周 引，羊 鑫

（向家壩水力發(fā)電廠，四川 宜賓 644612）

1 引言

由于生產(chǎn)設(shè)備需要，經(jīng)常需要兩臺起重機(jī)聯(lián)合完成吊裝運(yùn)輸任務(wù)，俗稱“并車”。這時(shí)，兩車的小車、大車和起升機(jī)構(gòu)要協(xié)調(diào)同步地工作，以保證起吊工作的順利完成。隨著起重機(jī)電控設(shè)備的發(fā)展和設(shè)計(jì)思路的不斷創(chuàng)新，轉(zhuǎn)換開關(guān)并車控制系統(tǒng)與PLC通訊并車控制系統(tǒng)已被成功應(yīng)用于實(shí)踐當(dāng)中，較好的實(shí)現(xiàn)了并車吊裝運(yùn)輸時(shí)的高精度要求。

2 向家壩1 200/125 t橋式起重機(jī)簡介

向家壩電站右岸地下電站主廠房及左岸壩后廠房內(nèi)各裝有2臺太原重工生產(chǎn)制造的1 200/125 t單小車橋式起重機(jī)。其中，主鉤吊重1 200 t，單鉤起重量達(dá)到世界之最。

2.1 向家壩1 200/125 t橋機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)

2.1.1 橋架與橋梁

橋架采用三梁結(jié)構(gòu)，由兩根主梁、一根副主梁以及鉸接式端梁及其附屬鋼結(jié)構(gòu)組成，三梁均采用箱形結(jié)構(gòu)；主梁內(nèi)布置電氣系統(tǒng)與大車傳動設(shè)備；其中，主梁承載主小車與主起升，副梁承載副小車與副起升。

2.1.2 小車機(jī)構(gòu)

1 200 t橋式起重機(jī)有主小車與副小車各一臺，是起升的承載者。

(1)主小車

主要由小車架和小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)組成。小車架由分部件通過高強(qiáng)螺栓鉸接而成，橫跨放在主梁的兩根軌道上。

主小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)由兩套對稱布置的集中驅(qū)動裝置安裝在小車的兩側(cè)，由2×8個(gè)車輪承載。

(2)副小車

副小車的機(jī)械結(jié)構(gòu)與主小車基本相同，主要由小車架和小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)組成。與主小車比較，在驅(qū)動方式上副小車采用一套驅(qū)動裝置驅(qū)動，由2×2個(gè)車輪承載。

2.1.3 大車機(jī)構(gòu)

大車機(jī)構(gòu)主要指大車的運(yùn)行機(jī)構(gòu)，由大車電機(jī)、減速器、聯(lián)軸器、大車車輪等組成。大車的運(yùn)行驅(qū)動采用四角獨(dú)立驅(qū)動方式，整個(gè)驅(qū)動系統(tǒng)布置于兩根主梁內(nèi)端部的機(jī)械安裝間內(nèi)。

大車車輪共2×14個(gè)，其中每側(cè)安裝于主梁上的車輪有12個(gè)，副梁上安裝2個(gè)。

2.1.4 起升機(jī)構(gòu)

起升機(jī)構(gòu)由起升電機(jī)、起升減速器、卷筒、滑輪組、鋼絲繩等組成。

1 200 t起升機(jī)構(gòu)由兩個(gè)250 kW的變頻電動機(jī)驅(qū)動一個(gè)行星齒輪減速機(jī)，在行星齒輪減速機(jī)的四個(gè)輸出軸上各驅(qū)動一個(gè)φ2 100 mm的單聯(lián)卷筒。卷筒與減速器之間使用球鉸式卷筒聯(lián)軸器。鋼絲繩在卷筒上的纏繞為雙層纏繞，整個(gè)起升機(jī)構(gòu)共有四套滑輪組，每套滑輪組的倍率為2×6，承載鋼絲繩總支數(shù)為48，鋼絲繩φ44 mm。除了在每套驅(qū)動系統(tǒng)的高速軸上安裝兩個(gè)盤式制動器外，在卷筒端部的法蘭盤上還安裝有安全制動器。

主起升的特點(diǎn)：

(1)在減速器的兩側(cè)布置兩個(gè)電機(jī)，分別接入減速器的高速軸端，經(jīng)過減速驅(qū)動四個(gè)卷筒同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)。

(2)兩臺電機(jī)可同時(shí)運(yùn)行，也可單獨(dú)驅(qū)動，只是此時(shí)速度減半。

(3)在四個(gè)卷筒的每個(gè)卷筒上纏繞一根鋼絲繩，與定滑輪組、平衡定滑輪和相對的平衡梁上的動滑輪組合纏繞，在卷筒上采用雙層纏繞。

2.1.5 吊鉤、平衡梁及動滑輪組

吊鉤采用鍛造吊鉤，并在鉤口安裝有閉鎖器，防止吊重時(shí)意外脫扣。

平衡梁為拼裝而成，并在四角插入動滑輪組，安裝完成后依據(jù)起重機(jī)上設(shè)置的三維座標(biāo)檢測中的起升高度檢測來進(jìn)行平衡梁調(diào)平。

2.2 向家壩1 200/125 t橋式起重機(jī)電氣系統(tǒng)

橋機(jī)的電氣控制系統(tǒng)采用“上位工業(yè)控制計(jì)算機(jī)+PLC+基礎(chǔ)變頻傳動”組成的三級系統(tǒng)。上位工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為綜合監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)視整車的運(yùn)行和故障狀態(tài)；PLC實(shí)現(xiàn)整車運(yùn)行的時(shí)序邏輯控制；變頻傳動驅(qū)動各機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)動作，實(shí)現(xiàn)可控運(yùn)行。

2.2.1 傳動方案

采用能量再生式(回饋式)公用直流母線交流變頻調(diào)速方案。在總動力回路中，設(shè)置2套整流/回饋單元（AFE），以便重物下降時(shí)產(chǎn)生的能量回饋到電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行。交流電經(jīng)整流/回饋裝置完成交—直（或直—交）變換，直流電以公用母線方式輸出，各機(jī)構(gòu)通過逆變器掛在公用直流母線上，將母線上的直流電逆變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電送到各自的電動機(jī)上，完成電動機(jī)的速度、力矩控制。

單相接線圖如圖1所示：

圖1 單相接線圖

2.2.2 可編程序控制器（PLC）

PLC為橋機(jī)的大腦，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。向家壩1 200/125 t橋式起重機(jī)采用的是西門子的S7-300，它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。

各個(gè)機(jī)構(gòu)設(shè)備通過PROFIBUS DP總線聯(lián)接各設(shè)備與系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換與采集。

通信系統(tǒng)簡圖如圖2所示：

圖2 通信系統(tǒng)簡圖

2.2.3 綜合故障監(jiān)測顯示系統(tǒng)

綜合監(jiān)測系統(tǒng)由工業(yè)控制機(jī)、顯示器、打印機(jī)、系統(tǒng)軟件組成，它具有綜合故障監(jiān)測、故障監(jiān)測顯示、三維坐標(biāo)顯示及對各種運(yùn)行信號、保護(hù)信號、監(jiān)測信號、故障信號進(jìn)行顯示、診斷、報(bào)警、記錄、打印等功能。上述項(xiàng)目的監(jiān)測分別由起重機(jī)控制系統(tǒng)的PLC、三維坐標(biāo)監(jiān)測系統(tǒng)完成，然后以MPI網(wǎng)與工業(yè)控制機(jī)連接。主要監(jiān)測點(diǎn)：

(1)橋機(jī)供電電源監(jiān)測。

(2)橋機(jī)電氣控制線路控制監(jiān)測。

(3)各機(jī)構(gòu)電動機(jī)故障監(jiān)測。

(4)各機(jī)構(gòu)調(diào)速系統(tǒng)和裝置故障監(jiān)測。

(5)各制動器的故障監(jiān)測。

(6)各機(jī)構(gòu)極限位置監(jiān)測。

(7)電子稱重系統(tǒng)監(jiān)測。

(8)聯(lián)鎖保護(hù)裝置監(jiān)測。

3 轉(zhuǎn)換開關(guān)并車控制法

3.1 轉(zhuǎn)換開關(guān)并車控制法的并車控制原理

首先需要將兩臺橋式起重機(jī)分為主控車和被控車，一旦確定，不得更改。在主控車中設(shè)有主、副車并車轉(zhuǎn)換開關(guān)柜各一個(gè)，在被控車中設(shè)并車轉(zhuǎn)換開關(guān)柜一個(gè)，均安裝在各自的司機(jī)室中。該系統(tǒng)主要利用多級轉(zhuǎn)換開關(guān)（轉(zhuǎn)換開關(guān)柜的核心元件）來接通或切斷主控車控制器與主控車、被控車中參與并車作業(yè)的各機(jī)構(gòu)（如起升機(jī)構(gòu)、運(yùn)行機(jī)構(gòu)等）控制屏之間的聯(lián)系，使主控車控制器能夠控制兩臺起重機(jī)的相應(yīng)機(jī)構(gòu)同時(shí)（或單獨(dú)）運(yùn)作。期間，并車信號的傳遞依賴于多根多芯電纜，在兩臺起重機(jī)上采用插頭插座組件連接。這種并車控制系統(tǒng)僅對參與并車作業(yè)的各機(jī)構(gòu)控制屏的控制回路進(jìn)行接通或分?jǐn)?，各機(jī)構(gòu)電動機(jī)的主回路不變。

3.2 轉(zhuǎn)換開關(guān)并車控制法的并車具體步驟

以兩臺起重機(jī)小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)為例，并車的具體步驟如下：

（1）將兩臺起重機(jī)小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)中電動機(jī)主回路的主斷路器斷開；

（2）將并車用多芯電纜的一端接到被控車轉(zhuǎn)換開關(guān)的8個(gè)并車線端子上；另一端接到主控車并車轉(zhuǎn)換開關(guān)的對應(yīng)端子上；

（3）相序檢查：將被控車上的并車轉(zhuǎn)換開關(guān)打在“并車”位置上，使被控車小車控制屏的控制回路與被控車小車控制器的聯(lián)系中斷，此時(shí)主控車并車轉(zhuǎn)換開關(guān)處于“斷開”位置。用交流500 V檔電壓表測量主控車8級并車轉(zhuǎn)換開關(guān)中，任一級的兩個(gè)接線端子之間的電壓，若為0 V，則主控車與被控車的三相電源線同相序；

（4）相序正確之后，閉合主控車的并車轉(zhuǎn)換開關(guān)，使被控車的小車控制屏（控制回路）與主控車的小車控制回路接通，指示燈亮，并車完成；

（5）并車后，試驗(yàn)兩臺起重機(jī)小車控制屏的動作順序是否正確；

（6）閉合兩臺起重機(jī)小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)中電動機(jī)主回路的主斷路器；

（7）操縱主控車中的小車控制器，可使兩臺起重機(jī)的小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)（若需操縱某一臺起重機(jī)的小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)單獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)，只要將主控車司機(jī)室中另一臺起重機(jī)的小車并車轉(zhuǎn)換開關(guān)打到“斷開”位置即可）。

轉(zhuǎn)換開關(guān)并車控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是：并車原理簡單，動作裝置較為可靠；可方便地選用定型電控設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)；并車連線較多，檢修工作量較大。

形心算法實(shí)現(xiàn)的穩(wěn)定性與精度主要取決于閾值分割的情況[11]。使用最大類間方差算法找到合適的閾值且圖像背景單一，因此，形心算法可以快速高效地計(jì)算出形心坐標(biāo)。

4 PLC并車控制法

4.1 PLC并車控制法的并車控制原理

PLC通訊并車控制系統(tǒng)主要是利用PLC的通訊模板或點(diǎn)對點(diǎn)通訊接口進(jìn)行串行并車通訊，從而實(shí)現(xiàn)兩臺橋式起重機(jī)的主從控制。專用的通訊電纜是傳遞并車信息的媒介，并車邏輯控制由編制的現(xiàn)場控制程序完成。可以根據(jù)需要編制或修改控制程序，隨意設(shè)定主控車和備控車。設(shè)定完成后，若在主控車中進(jìn)行操作，通過PLC可使被控車的操作裝置閉鎖，以免發(fā)生誤操作。此時(shí)，在主控車中，利用某機(jī)構(gòu)控制器可以控制兩臺起重機(jī)參與并車作業(yè)的相應(yīng)機(jī)構(gòu)同時(shí)動作；也可以通過修改設(shè)定，使主控車和被控車中參與并車作業(yè)的機(jī)構(gòu)單獨(dú)動作，以達(dá)到及時(shí)糾偏，確保吊運(yùn)精度的目的。

PLC并車控制原理圖如圖3所示：

圖3 PLC并車控制原理圖

PLC通訊并車控制系統(tǒng)的專用設(shè)備介紹：

(1)PLC的硬件配置；

(2）用戶程序的設(shè)計(jì)；

(3）編程器的選擇；

(4）通訊電纜的選擇。

4.2 PLC并車控制法的并車具體步驟

4.2.1 機(jī)械連接

(1)將并車機(jī)械連接桿可靠連接。

(2)兩臺橋機(jī)正常運(yùn)行時(shí)由于有激光防碰撞裝置檢測，在接近到一定距離時(shí)就會自動停車，并車時(shí)需要按住聯(lián)動控制臺上的“并車限位短接”按鈕，同時(shí)操作大車運(yùn)行控制器，兩橋機(jī)即可充分接近。

(3)兩臺橋機(jī)上主起升、主小車、大車的電動機(jī)選擇須選擇到相同位置。

(4)兩臺橋機(jī)上主起升輕載/重載選擇必須選在在重載，否則會出現(xiàn)兩臺橋機(jī)主起升機(jī)構(gòu)速度不同步的現(xiàn)象。

4.2.2 電氣連接

（1）兩臺準(zhǔn)備進(jìn)行并車操作的橋機(jī)分別完成PLC啟動、總接觸器啟動的工作。

（2）將1號車并車插銷箱內(nèi)的并車通訊線連接到2號車PLC1控制屏的通訊模塊上，旋緊固定螺釘。此時(shí)，兩臺車的通訊模塊上SF紅燈消失，TXD、RXD綠燈閃爍。數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)接收正在進(jìn)行。

（3）兩臺車上并車選擇開關(guān)均置于“并車”位置。

4.2.3 主車選擇

在被選定將進(jìn)行司機(jī)操作的橋式起重機(jī)上進(jìn)行主車選擇，這意味著并車狀況下的操作只能在此車上進(jìn)行。在主車上，可以單獨(dú)控制本車（主車）上的主小車運(yùn)行、主起升運(yùn)行；也可以單獨(dú)控制它車上的主小車運(yùn)行、主起升運(yùn)行；還可以同時(shí)控制本車、它車的主小車運(yùn)行、主起升運(yùn)行、大車運(yùn)行。

將并車選擇開關(guān)按照：并車-本車-它車順序轉(zhuǎn)動即完成了主車選擇。

4.2.4 控制對象選擇

(1)控制本車

將并車選擇開關(guān)轉(zhuǎn)到“本車”狀態(tài)，則可對本車的主起升、主小車進(jìn)行控制。

(2)控制它車

將并車選擇開關(guān)轉(zhuǎn)到“它車”狀態(tài)，則可對它車的主起升、主小車進(jìn)行控制。

(3)并車控制

如果要進(jìn)行并車控制，即控制兩臺橋式起重機(jī)同時(shí)運(yùn)行，將并車選擇開關(guān)轉(zhuǎn)到“并車”狀態(tài)，則可同時(shí)對兩臺橋式起重機(jī)的主起升、主小車、大車進(jìn)行控制。

4.3 PLC通訊并車控制系統(tǒng)的特點(diǎn)介紹

（1）采用PLC對參與并車的相應(yīng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制和管理，使得并車吊運(yùn)時(shí)的信號顯示和故障監(jiān)測十分方便，可以大大縮短檢修時(shí)間；

（2）采用PLC作為專用并車裝置，可以節(jié)省司機(jī)室內(nèi)的空間，方便司機(jī)操作；

（3）并車機(jī)構(gòu)的邏輯控制大多是由PLC以掃描方式執(zhí)行用戶程序來完成，與繼電器控制回路相比，減少了大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，使得單臺起重機(jī)的電控設(shè)備可以達(dá)到相當(dāng)?shù)母叨?，各種調(diào)速裝置均可順利連接于PLC的控制當(dāng)中，從而實(shí)現(xiàn)對各機(jī)構(gòu)電動機(jī)的高精度實(shí)時(shí)控制；

（4）并車時(shí)采用專用接口，并車連接方便，傳輸信息快捷準(zhǔn)確。

5 橋式起重機(jī)并車過程的主要技術(shù)故障解析

橋式起重機(jī)并車過程中可能遇到的主要技術(shù)故障是并車運(yùn)行中兩橋式起重機(jī)的主起升機(jī)構(gòu)出現(xiàn)明顯的不同步現(xiàn)象，主要原因：

（1）兩車的通信造成不同步；

（2）起升機(jī)構(gòu)由于機(jī)械效率、機(jī)械摩擦力不能完全相同，造成不同步；

（3）抱閘的松緊不同造成不同步；

（4）電阻器高溫后電阻率會發(fā)生變化，產(chǎn)生起升機(jī)構(gòu)并車時(shí)不同步

6 結(jié)論

利用PLC進(jìn)行通訊并車控制的設(shè)計(jì)方法，既適用于新產(chǎn)品的開發(fā)，也適用于老設(shè)備的改造。隨著計(jì)算機(jī)自控技術(shù)的不斷發(fā)展，應(yīng)用高科技來保證并車吊運(yùn)的精度及安全可靠性是必然的趨勢。所以，PLC通訊并車控制系統(tǒng)應(yīng)該是起重機(jī)實(shí)現(xiàn)并車控制的最佳選擇。

[1]劉瑞齊，李元章.起重運(yùn)輸機(jī)械電氣設(shè)備[M].北京：中國鐵道出版社,1984.

[2]江秀漢，李萍.可編程序控制器原理及應(yīng)用[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1996.

[3]廖常初.可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)[M].重慶：重慶大學(xué)出版社,1998.

[4]朱學(xué)軍.水電站橋式起重機(jī)的并車系統(tǒng)[J].起重運(yùn)輸機(jī)械2002（9）：6-9.