劉玉超，張偉群LIU Yu-chao, ZHANG Wei-qun（勁海（寧波）起重機械有限公司，浙江 寧波 315221）

MG470t/36m雙主梁門式起重機電氣系統(tǒng)方案

劉玉超，張偉群
LIU Yu-chao, ZHANG Wei-qun
（勁海（寧波）起重機械有限公司，浙江 寧波 315221）

[摘 要]闡述大噸位雙主梁門式起重機大小車運行、起升、大車糾偏機構電氣控制原理，建立雙小車并車和大車運行糾偏控制系統(tǒng)的控制流程，計算出大車糾偏的偏差范圍，并通過PLC程序進行自動控制。最終達到對大跨度、大噸位龍門起重機的安全自動控制指標要求。

[關鍵詞]門式起重機；起升運行機構；自動糾偏

隨著造船業(yè)的大力發(fā)展，大跨度、大噸位門式起重機的應用越來越廣泛。鑒于此類起重機的使用工況和控制技術要求，對于其電氣控制性能、速度調節(jié)精度、安全可靠性等方面要求越來越高。隨著電氣控制技術的日益發(fā)展，變頻調速、編碼器糾偏、PLC控制逐步在大跨度、大噸位起重機上實踐應用，以下是針對MG470t/36m雙主梁門式起重機電氣系統(tǒng)的設計方案系統(tǒng)闡述。

1 小車行走機構工作原理

1）機械要求：在4臺“三合一”T K A F128TR88-V-5.5-4P-376-M1-I驅動裝置中，要求其中有1臺5.5kW的變頻電機自帶光電編碼器，編碼器的型號及參數(shù)與安川變頻器的PG—B2速度控制卡配套（建議脈沖編碼器脈沖數(shù)為600p/r)。

2）小車運行機構的控制方式采用“帶PG的V/f控制”，光電編碼器的脈沖信號一方面進入變頻器的PG-B2速度控制卡，供變頻器進行速度控制，另一方面又經(jīng)變頻器參數(shù)F1-06（PG輸出分頻比）100分頻，在變頻器的PG-B2速度控制卡的脈沖監(jiān)視輸出端子輸出脈沖，按照小車運行速度0～8.6m/min，小車電機額定轉速1 431.3r/min進行折算，得出此監(jiān)視輸出脈沖每一個脈沖對應小車在軌道上行走了1mm，為便于敘述兩臺雙主梁門式起重機并車運行時小車同步的問題，將該脈沖信號用VXP1#表示，另一臺MG470t/32m雙主梁門式起重機的相應脈沖信號用VXP2#表示。

3）兩臺雙主梁門式起重機并車運行時，將MG470t/36m雙主梁門式起重機作為主機，另一臺MG470t/32m雙主梁門式起重機作為從機，從機的運行命令、擋位速度等指令全部由主機的PLC傳輸過來。從機此時不響應本機的聯(lián)動臺和本機的遙控器命令（但本機的聯(lián)動臺手柄必須全部在零位，而且工作狀態(tài)選擇必須在并機狀態(tài)），但響應本機聯(lián)動臺上的停止、急停、工作狀態(tài)的選擇開關等部分命令，以便于并車運行時各機構的同步啟停。

4）小車并車時同步控制原理：當小車并車工作時，主機上的PLC實時測量主機和從機上小車變頻器速度控制卡發(fā)出的脈沖數(shù)，并實時計算它們的脈沖數(shù)之差，在PLC內部進行PID運算，運算結果實時去調整主機小車變頻器的設定頻率，使脈沖數(shù)之差始終為零或控制在一個很小的范圍內。主機的速度控制流程圖如圖1所示。

2 大車運行機構工作原理

圖1 主機的速度控制流程圖

1）MG470t/36m雙主梁門式起重機大車采用8臺7.5kW變頻電機驅動，其中剛性腿4臺，柔性腿4臺，由于該起重機在機械設計上支腿與主梁的連接采用了一個柔性鉸支座連接，因此電器上為便于糾偏采用了分散傳動控制方式，即1臺變頻器控制剛性腿的4臺變頻電機，另1臺變頻器控制柔性腿的4臺變頻電機。為了提高大車糾偏的動態(tài)響應速度及精度，剛性腿和柔性腿2臺變頻器都采用“帶PG速度卡”的閉環(huán)控制模式。因此要求剛性腿和柔性腿的4臺變頻電機中各有1臺自帶增量型光電脈沖編碼器，它們發(fā)出的脈沖信號分別給各自變頻器的PG-B2速度控制卡，以構成各自的速度閉環(huán)控制。此可以稱為下同步（對剛腿或柔腿是閉環(huán)控制，而對整個起重機大車行走而言是開環(huán)控制）。

2）為了提高該雙主梁門式起重機大車運行的可靠性及安全性，防止柔性鉸支座轉動角度過大，造成鋼結構的損傷，因此必須實時測量和判斷每一時刻的轉動角度是否在允許范圍之內，并實時糾偏(通常只允許剛性腿和柔性腿行走的距離之差在±3‰跨度內)。此角度的測量值應是絕對角度值，而不是角度變化量，不應因停電而丟失角度值，因此必須安裝絕對值編碼器，鑒于國產的1 024p/r的絕對值編碼器產品質量還不穩(wěn)定，容易產生誤碼等原因，建議采用進口或合資產品，如日本光洋、德國海德漢、倍加福等，以保證電氣控制的可靠性。

3）柔性鉸支座轉動角度測量原理：首先在柔性腿放置鉸支座的平臺上焊接1根小號的槽鋼，槽鋼中心線的延長線要求經(jīng)過鉸支座的中心，槽鋼另一自由端固定1根細鋼絲（要求無彈性，如測量專用鋼絲繩），鋼絲另一端固定在一個測量轉動角度的小圓盤上，圓盤的中心固定在一只絕對值光電編碼器的轉軸上，光電編碼器又經(jīng)連接支架固定在主梁底端，設鉸支座的中心到槽鋼自由端的鋼絲繩端距離為L(m)，小圓盤的直徑為D（mm），絕對值編碼器參數(shù)為1 024p/r，當鉸支座轉動了θ弧度后，絕對值編碼器的數(shù)值變化為ΔD，經(jīng)計算得出：ΔD=（θ×L×1 000×1 024)/(πd），通常小圓盤的周長πd=100mm，L=2m，現(xiàn)假設剛性腿和柔性腿行走的距離之差為36mm（門機跨度的1‰)，由高等數(shù)學知識：當θ很小時有tgθ≈θ，因此鉸支座轉動的角度θ=2π×1‰，將此帶入上述等式得ΔD=20個數(shù)值變化量。由此可見測量裝置的測量精度是足夠的。測量裝置示意圖如圖2所示。

圖2 柔性鉸支座轉動角度測量裝置示意圖

4）上糾偏工作原理：雙主梁門式起重機在機械安裝結束后，電氣設備在投入工作前，應對柔性鉸支座處的絕對值編碼器的初始值進行標定。過程如下：首先機械安裝上確保此時主梁與大車兩端軌道是垂直的，即此時柔性腿既不超前剛性腿又不滯后剛性腿，是標準的零偏差位置。

PLC實時讀取絕對值編碼器的數(shù)值，并判斷主梁柔性腿相對于剛性腿是左偏了還是右偏了，當柔性腿是左偏時且大車是向左行駛時，此時PLC調慢柔性腿變頻器的速度，直到編碼器的數(shù)值為512停止調整；如大車是向右行駛的，則PLC調快柔性腿變頻器的速度，直到編碼器的數(shù)值為512停止調整；當柔性腿是右偏時，調整原理同上。這樣可以使絕對值編碼器的數(shù)值始終為512，即主梁不發(fā)生偏斜，達到實時糾偏的目的。

±1.4‰（對應50mm）報警值的設置：經(jīng)計算1.4‰偏斜時，絕對值編碼器的變化量ΔD=28，所以當PLC檢測到絕對值編碼器的數(shù)值超出512±28區(qū)間時，聯(lián)動臺上的蜂鳴器報警、大車自動減速停止，同時聯(lián)動臺上的左偏指示燈或右偏指示燈點亮，此時將禁止大車鋼、柔腿聯(lián)動運行，司機可通過聯(lián)動臺上的大車工作模式選擇開關選擇柔腿單動模式或剛腿單動模式，慢速點動調整其中一只腿的行走距離，使絕對值編碼器的數(shù)值調整回到512±28之間，然后再將大車的工作模式選擇開關選擇到聯(lián)動狀態(tài)繼續(xù)工作，此稱為手動糾偏。

5）為了提高大車的測量精度和控制精度，大車在控制方案上也可以將小車的同步控制方法應用到大車上，這樣一來大車就有兩套糾偏系統(tǒng)，提高了大車運行的可靠性。測量大、小車行走距離的光電脈沖編碼器也可安裝在專用的檢測輪上，與檢測輪同軸旋轉，但必須要保證該檢測輪在軌道上是純粹的滾動，不允許打滑。大車控制流程圖如圖3所示。

3 起升機構工作原理

為了增大起升機構的調速比，杜絕重載時溜鉤的發(fā)生，因此起升機構采用帶PG速度卡的矢量控制，電機在零速度時也可以得到150%的額定轉矩輸出，如電機是雙出軸可以將光電編碼器安裝在減速機的高速軸上。

如超載限制器設置了40%載荷（輕載）觸點輸出時，當?shù)踔匦∮?0%×225=90t時如想提高工作效率可以將聯(lián)動臺上的起升選擇開關從額定速轉換到倍速運行，起升速度可以達到2×0.8=1.6m/min，此時變頻電機以100Hz運行，電機工作在恒功率狀態(tài)。

4 關于兩臺雙主梁門式起重機并車運行時數(shù)據(jù)的相互傳輸問題

由于該兩臺雙主梁門式起重機并車運行時其間的距離為20m、24m、32m，是幾個定值，因此考慮到整機的成本問題，數(shù)據(jù)的傳輸采用有線傳輸方式，為便于安裝和連接，在兩臺門式起重機的司機室端的大車底橫梁上分別設置了一個多芯航空插座，數(shù)據(jù)的傳輸兩頭各自備有帶航空插頭的一根屏蔽電纜，當要并車工作時，將該電纜的兩端分別連接到兩臺門機底橫梁上航空插座上，非并車時取下該電纜。

由于交換的數(shù)據(jù)量比較多，因此在各自的PLC上先將要傳輸?shù)男畔?shù)據(jù)進行編碼處理，這樣一方面減少了數(shù)據(jù)量，另一方面也提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目垢蓴_能力。在接收到對方傳送過來的數(shù)據(jù)后首先進行校驗，如果校驗正確再查表得出各數(shù)據(jù)表示的含義，然后執(zhí)行響應的動作。如果校驗錯誤，則放棄該數(shù)據(jù)，并退出并機狀態(tài)。因此在每臺PLC上擴展了RS485通訊模塊，在并機時數(shù)據(jù)通過RS485總線相互傳輸數(shù)據(jù)。

(編輯 賈澤輝）

圖3 大車控制流程圖

［中圖分類號］TH215

［文獻標識碼］B

［文章編號］1001-1366(2015)04-0053-03

［收稿日期］2014-12-16

MG470t/36m double girder gantry crane electric system scheme