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

MG470t/36m雙主梁門式起重機(jī)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(jī)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(jī)大小車運(yùn)行、起升、大車糾偏機(jī)構(gòu)電氣控制原理，建立雙小車并車和大車運(yùn)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(jìn)行自動控制。最終達(dá)到對大跨度、大噸位龍門起重機(jī)的安全自動控制指標(biāo)要求。

[關(guān)鍵詞]門式起重機(jī)；起升運(yùn)行機(jī)構(gòu)；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(jī)的應(yīng)用越來越廣泛。鑒于此類起重機(jī)的使用工況和控制技術(shù)要求，對于其電氣控制性能、速度調(diào)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(shù)的日益發(fā)展，變頻調(diào)速、編碼器糾偏、PLC控制逐步在大跨度、大噸位起重機(jī)上實(shí)踐應(yīng)用，以下是針對MG470t/36m雙主梁門式起重機(jī)電氣系統(tǒng)的設(shè)計方案系統(tǒng)闡述。

1 小車行走機(jī)構(gòu)工作原理

1）機(jī)械要求：在4臺“三合一”T K A F128TR88-V-5.5-4P-376-M1-I驅(qū)動裝置中，要求其中有1臺5.5kW的變頻電機(jī)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(yùn)行機(jī)構(gòu)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(jìn)入變頻器的PG-B2速度控制卡，供變頻器進(jìn)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(yùn)行速度0～8.6m/min，小車電機(jī)額定轉(zhuǎn)速1 431.3r/min進(jìn)行折算，得出此監(jiān)視輸出脈沖每一個脈沖對應(yīng)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(jī)并車運(yùn)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(jī)的相應(yīng)脈沖信號用VXP2#表示。

3）兩臺雙主梁門式起重機(jī)并車運(yùn)行時，將MG470t/36m雙主梁門式起重機(jī)作為主機(jī)，另一臺MG470t/32m雙主梁門式起重機(jī)作為從機(jī)，從機(jī)的運(yùn)行命令、擋位速度等指令全部由主機(jī)的PLC傳輸過來。從機(jī)此時不響應(yīng)本機(jī)的聯(lián)動臺和本機(jī)的遙控器命令（但本機(jī)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(jī)狀態(tài)），但響應(yīng)本機(jī)聯(lián)動臺上的停止、急停、工作狀態(tài)的選擇開關(guān)等部分命令，以便于并車運(yùn)行時各機(jī)構(gòu)的同步啟停。

4）小車并車時同步控制原理：當(dāng)小車并車工作時，主機(jī)上的PLC實(shí)時測量主機(jī)和從機(jī)上小車變頻器速度控制卡發(fā)出的脈沖數(shù)，并實(shí)時計算它們的脈沖數(shù)之差，在PLC內(nèi)部進(jìn)行PID運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果實(shí)時去調(diào)整主機(jī)小車變頻器的設(shè)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(nèi)。主機(jī)的速度控制流程圖如圖1所示。

2 大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)工作原理

圖1 主機(jī)的速度控制流程圖

1）MG470t/36m雙主梁門式起重機(jī)大車采用8臺7.5kW變頻電機(jī)驅(qū)動，其中剛性腿4臺，柔性腿4臺，由于該起重機(jī)在機(jī)械設(shè)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(jī)，另1臺變頻器控制柔性腿的4臺變頻電機(jī)。為了提高大車糾偏的動態(tài)響應(yīng)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(jī)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(gòu)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(jī)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(jī)大車運(yùn)行的可靠性及安全性，防止柔性鉸支座轉(zhuǎn)動角度過大，造成鋼結(jié)構(gòu)的損傷，因此必須實(shí)時測量和判斷每一時刻的轉(zhuǎn)動角度是否在允許范圍之內(nèi)，并實(shí)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(nèi))。此角度的測量值應(yīng)是絕對角度值，而不是角度變化量，不應(yīng)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(chǎn)的1 024p/r的絕對值編碼器產(chǎn)品質(zhì)量還不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生誤碼等原因，建議采用進(jìn)口或合資產(chǎn)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(zhuǎn)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(xì)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(zhuǎn)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(zhuǎn)軸上，光電編碼器又經(jīng)連接支架固定在主梁底端，設(shè)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(dāng)鉸支座轉(zhuǎn)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(shè)剛性腿和柔性腿行走的距離之差為36mm（門機(jī)跨度的1‰)，由高等數(shù)學(xué)知識：當(dāng)θ很小時有tgθ≈θ，因此鉸支座轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jī)在機(jī)械安裝結(jié)束后，電氣設(shè)備在投入工作前，應(yīng)對柔性鉸支座處的絕對值編碼器的初始值進(jìn)行標(biāo)定。過程如下：首先機(jī)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(biāo)準(zhǔn)的零偏差位置。

PLC實(shí)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(dāng)柔性腿是左偏時且大車是向左行駛時，此時PLC調(diào)慢柔性腿變頻器的速度，直到編碼器的數(shù)值為512停止調(diào)整；如大車是向右行駛的，則PLC調(diào)快柔性腿變頻器的速度，直到編碼器的數(shù)值為512停止調(diào)整；當(dāng)柔性腿是右偏時，調(diào)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(dá)到實(shí)時糾偏的目的。

±1.4‰（對應(yīng)50mm）報警值的設(shè)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(dāng)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(diǎn)亮，此時將禁止大車鋼、柔腿聯(lián)動運(yùn)行，司機(jī)可通過聯(lián)動臺上的大車工作模式選擇開關(guān)選擇柔腿單動模式或剛腿單動模式，慢速點(diǎn)動調(diào)整其中一只腿的行走距離，使絕對值編碼器的數(shù)值調(diào)整回到512±28之間，然后再將大車的工作模式選擇開關(guān)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(yīng)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(yùn)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(zhuǎn)，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(jī)構(gòu)工作原理

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

如超載限制器設(shè)置了40%載荷（輕載）觸點(diǎn)輸出時，當(dāng)?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(guān)從額定速轉(zhuǎn)換到倍速運(yùn)行，起升速度可以達(dá)到2×0.8=1.6m/min，此時變頻電機(jī)以100Hz運(yùn)行，電機(jī)工作在恒功率狀態(tài)。

4 關(guān)于兩臺雙主梁門式起重機(jī)并車運(yùn)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(jī)并車運(yùn)行時其間的距離為20m、24m、32m，是幾個定值，因此考慮到整機(jī)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(jī)的司機(jī)室端的大車底橫梁上分別設(shè)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(dāng)要并車工作時，將該電纜的兩端分別連接到兩臺門機(jī)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(jìn)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(jìn)行校驗(yàn)，如果校驗(yàn)正確再查表得出各數(shù)據(jù)表示的含義，然后執(zhí)行響應(yīng)的動作。如果校驗(yàn)錯誤，則放棄該數(shù)據(jù)，并退出并機(jī)狀態(tài)。因此在每臺PLC上擴(kuò)展了RS485通訊模塊，在并機(jī)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(xiàn)標(biāo)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