chǎn)品不使用變頻器）。

    以門(mén)式起重機自動(dòng)化產(chǎn)品的應用為例：變頻器68%，PLC為10%，低壓電器為17%，其他產(chǎn)品5%。
     
                   
                                        圖1 

    2.2 中端起重機械（一）

    主要機型：堆取料機、裝船機、翻車(chē)機等此類(lèi)產(chǎn)品中電氣控制系統一般會(huì )占到起重機械總造價(jià)的15%。自動(dòng)化產(chǎn)品大約占到電氣控制系統的80%。變頻器產(chǎn)品在此類(lèi)產(chǎn)品中應用較少大約占自動(dòng)化產(chǎn)品的15%，而低壓電器在此類(lèi)產(chǎn)品中占有相當的比重大約為60%，PLC為20%，其他產(chǎn)品為5%。
   
              
                                 圖2

    2.3 中端起重機械（二）

    主要機型：造船起重機、浮吊、抓斗起重機、輪胎起重機、履帶起重機。

    以一臺6百萬(wàn)的起重機械為例：電控系統一般為60～80萬(wàn)，自動(dòng)化產(chǎn)品約為80%，低壓變頻器約30～40萬(wàn)，PLC和低壓電器大約為15～20萬(wàn)，其他產(chǎn)品為3～4萬(wàn)。
   
               
                              圖3

    2.4 低端起重機械

    主要機型：冶金橋式起重機

    此類(lèi)機型起吊噸位一般在10～400 噸，以一臺1600萬(wàn)的冶金起重機為例，電控系統是185萬(wàn)，自動(dòng)化產(chǎn)品為150萬(wàn)，PLC為 20萬(wàn)，低壓變頻器是80萬(wàn)，低壓電器為50萬(wàn)。此類(lèi)設備中軟起動(dòng)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

    此類(lèi)產(chǎn)品比較特殊，電氣控制系統一般會(huì )占到起重機械總造價(jià)的10%。而自動(dòng)化產(chǎn)品一般只會(huì )占到電氣控制系統的30%。軟起在此類(lèi)產(chǎn)品中的應用比變頻器廣泛，低壓變頻器一般只占到自動(dòng)化產(chǎn)品的15%左右。

    3 起重行業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品供應商和市場(chǎng)份額

    3.1 控制器

    在起重機械行業(yè)中，PLC應用比較普遍，除一些簡(jiǎn)易的小噸位起重機，用繼電器控制的產(chǎn)品，其他的起重機全部使用PLC控制，尤其是大噸位起重機械。08年起重行業(yè)的PLC市場(chǎng)達到了1.33億元，占整個(gè)PLC市場(chǎng)的2.6%。起重機上使用的PLC覆蓋大中小各個(gè)IO段，大型港機的控制點(diǎn)多達數千，通常使用大型PLC和現場(chǎng)總線(xiàn)，Siemens的S7-300/400運用最多；普通起重機主要使用小型PLC控制，主要品牌包括Mitsubishi的FX、Siemens的S7-200、Omron的CS。
   
                

                                 
                      圖3 2008起重機械行業(yè)控制器市場(chǎng)規模——按類(lèi)別  

    3.1.1 主要供應商市場(chǎng)份額

    歐姆龍PLC的優(yōu)勢是簡(jiǎn)單，易學(xué)。它主要適用于對通訊要求不高的簡(jiǎn)單場(chǎng)合。GE的S90-30和西門(mén)子的S7-300曾經(jīng)在起重行業(yè)的市場(chǎng)份額相當。不過(guò)西門(mén)子對其S7-300不斷升級性?xún)r(jià)比不斷提升，而GE沒(méi)有趕上西門(mén)子的步伐。
       
                   

                          

       3.1.2 PLC在起重行業(yè)主要機型的分布

                   
   
                  
   
                        

    3.2 傳動(dòng)產(chǎn)品

    起重機械是中國變頻器運用的主要行業(yè)之一。08年起重行業(yè)的變頻器市場(chǎng)達到了8.81億元，占整個(gè)變頻器市場(chǎng)的7.1%。主要用在大車(chē)、小車(chē)、提升、回轉和仰俯。該行業(yè)主要需求矢量變頻、對產(chǎn)品的轉矩控制等功能要求較高。從功率上來(lái)說(shuō)，以大型產(chǎn)品為主。由于對變頻器功能質(zhì)量要求高、購買(mǎi)能力較強，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、太原重型機械集團有限公司等傾向使用Siemens和ABB。而Yaskawa則因為性?xún)r(jià)比較高，被廣泛的應用在行業(yè)內各類(lèi)企業(yè)。
     
                              
   
                             

       3.2.1 主要供應商市場(chǎng)份額

                     
  
                           

    3.2.2 變頻器在起重行業(yè)主要機型的分布

                    
  
                        

    3.3 HMI產(chǎn)品

    3.3.1 主要供應商市場(chǎng)份額

    起重行業(yè)應用的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(mén)子和三菱同樣占有很高市場(chǎng)份額，但Pro-face憑借豐富的產(chǎn)品功能同樣躋身三強之列，eView、Weinview憑借超高的性?xún)r(jià)比在起重行業(yè)也有廣泛的應用。

                    
          
                    

    3.3.2 HMI在起重行業(yè)主要機型的分布

                 

                 

    摘自《自動(dòng)化博覽》2010年第五期