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    MIR睿工業 李玉峰

    作為典型的OEM行業，起重機械行業涉及的機型較多。整體而言，大型起重機基本都是由PLC實施控制功能，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常規控制系統，并涉及到大量的低壓配電產品和傳動產品。因此，在自動化市場的描述上，我們主要通過兩個維度來進行細分。第一是產品維度：描述PLC、HMI、低壓變頻器、低壓電器的市場規模。第二是機型維度：造船起重機、港口起重機、散料輸送設備、冶金專用起重機、電力專用起重機等不同類型起重機械的自動化市場規模。

    1 起重行業自動化產品應用介紹

    1.1 主控系統

    起重行業的主控系統分為兩類：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常規控制系統。

    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，目前在國內一些中、小型港口的起重設備仍在采用。它的缺點是能量指標差、設備體積大、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各類設備中，相對傳統控制器，它有以下優點：（1) 功能強大，性價比高；（2）硬件配套齊全、用戶使用方便、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 。

    根據產品類型和噸位的不同，一臺起重設備上可能會配置1～4臺PLC。大中小型PLC在起重行業都有應用，岸橋、龍門吊等大型設備商PLC的控制點數多達數千，普通起重機主要使用小型PLC。起重行業對PLC的網絡組件的抗干擾能力要求比較高。

    港口的鹽霧、粉塵，冶金環境的高溫、粉塵等都會對設備造成影響，因此要求設備都有涂層板。

    1.2 傳動系統

    起重行業的驅動方式分為五類：直接啟動、軟啟動器、定子調壓、轉子子串電阻驅動器、變頻器。目前軟啟動器主要應用在斗輪堆取料機等設備上驅動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。但定子調壓驅動器的設計充分考慮了冶金行業高溫、高粉塵的適用環境，驅動器在 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方式，300kW以上多用多傳動方式。

    一般起重設備上至少配置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備上往往采用多傳動系統。

    主要技術要求有位能負載，動態響應，矢量閉環，過載能力等。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、下行不能產生“溜鉤”現象，性能上零速時需要輸出至少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，大多數用于起重機機械行業的HMI都配備了觸摸屏。

    起重行業對于HMI產品要求具有高抗干擾能力的網絡，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10英寸的真實色彩，因為電控室很高，在三面強光的照射下工程師將會看到死角。

    在起重行業，HMI產品應用較少，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

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

    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；此外還用稱重傳感器。經常采用的有荷載傳感器，角度傳感器等。

    起重行業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，起重行業會要求使用特殊的重載型編碼器。

    2 起重行業主要機型自動化設備的使用比例

    2.1 高端及大型起重機械

    主要機型：龍門起重機、造船橋式起重機、卸船機、集裝箱岸橋等。

    此類產品中電氣控制系統一般會占到起重機械總造價的10%。自動化產品大約占到電氣控制系統的80%，其中70%的自動化產品為變頻器（極個別型號產品不使用變頻器）。

    以門式起重機自動化產品的應用為例：變頻器68%，PLC為10%，低壓電器為17%，其他產品5%。
     
                   
                                        圖1 

    2.2 中端起重機械（一）

    主要機型：堆取料機、裝船機、翻車機等此類產品中電氣控制系統一般會占到起重機械總造價的15%。自動化產品大約占到電氣控制系統的80%。變頻器產品在此類產品中應用較少大約占自動化產品的15%，而低壓電器在此類產品中占有相當的比重大約為60%，PLC為20%，其他產品為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6百萬的起重機械為例：電控系統一般為60～80萬，自動化產品約為80%，低壓變頻器約30～40萬，PLC和低壓電器大約為15～20萬，其他產品為3～4萬。
   
               
                              圖3

    2.4 低端起重機械

    主要機型：冶金橋式起重機

    此類機型起吊噸位一般在10～400 噸，以一臺1600萬的冶金起重機為例，電控系統是185萬，自動化產品為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

    此類產品比較特殊，電氣控制系統一般會占到起重機械總造價的10%。而自動化產品一般只會占到電氣控制系統的30%。軟起在此類產品中的應用比變頻器廣泛，低壓變頻器一般只占到自動化產品的15%左右。

    3 起重行業自動化產品供應商和市場份額

    3.1 控制器

    在起重機械行業中，PLC應用比較普遍，除一些簡易的小噸位起重機，用繼電器控制的產品，其他的起重機全部使用PLC控制，尤其是大噸位起重機械。08年起重行業的PLC市場達到了1.33億元，占整個PLC市場的2.6%。起重機上使用的PLC覆蓋大中小各個IO段，大型港機的控制點多達數千，通常使用大型PLC和現場總線，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起重機械行業控制器市場規模——按類別  

    3.1.1 主要供應商市場份額

    歐姆龍PLC的優勢是簡單，易學。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曾經在起重行業的市場份額相當。不過西門子對其S7-300不斷升級性價比不斷提升，而GE沒有趕上西門子的步伐。
       
                   

                          

       3.1.2 PLC在起重行業主要機型的分布

                   
   
                  
   
                        

    3.2 傳動產品

    起重機械是中國變頻器運用的主要行業之一。08年起重行業的變頻器市場達到了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、回轉和仰俯。該行業主要需求矢量變頻、對產品的轉矩控制等功能要求較高。從功率上來說，以大型產品為主。由于對變頻器功能質量要求高、購買能力較強，行業企業很少使用國產品牌的變頻器。行業使用較多的品牌包括：Siemens，ABB，Yaskawa和Schneider。其中龍頭企業比如上海振華、太原重型機械集團有限公司等傾向使用Siemens和ABB。而Yaskawa則因為性價比較高，被廣泛的應用在行業內各類企業。
     
                              
   
                             

       3.2.1 主要供應商市場份額

                     
  
                           

    3.2.2 變頻器在起重行業主要機型的分布

                    
  
                        

    3.3 HMI產品

    3.3.1 主要供應商市場份額

    起重行業應用的HMI產品以觸摸屏為主，平板電腦和文本終端的用量很少，憑借和PLC產品的關聯，西門子和三菱同樣占有很高市場份額，但Pro-face憑借豐富的產品功能同樣躋身三強之列，eView、Weinview憑借超高的性價比在起重行業也有廣泛的應用。

                    
          
                    

    3.3.2 HMI在起重行業主要機型的分布

                 

                 

    摘自《自動化博覽》2010年第五期