1引言

　　為滿足水電站廠房內安裝和檢修大型水輪機組的需要，國內外同行提出了設計雙小車橋式起重機的思路。平時輕載起吊時采用單小車運行方式，在安裝或檢修水輪機組定、轉子(重載)時采用雙小車的運行方式。這樣就能起到了節(jié)能降耗的目的。但目前傳統(tǒng)的雙小車橋機控制系統(tǒng)普遍存在著空中起吊重物時“溜鉤”，兩小車抬吊時同步性差，為控制兩吊點高差(≤10mm)操作困難，人機對話品質達不到要求等問題。由此可見，雙小車橋機的設計(見圖1)，雖然很好地解決了橋機資源浪費問題，但目前重點需要解決的是其電控系統(tǒng)的自動化和智能化問題，以保證橋機起吊時不出現(xiàn)“溜鉤”現(xiàn)象，在抬吊水輪機組定轉子時，兩小車起升機構和小車運行機構能同步起制動，運行時，能根據兩吊點高度差自動糾偏，始終保持高度一致(高度差≤10mm)。為解決以上難題，通過秘魯圣加旺Ⅲ水電站125t+125t/18m橋式起重機項目展開智能控制系統(tǒng)的設計。

圖 1 雙小車橋機總體布置圖

　　2 硬件設計

　　2.1 電氣傳動系統(tǒng)

　　為實現(xiàn)大噸位起吊，開發(fā)如圖1所示的雙小車橋式起重機，其電氣系統(tǒng)如圖2所示主要包括供電系統(tǒng)、起升系統(tǒng)、小車運行系統(tǒng)、大車運行系統(tǒng)等，其中供電系統(tǒng)采用滑觸線供電。起升系統(tǒng)包括1#小車起升機構和2#小車起升機構，兩機構完全一樣，分別由一臺QABP315L8A，90KW變頻電機驅動， 實現(xiàn)1:20調速比(50t 0.3~3m/min; Q≤50t時：0.6~6m/min)。小車系統(tǒng)包括1#小車運行機構和2#小車運行機構，兩機構完全一樣，每個機構均由兩臺三合一100LA/4 2.2KW變頻電機驅動，實現(xiàn)1:10調速比(1.2~12m/min)。為實現(xiàn)起升和小車運行機構的調速比，兩機構均選用ABB公司DTC控制的ACS880變頻器驅動。

如圖2所示，司機室設置了聯(lián)動臺，其中右聯(lián)動臺設置了起升和大車運行操作主令控制器，左聯(lián)動臺設置小車運行操作主令控制器，各五擋。同時設置了操作對象選擇轉換開關：1#小車、2#小車、并車運行。所有操作信號均輸入PLC，而PLC輸出信號控制聯(lián)動臺上的各機構運行和故障指示燈。

　　2.2 PLC(M340)

　　雙小車橋機電氣控制系統(tǒng)采用施耐德M340系列PLC，具體硬件配置如圖3所示。整個PLC控制系統(tǒng)由CPU模塊BMX P34 2020、三個數(shù)字量輸入模塊BMX DDI3202K、一個數(shù)字量輸入模塊BMX DDI1602、兩個數(shù)字量輸出模塊BMX DDO3202K、一個模擬量輸入模塊BMX AMI0410和編碼器接口SSI模塊BMX EAE 0300組成。其中CPU為中央處理器，處理各種信息。數(shù)字量輸入主要用來接收各機構運行和故障狀態(tài)開關量信號以及遙控器的操作命令信號;數(shù)字量輸出主要輸出各機構控制命令，以完成各機構正確地啟動、運行、制動。起升機構使用SSI絕對值編碼器德國庫伯勒Sendix M5863，可將吊點高度數(shù)據傳入PLC中。

　　2.3 人機界面

　　為實時監(jiān)視橋機運行和故障狀態(tài)，使整機具有良好的人機對話和高品質的信息處理功能，本橋機采用研華工控機TPC-1551T(在司機室)，與PLC集成以太網 Modbus/TCP 網絡通訊接口相連，將橋機的操作、運行和故障等信號通過圖形、曲線展示出來。

　　3 軟件設計

　　3.1 傳動控制(Unity Pro XL軟件)

　　為實現(xiàn)橋機的智能化控制，本系統(tǒng)采用了施耐德M340系列PLC產品，并在Unity Pro XL軟件環(huán)境下編程。 編程軟件Unity Pro XL 是基于Windows 環(huán)境下運行的，能對各系統(tǒng)PLC進行控制算法和邏輯組態(tài)的軟件。根據雙小車橋機的運行與控制要求，按照以下步驟進行了程序的開發(fā)：

　　(1)建立項目，按照圖3，配置機架、輸入輸出模塊等 。

　　(2)根據雙小車橋機操作運行工況，編制控制系統(tǒng)流程圖(見圖4)，利用編程軟件Unity Pro XL開發(fā)設計了起升1、起升2、小車1、小車2及大車程序段，創(chuàng)建的程序段及起升梯形圖如圖5、圖6所示。通過開發(fā)控制系統(tǒng)PLC程序，實現(xiàn)一人操作1#小車、2#小車、并車運行，同時確保并車抬吊時兩起升吊點高度始終保持一致(兩吊點高度差≤10mm)，從而解決操作復雜、抬吊同步性差和起升溜鉤的難題。

　?、贋閷崿F(xiàn)一人操作1#小車、2#小車、并車運行，解決雙小車司機操作復雜的難題， 在聯(lián)動臺上設置了操作對象選擇轉換開關： 1#小車、2#小車、并車運行。這樣如需操作1#小車/2#小車起升或運行機構時，就將開關選至1#小車/2#小車，抬吊時，只要將轉換開關選擇至并車運行。 操作信號輸入PLC后，通過PLC的控制程序，輸出信號給變頻器，從而實現(xiàn)橋機1#小車、2#小車、并車運行工況。

圖 8 起升機構監(jiān)控圖

　?、? 起升機構采用主令控制器控制時，上升、下降各五擋。并車運行前，兩小車通過機械拉桿裝置進行剛性連接，以保證兩小車運行的速度同步;在起升卷筒高度限制器的軸上裝上一個高分辯率絕對編碼器,進行高度位置檢測，其信號輸入PLC系統(tǒng)。并車時，以1#小車為基準，2#小車起升高度位置信號分別與1#小車進行比較，當高度差信號≥10mm時，對其速度進行微調，實現(xiàn)高度位置隨動，以達到并車抬吊時兩起升吊點高度始終保持一致。

　?、? 空中起吊重物時，由于電機轉矩的建立需要一定的時間，當電機輸出轉矩低于負載轉矩松閘時，就會產生重物下滑的現(xiàn)象，由此出現(xiàn)“溜鉤”現(xiàn)象，產生安全隱患。為此，開發(fā)防溜鉤控制程序，操作啟動起升運行時，先通過變頻器讀取電機電流，并轉換成電機轉矩模擬量信號(0~10V)輸入給PLC，通過開發(fā)PLC防溜鉤控制程序，實現(xiàn)電機轉矩增至100%額定轉矩時，輸出松閘信號，打開抱閘，避免了“溜鉤”現(xiàn)象的產生。

　　3.2 人機界面系統(tǒng)設計(Kingview軟件)

　　橋機電氣控制系統(tǒng)人機界面采用研華工控機，并用Kingview組態(tài)軟件來編程，組態(tài)軟件是一種面向工業(yè)自動化的通用數(shù)據采集和監(jiān)控軟件。組態(tài)軟件與PLC通訊協(xié)議采用modbus TCP 協(xié)議， Kingview組態(tài)軟件由工程瀏覽器(TouchExplorer)、工程管理器(Proj-Manager) 和畫面運行系統(tǒng)(TouchVew)三大部分組成。通過建立新工程項目、制作圖形畫面、定義變量、建立動畫連接、命令語言編程和程序運行，完成圖7和圖8的監(jiān)控畫面。不僅能顯示整機狀態(tài)、操作記錄，起吊重量和吊點高度實時曲線，而且能故障查詢，并獲得歷史操作及歷史趨勢等信息，實現(xiàn)高品質的人機對話和信息處理功能。

　　4 結束語

　　開發(fā)的橋機控制系統(tǒng)應用于秘魯圣加旺Ⅲ水電站125t+125t/18m橋式起重機中，該系統(tǒng)經現(xiàn)場調試與測試：雙小車抬吊時最大高差為7mm，空中起吊不“溜鉤”，各機構運行平穩(wěn)、定位準確，并具有數(shù)據記憶功能，工控機的監(jiān)控又使整機電控系統(tǒng)的智能化程度進一步提高。橋機智能控制系統(tǒng)的成功研發(fā)與應用，將為起重機械行業(yè)的智能化技術研發(fā)發(fā)揮拋磚引玉的作用。

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