懸索橋大型吊裝卷揚(yáng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)剖析

鄒曦

摘要：懸索橋大型吊裝卷揚(yáng)機(jī)由帶繩槽雙筒摩擦式牽引主機(jī)和儲(chǔ)繩輔機(jī)組成。主要特點(diǎn)是收放繩速恒定，出繩位置不變。配有大容繩量的儲(chǔ)繩筒，可以進(jìn)行多滑輪組長距離作業(yè)。在實(shí)際吊裝過程中，會(huì)出現(xiàn)單臺(tái)獨(dú)立工作或多臺(tái)聯(lián)動(dòng)的情況，為保證吊裝過程同步的精度和準(zhǔn)度，控制系統(tǒng)采用PLC閉環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)。本文就卷揚(yáng)機(jī)系統(tǒng)組成部分和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行簡單講解。

關(guān)鍵詞：懸索橋，卷揚(yáng)機(jī)系統(tǒng)，聯(lián)動(dòng)控制設(shè)計(jì)

一、卷揚(yáng)機(jī)系統(tǒng)特點(diǎn)及工作原理

摩擦式卷揚(yáng)機(jī)是通過一對同向轉(zhuǎn)動(dòng)的滾筒，給纏繞于筒面的多圈鋼絲繩一個(gè)摩擦作用力，使鋼絲繩沿著滾筒旋轉(zhuǎn)的方向運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到牽引重物的目的。

主機(jī)鋼絲繩由滾筒下方進(jìn)出，在前后摩擦卷筒上循環(huán)纏繞8圈后，通過導(dǎo)繩輪進(jìn)入儲(chǔ)繩機(jī)。

儲(chǔ)繩機(jī)與主機(jī)分離。安裝在主機(jī)后端，主要是儲(chǔ)存從滾筒傳出的鋼絲繩。由于儲(chǔ)繩量大，纏繞層數(shù)多，內(nèi)外層線速度差較大。儲(chǔ)繩機(jī)采用力矩控制方式，有效地控制鋼絲繩張力在一定范圍內(nèi)，以保證主機(jī)鋼絲繩始終保持緊繃狀態(tài)，使吊裝過程順利完成。

二、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡析

1、控制系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

1.1采用全數(shù)字式矢量型變頻器，把減速和負(fù)力下放過程中電機(jī)處于發(fā)電過程中產(chǎn)生的多余能量采用制動(dòng)電阻消耗，可以達(dá)到負(fù)力下放的功能。

1.2變頻調(diào)速系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，調(diào)速范圍更廣，低頻力矩大，可以達(dá)到2～50HZ平滑控制。

1.3采用全數(shù)字式西門子S7-200系列PLC組成的控制系統(tǒng)，使得系統(tǒng)布線更加簡單，美觀，運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠。PLC輸入輸出接點(diǎn)留有10%的余量，預(yù)留用戶加入自己外部保護(hù)功能接口。預(yù)留以太網(wǎng)接口，可方便用戶擴(kuò)展遠(yuǎn)程控制及監(jiān)控。

1.4溫度保護(hù)：電動(dòng)機(jī)的溫度不得超過110℃，溫升不得超過80℃;減速機(jī)潤滑油的溫度不得超過80℃，溫升不得超過40℃。

1.5寬電壓工作：在電動(dòng)機(jī)輸入端電壓為90%額定電壓的條件下，卷揚(yáng)機(jī)應(yīng)能正常起升額定載荷。

1.6采用旁壓式張力傳感器，把鋼絲繩拉力信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)給PLC，用于實(shí)時(shí)顯示拉力值。

1.7設(shè)置增量式編碼器，用于測量鋼絲繩出繩速度以及出繩距離。

1.8采用觸摸屏作為上位機(jī)監(jiān)控用于顯示頻（用于顯示繩長，繩速，拉力），緊急停止開關(guān)、電源指示燈、狀態(tài)指示燈及相應(yīng)操作開關(guān)、主令手柄、電流表，頻率表。

1.9電機(jī)尾部安裝增量式編碼器，變頻器帶編碼器反饋單元，采用變頻器閉環(huán)控制模式。如控制速度與電機(jī)實(shí)際運(yùn)行速度存在偏差，變頻器需能夠及時(shí)調(diào)整。

1.10變頻器工作和閘閉鎖功能：即變頻器工作之后給出了開閘命令之后，主機(jī)的電動(dòng)制動(dòng)器才打開。變頻器停止工作后，閘抱死。

1.11PLC采用西門子S7-200系列PLC，配置工業(yè)交換機(jī)，方便用戶自行開發(fā)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。

1.12預(yù)留本地控制/遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)控制選擇開關(guān)，并提供PLC源程序及程序清單。

1.13設(shè)置集裝箱式控制室，內(nèi)設(shè)雙制空調(diào)一臺(tái)。

2、操作臺(tái)界面及功能設(shè)計(jì)

通過操作面板可進(jìn)行系統(tǒng)上電、合閘、分閘、提升、下放停車、急停等操作。

進(jìn)行如下系統(tǒng)操作之前，用戶需要進(jìn)行身分確認(rèn)，即輸入用戶登路密碼。具體權(quán)限分配如下：

用戶操作者：合閘操作、提升、下放、變速、停車、急停、位置參數(shù)設(shè)置。

用戶工程師：除用戶操作者之外，還可以進(jìn)行位置校正、編碼器當(dāng)量、停車點(diǎn)設(shè)置、開閘延時(shí)、抱閘延時(shí)等操作。

2.1系統(tǒng)上電操作

1）主回路送電：合上主斷路器QF1進(jìn)行主回路上電，合上總開關(guān)之后，通過萬用表測試主回路電壓是否正常（380V到420V），三相電壓對稱度。

2）二次回路送電：合上二次回路斷路器QF3。觀察PLC、觸摸屏等是否正常點(diǎn)亮，如果有屏常，請斷開二次空開。

3）閘回路送電：合上閘回路電機(jī)保護(hù)斷路器QF2。

4）變頻器送電：通過操作面板上合閘轉(zhuǎn)換開關(guān)，給變頻器送電。在送電過程中觀察是否有屏常，如果有異常情況，勿必切換到分閘狀態(tài)。

2.2提升、下放

1）按下啟動(dòng)允許，觀察啟動(dòng)允許指示燈是否亮。如果不亮，查看觸摸屏提示，按提示進(jìn)行操作。

2）選擇變頻啟動(dòng)速度低速模式。系統(tǒng)在低速模式下，方可進(jìn)行啟動(dòng)操作。

3）按下提升按鈕，此時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行變頻啟動(dòng)、開閘，自動(dòng)運(yùn)行到系統(tǒng)設(shè)置速度1去。

4）系統(tǒng)啟動(dòng)完成后，可通過速度選擇開關(guān)，進(jìn)行加速或者減速操作。

2.3停車操作

系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，可通過觀察觸摸屏位置顯示，當(dāng)重物快到達(dá)指定位置時(shí)，可通過停止按鈕進(jìn)行停車操作。

系統(tǒng)可通過手動(dòng)停車操作，也可通過位置保護(hù)投入之后，進(jìn)行停車點(diǎn)設(shè)置后自動(dòng)停車功能。

2.4急停操作

系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，如果遇到突發(fā)情況，可進(jìn)行急停操作。按下急停按鈕后，封鎖變頻器輸出，閘抱死。

進(jìn)行急停操作之后，如果需要在次開車，需要把急停按鈕進(jìn)行旋轉(zhuǎn)復(fù)位和進(jìn)行按鈕復(fù)位操作。

2.5位置校正

系統(tǒng)在運(yùn)行一段時(shí)間之后，因?yàn)殇摻z繩會(huì)出現(xiàn)變形之后，位置可能不準(zhǔn)?？赏ㄟ^觸摸屏里面進(jìn)行位置定點(diǎn)校正。在定點(diǎn)情況下，設(shè)置定點(diǎn)位置的相對距離，設(shè)置好之后，按一下校正觸摸按鈕，即完成校正操作。校正操作前需要輸入身份確認(rèn)密碼，只有通過密碼確認(rèn)的操作者方可進(jìn)行此操作。

3、故障保護(hù)功能設(shè)計(jì)

3.1過速保護(hù)

卷揚(yáng)機(jī)在運(yùn)行過程中，會(huì)生成一條以速度為基本的包絡(luò)線。當(dāng)超過或者低于給定速度的10%后，經(jīng)過延時(shí)1秒后進(jìn)行故障報(bào)警且安全停車。

3.2過載保護(hù)

通過變頻器對負(fù)載進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，如果電流大于設(shè)置值時(shí)進(jìn)行過載保護(hù)。

主機(jī)的閘只有在變頻器逆變器正常工作后方可釋放。當(dāng)逆變器停止工作后，閘必需自動(dòng)抱死。

3.3急停保護(hù)

在出現(xiàn)緊急情況下，可通過操作臺(tái)急停按鈕進(jìn)行急停操作。急停操作可迅速使變頻器停止工作，并且使閘抱死。

3.4變頻故障保護(hù)

變頻器自身具有故障診斷功能，主要有過流保護(hù)、過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、短路保護(hù)、輸出對地短路、加速過電壓、加速過電流等。

3.5過卷保護(hù)

按上下過卷點(diǎn)位置設(shè)置過卷保護(hù)。

3.6變頻故障分析

當(dāng)發(fā)生變頻故障時(shí)，根據(jù)變頻器故障代碼進(jìn)行相應(yīng)排除。如果根據(jù)故障處理幫助無法排除故障，請聯(lián)系售后服務(wù)。