摘要：RTG既有很好的机动灵活性一面，又有使用成本高的一面，降低其能源消耗是许多港口企业一直以来努力的方向。目前已经有了多种的RTG节能方式，都具有较好的节能效果。经与上海港口机械制造厂和GE公司进行探索和研究，最终选用了发动机随负荷变化而实时调速的节能控制技术，该控制技术已取得了明显的节能效果。
关键词：RTG 节能 控制技术 发动机 实时 调整
烟台港集装箱公司按照烟台港集团节能降耗的要求，采取了一些节能降耗措施，以缓解生产成本上升的压力。RTG是烟台港集装箱码头后方堆场作业的主要机械，经过论证，在RTG上选用，了一种节能控制技术，使其燃料消耗明显下降，取得了令人满意的效果。
l.背景
集装箱码头后方堆场的主要作业机械有轮胎场桥(以下简称RTG)和轨道场桥(以下简称RMG)两种：RTG优点是其使用灵活，可方便地实现转场；缺点是运行和维护成本高。RMG的优点是运行成本低，容易实现自动化；缺点是很难实现跨区作业，基建投资较大。国内很多港口都在对RTG进行节能改造，在烟台港单台轮胎场桥覆盖堆场面积比较大的实际情况下，如何选用一种合理的节能控制技术以达到降耗的目的是公司技术部门一直研究的课题。
2.调研
RTG上柴油发电机组的工作模式是：为了满足机上电控系统所要求的电源电压稳定性的条件，柴油发电机组需要一直稳定在一个较高的转速上，无论设备是在作业还是在待机状态，无论从事何种动作，起重货物重量如何，柴油发电机组都要维持在一个额定的转速运转，使大量的燃料白白浪费掉。如何降低这部分消耗，各港口正在探索不同的节能方式。
2．1超级电容式
在电气回路中并接几组大容量的电容，通过超级电容和节能控制技术来达到节能效果。由于电容成本较高，使用寿命尚待检验，扣除电容更换成本后，其节能的效益会打一定的折扣。
2．2双动力RTG
在动力房柴油机处再增加一套小型的辅助发电机组。在设备长时间不作业时关闭工作柴油发电机组，启用辅助发电机组为机上照明、空调、控制和通讯系统等设施供电，以达到节能效果。
2．3 油改电 式
目前 油改电 式在各码头使用也不尽相同，有高空电车滑线式、低空电车滑线式和电缆卷筒式等几种形式。在作业时采用外接电源供电，需要转场作业时，再启用柴油发电机组，该形式能够达到很好的节能效果。
3.方案的提出
GE公司与康明斯公司合作开发了一套新的节能控制技术，可以根据实际负荷的大小，动态调整发动机的转速，从而降低燃料消耗。经过分析、论证，发现轮胎吊待机时间在发动机总运转时间中占很大比重，如果能够根据负荷的变化来调节发动机转速，无疑会减少发动机无用功输出，节约燃料消耗。但需要解决以下问题：
1)如何调节发动机转速才能够达到最佳节能效果。
2)发动机转速变化会引起的输出电压和频率变化，如何解决控制、通讯、空调、吊具及转向油泵等辅助设施的供电问题。
3)如何保证发动机跟随的及时、可靠性能。
4.方案的确定
1)选用康明斯QsXl5型号的电喷发动机，实现发动机在不同负载下的连续调速。
2)通过24VDC／220VAC逆变器给各变频器提供稳定控制电源。
3)通过起升、大车和小车三大机构变频器的自身的变频调速功能实现在柴油机组不同转速下都能满足各机构电机运转需要。
4)通过闭环电气控制系统，实现设备在不同工作状态和负载情况下柴油机转速实时变化。
5)辅助电源采用单独变频单元输出的稳定的380V、50Hz的电源为机上照明及其它的辅助设施供电。
5.实施情况
5．1硬件连接
选用GE RX3i系列PLC作为整机控制核心安装于电气房内，控制着变频器、发动机、吊具等各机构的动作(如图1)，整机采用光纤和ETH-ERNET通讯，有效地保证了与电气房距离较远的动力房和司机室之问通讯满足实时性要求。
图l 整机电气控制示意图
5．2实时调速功能实现(如图2)
图2发动机实时调速功能示意图
发动机实时调速功能示意图所示，PLC实时检测设备所处状态或操作司机发出的动作命令信号，通过PLC的控制系统对发动机发出调速命令，使发动机根据自身的功率-转速曲线来调整其运行转速，以达到实时输出设备所需功率的目的，而且不同功率下发动机的转速变化是连续可调的。同时，PLC还随时检测发动机执行命令的情况，从而实时、准确、有效地保证发动机根据设备负荷的变化情况调整其运行转速，以满足负载对设备功率的需要。
5．3发动机的燃油消耗与转速之间对应关系(如图3)
即使发动机的输出功率相同，不同的发动机转速，其燃油消耗量也不同，转速越高发动机的燃油消耗量越大，在满足发动机功率前提下，应当尽量降低发动机的转速，从而达到节省燃油的目的。
图3输出功率与发动机转速对应关系示意图
5．4增加辅助变频器
在发动机处在不同的转速时所产生的电压和频率是不同的，如何满足设备器件所要求的电压、频率稳定的条件，也是调节发动机转速后需要解决的问题。起升、大车和小车等三大机构电机变频器电源取自直流母排，能够满足工作需要。同时增加一个辅助变频器，为辅助设施提供稳定的380V、50Hz的电源。
6.效果验证
2007年新型节能RTG到港后，公司对其节能效果分别进行了现场测试和作业统计。
6．1模拟测试
对节能型RTG和普通型RTG分别采用外接油箱方法供油(保证用油量测量的准确性)，参照公司的实际作业工况，在规定的时间(6小时)内，2台场桥同步用试验水箱模拟作业动作，平均每小时都作业15个箱，然后用加油车对燃油消耗进行标定。结果显示节能型RTG比普通型RTG能够有效节能29．2％(见表l：油耗测试统计表)。
表l 油耗测试统计表