纜索起重機電氣控制系統(tǒng)的改進(jìn)方案

胡林海

（中國水利水電第四工程局有限公司第二分局，河北涿州 072750）

在我國大型水電工程施工的過程中，經(jīng)常會使用纜索起重機來對大壩進(jìn)行澆筑。不過使用傳統(tǒng)的纜機控制系統(tǒng)控制起來非常麻煩，經(jīng)常會出現(xiàn)故障，而且維修起來也非常麻煩。同時，在對機組進(jìn)行調(diào)速時，需要占用大量的資源，且在起升繩彈跳時，很容易出現(xiàn)斷裂的情況。本文通過對某纜索起重機的改進(jìn)方法為例，對PLC和數(shù)字直流變流器配合使用的控制系統(tǒng)改進(jìn)方案進(jìn)行介紹。

圖1 控制系統(tǒng)簡圖

1 控制系統(tǒng)簡介

某纜索起重機屬于輻射式纜機。副塔主要是用來安裝移動機構(gòu)的移動端，主塔為布置牽引和起升機構(gòu)的固定端。副塔上安裝的司機室是固定的，可以進(jìn)行牽引、起升、行走的操控。主塔可以對纜索起重機進(jìn)行牽引和起升操作。具體控制系統(tǒng)如圖1所示。

2 配置動力回路

2.1 配電設(shè)備的配置

因為纜索起重機的流動性比較高，所以此纜機的配電設(shè)備需要選用箱式變電站。配電箱主要由1臺S9-M油浸式封閉變壓器、兩路低壓饋電機構(gòu)、一路低壓受電機構(gòu)和一路高壓進(jìn)線組成，起重低壓受電和低壓饋電結(jié)構(gòu)主要是用來對設(shè)備牽引和起升時使用的直流調(diào)速裝置線路進(jìn)行保護(hù)，所有的低壓出線線路都有一個抗電器和一個斷路器[1]。使用這種配電方案，變電站中元件結(jié)構(gòu)比較緊密，節(jié)省空間，且箱子不會受到灰塵和水的污染，方便搬運。

2.2 直流調(diào)速裝置和傳動方案的安裝

使用直流雙閉環(huán)拖動的方法來進(jìn)行起重機的牽引和起升，測速反饋裝置使用測速發(fā)電機。牽引機構(gòu)主要由兩臺電機、一套整流裝置、規(guī)定電機的額定電壓為220 V，為了確保電機可以同時運行，分別使用勵磁并聯(lián)、電樞串聯(lián)的方案對兩臺電機進(jìn)行連接。起升結(jié)構(gòu)主要由兩部制動器、一套整流裝置、一臺電機組成，使用的電機電壓為450 V，在額定負(fù)載工況下，空鉤速度為210 m/min，下降的速度為165 m/min，上升的速度為125 m/min。使用全數(shù)字直流調(diào)速裝置安裝到可控硅流設(shè)備上，通過微處理器對調(diào)速裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)和掌控。相關(guān)參數(shù)的調(diào)整和設(shè)置可以通過含有數(shù)字顯示參數(shù)設(shè)定的元件全部設(shè)置完成，而不需要再用到其他的設(shè)備，非常的方便。兩個反并聯(lián)三相全控橋組成的可逆系統(tǒng)又叫電樞，產(chǎn)生的弱磁范圍非常大。為了使得參數(shù)設(shè)定在一個最好的范圍值，可以使用經(jīng)驗優(yōu)化對速度環(huán)進(jìn)行調(diào)節(jié)，磁場曲線和電流環(huán)使用裝置進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。而且裝置上還安裝了具有保護(hù)作用的診斷報警功能。如圖2所示。

圖2 動力回路配置簡圖

3 配置PLC和安裝軟件

3.1 PLC的安裝

此纜索起重機使用德國生產(chǎn)的PLC系統(tǒng)，分別安裝在主塔和副塔上，其中副塔上的PLC系統(tǒng)安裝在副塔司機室中，主塔上的PLC安裝在電氣房中，主塔和副塔PLC都使用繼電輸出模塊、24 V 供電模塊、220 V 開關(guān)量輸入模塊，來確保PLC系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。主副塔之間使用光纖來進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。主塔上的PLC系統(tǒng)為整個PLC控制系統(tǒng)的核心，主要對機構(gòu)的停止和啟動、投入或者退出負(fù)載電源、機械問題的報警等進(jìn)行控制，副塔上安裝的PLC系統(tǒng)的主要作用是和主塔PLC系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換以及對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

3.2 觸摸屏

觸摸屏和副塔PLC之間的信息交換是通過使用Unitelway協(xié)議來進(jìn)行交換的。牽引子畫面、主畫面、起升子畫面、設(shè)置畫面是觸摸屏的主要的四個部分。其中牽引畫面和起升子畫面的主要作用是用來監(jiān)測和查詢牽引及起升設(shè)備的工作情況。主畫面是對整個起重機的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控的，比如起升速度的快慢、起升的高度、牽引的位置等等。設(shè)置畫面主要是用來對牽引和起升的軟限位進(jìn)行設(shè)置的，不過設(shè)置畫面的操作需要擁有專門權(quán)限，才可以進(jìn)行操作，以免出現(xiàn)操作失誤的現(xiàn)象。

3.3 軟件功能的設(shè)置

此纜索起重機電氣控制系統(tǒng)的軟件使用PL7-PRO進(jìn)行編寫的，主要的功能模塊有直流調(diào)速裝置初始化模塊、配電模塊、通訊處理模塊、牽引和起升控制模塊五個部分組成。

（1）調(diào)速裝置初始化模塊設(shè)置。在控制系統(tǒng)啟動時，是有特定的順序要求的，如果未按照特定順序進(jìn)行啟動，就很容易導(dǎo)致控制系統(tǒng)出現(xiàn)報警的情況。調(diào)速裝置初始化模塊主要就是用來控制系統(tǒng)的啟動順序的，從而避免出現(xiàn)不按順序操作的情況。

（2）緊急停止的處理設(shè)置。通常情況下，如果在系統(tǒng)運行過程中，突然把主電源斷開，會產(chǎn)生非常大的沖擊電流，然后會對直流調(diào)速裝置整流橋造成損害。為了避免這種情況的發(fā)生，此纜索起重機控制系統(tǒng)使用了全數(shù)字直流調(diào)速裝置，在發(fā)生突然斷電事故時，可以先對數(shù)字直流調(diào)速裝置進(jìn)行緊急電氣制動，然后對數(shù)字直流調(diào)速裝置的全控整流橋進(jìn)行隔離，最后才對主電源進(jìn)行切斷，這樣就很好地避免了整流橋損壞的情況發(fā)生。

（3）檔位控制和檔位標(biāo)志。通常來說主控制器信號的傳播速度是高于檔位信號的傳播速度的，不過，在進(jìn)行旁路牽引時，如果速度過快會導(dǎo)致塔頭和小車產(chǎn)生撞擊，所以在進(jìn)行旁路牽引時，速度要盡量放低，可以在軟件中設(shè)置在進(jìn)行這一牽引操作時，主動把主控制器的高檔屏蔽，即屏蔽2～5 檔，只保留一檔的速度。在設(shè)備抱閘時會對檔位進(jìn)行標(biāo)記。當(dāng)液壓桿制動器在抱閘時，會出現(xiàn)制動延時的情況，很容易出現(xiàn)在低速工況下溜坡或者溜鉤的情況，在低速運行時，檔位標(biāo)志首先進(jìn)行抱閘，然后把全數(shù)字直流調(diào)速裝置斷開，在高速運行時，為了降低剎車瓦片的損耗程度，先使用全數(shù)字直流調(diào)速裝置進(jìn)行電氣制動，在速度降低后，再進(jìn)行抱閘[2]。

（4）速度給定換算。機器的起升額定下降速度、上升速度、空鉤速度是存在差異的。在軟件程序中設(shè)置了兩個標(biāo)么值，分別為總體標(biāo)么值V1和檔位速度表么值V2。假設(shè)額定上升速度的標(biāo)么值為1，那么其余各檔速度的標(biāo)么值分別為0.1、0.35、0.45、0.65、1?？浙^的標(biāo)么值為1.71、下降總體標(biāo)么值為1.35。那么就可以使用此公式進(jìn)行速度換算n=V1×V2×n，在此公式中n 代表基準(zhǔn)值，通過在軟件中設(shè)置此公式進(jìn)行換算，就會很容易對速度進(jìn)行換算。

（5）通信處理。數(shù)據(jù)之間的交換可以使用寄存器進(jìn)行交換，通常情況下，一臺PLC最多可以和30臺PLC建立信息傳送，信息的接收和發(fā)送一般都在15個字左右[3]。

4 起重機的保護(hù)

對纜索起重機控制系統(tǒng)的保護(hù)也是非常重要的一個方面，此纜索起重機電氣控制系統(tǒng)設(shè)置了完整的保護(hù)功能，具體為：（1）供配電的保護(hù)功能，控制系統(tǒng)中使用了瓦斯和溫度對變壓器進(jìn)行保護(hù)，從而保證供配電在一個正常工作狀態(tài)；（2）當(dāng)線路出現(xiàn)過流或者過載現(xiàn)象，電源缺相時，可進(jìn)行欠壓保護(hù)，可很好地避免過載現(xiàn)象的發(fā)生，另外可以使用溫度對箱變整體進(jìn)行防護(hù)，對電源進(jìn)行相序、急停等方面的保護(hù)；（3）機構(gòu)保護(hù)，為了對硬件限位進(jìn)行保護(hù)，可以通過在觸摸屏上設(shè)置軟限位來進(jìn)行保護(hù)，為了保證在工作的過程中，制動器一直保持在一個打開的狀態(tài)，可以在制動器上安裝松閘限位來進(jìn)行保護(hù)。

5 結(jié)語

綜上所述，通過在纜索起重機上安裝PLC裝置和全數(shù)字直流調(diào)速裝置，使原來的纜索起重機電氣控制系統(tǒng)發(fā)生了非常大的改變，起重機的性能得到了全面的提升，同時司機的工作量降低了很多。而且，使用上文中的信息傳送方法，使得電纜的使用數(shù)量減少了很多，也減少了工作人員對電纜的維護(hù)次數(shù)和維護(hù)難度。此纜索起重機電氣控制系統(tǒng)經(jīng)過以上方法的改裝后，完全達(dá)到了工地澆筑的規(guī)定要求，創(chuàng)造出了非常大的經(jīng)濟效益，是值得大力推行的。

［1］張元兵.起重機電控系統(tǒng)改造中應(yīng)注意的問題［J］.港口裝卸，2006（5）：27.

［2］北京ABB 電氣傳力系統(tǒng)有限公司.DCS500B 操作指導(dǎo)［Z］.2004.

［3］北京施耐德電氣有限公司.Magelis 操作員對話終端［Z］.2005.