文/張洪波 張東岳 鄭鷺

480T 門式起重機(jī)位于某船廠，于1997年開(kāi)始設(shè)計(jì)，2000年投產(chǎn)運(yùn)行，為我國(guó)自主研發(fā)自主設(shè)計(jì)并投入使用的第一臺(tái)造船用門式起重機(jī)，現(xiàn)其電控部分已運(yùn)行十幾年，存在著設(shè)備老化、技術(shù)落后的現(xiàn)象，使用期間故障頻發(fā)，維護(hù)困難，差錯(cuò)現(xiàn)象頻繁。設(shè)備電控系統(tǒng)中，PLC、直流調(diào)速器、低壓元件等主要部件均已停產(chǎn)，已無(wú)法找到備品備件，為此現(xiàn)需要使用新型產(chǎn)品元件替代，從而保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)設(shè)備智能化控制，從而提高了控制精度。

480T 門式起重機(jī)改造工程具體方案主要分為直流傳動(dòng)系統(tǒng)、和PLC系統(tǒng)改造兩個(gè)部分。

1 直流拖動(dòng)部分改造方案（直流調(diào)速器）

采用ABB 品牌DCS800 系列直流調(diào)速器，一對(duì)一替換原施耐德直流調(diào)速器。

在更換之前，先參照原圖紙，摸清原施耐德直流調(diào)速器的輸入輸出回路及各個(gè)控制端口的功能和命名，并參照ABB 品牌DCS800 系列直流調(diào)速器說(shuō)明書(shū)，搞清輸入輸出回路及各個(gè)控制端口的功能和命名。同時(shí)對(duì)照原圖紙，作出更換ABB 直流調(diào)速器后的電氣控制原理圖，調(diào)出原施耐德直流調(diào)速器的各項(xiàng)參數(shù)，并充分理解加以分析。對(duì)于新的ABB DCS800直流調(diào)速器，了解各個(gè)功能及固件，熟悉各個(gè)參數(shù)的意義。并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工藝要求及原有施耐德直流調(diào)速器的各個(gè)參數(shù)，對(duì)ABB DCS800 直流調(diào)速器進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。

更換后將直流調(diào)速器及勵(lì)磁單元上電。確保上電后，直流調(diào)速器畫(huà)面顯示正常。并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求，將原有的參數(shù)一一輸入進(jìn)新ABB DCS800 直流調(diào)速器中。此過(guò)程包括如下步驟：

（1）傳動(dòng)單元通電后等待 10 秒鐘，確保所有的電路板已經(jīng)通電并且應(yīng)用程序已經(jīng)正常運(yùn)行。

（2）按下CDP 上的Local/Remote 按鈕，使傳動(dòng)單元進(jìn)入本地控制模式。

（3）選擇提升機(jī)宏。

（4）輸入?yún)?shù)組中的所有電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)。

（5）選擇方向?yàn)?Request。

（6）執(zhí)行電機(jī)辨識(shí)運(yùn)行。

（7）選擇鍵盤給定值選項(xiàng) 。

（8）設(shè)置參數(shù)組中的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、和電流限值。

設(shè)置完參數(shù)后給定運(yùn)行指令，正轉(zhuǎn)指令，反轉(zhuǎn)指令及多段速指令，確保給定指令后直流調(diào)速器能夠正常運(yùn)行。觀察面板和觸摸屏中顯示的運(yùn)行電流，確保兩者的數(shù)值一致，同時(shí)確保機(jī)械運(yùn)行的方向與實(shí)際要求給定的方向相同。

更換直流調(diào)速器后較原直流調(diào)速器增加了定位功能，計(jì)算負(fù)載的實(shí)際位置較原直流調(diào)速器提高了運(yùn)算精度。同時(shí)也照原直流調(diào)速器增加了軸同步功能在使主從傳動(dòng)同步的過(guò)程中使用該功能?，F(xiàn)有的直流調(diào)速器可直接與編碼器連接，直接啟動(dòng)位置計(jì)算功能，也可定義脈沖編碼器和實(shí)際位置之間的換算因子，從而解決了原直流調(diào)速器必須通過(guò)一系列復(fù)雜計(jì)算后方可控制直流調(diào)速器。

定義轉(zhuǎn)速修正用的基本數(shù)據(jù)

例：如果參數(shù)78.02 SYNCRO GAIN 設(shè)置為 0.1，主從傳動(dòng)之間的位置誤差是1 個(gè)單位，那么從傳動(dòng)中的速度修正是 (0.1 * 78.08 SYNC CORR SCALE) rpm 。

計(jì)算起升鋼絲繩線速度

鋼絲繩的線速度可以通過(guò)下面的公式計(jì)算：

例：

如果鋼絲繩卷筒的直徑=1000 mm

齒輪速比 =2.5

那么可以得出線速度=（3.1416 * 1000 * 500）/ 2.5=628320mm/min

改造優(yōu)化，對(duì)于在兩鉤同時(shí)運(yùn)行或者三鉤同時(shí)運(yùn)行時(shí)，必須保證起吊重物的高度，起升下降速度的同步一致，為此采用雙電機(jī)的同步模式，如圖1所示。

更換直流調(diào)速器后，ABB DCS800 系列直流調(diào)速器相比原有的施耐德直流調(diào)速器增加了轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證功能。轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證用于確認(rèn)在松開(kāi)抱閘和開(kāi)始提升運(yùn)行之前傳動(dòng)能夠產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，抱閘沒(méi)有打滑。該功能模塊主要用于起重機(jī)傳動(dòng)，但也可以用于其它帶有編碼器反饋的起重場(chǎng)合。此功能本質(zhì)上是一個(gè)電氣提升系統(tǒng)檢測(cè)。

當(dāng)機(jī)械制動(dòng)仍然起作用時(shí)，轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證給出一個(gè)正的轉(zhuǎn)矩給定值。如果轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證成功，即傳動(dòng)單元實(shí)際轉(zhuǎn)矩達(dá)到了給定值，傳動(dòng)單元將控制機(jī)械制動(dòng)打開(kāi)并開(kāi)始啟動(dòng)過(guò)程中的下一步驟。

執(zhí)行轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證過(guò)程的時(shí)間非常短，（周期時(shí)間大約為20ms）。通過(guò)參數(shù)TORQ PROV FLT TD 可以設(shè)置轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證的最大允許時(shí)間。轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證中變頻器需要等待一段時(shí)間，如果轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證沒(méi)有成功，變頻器會(huì)由于TORQ PROVE FLT 跳閘。

由于ABB DCS800 系列直流調(diào)速器可直接連接增量型編碼器，為此改造后增加了速度監(jiān)控及速度匹配的功能。速度監(jiān)控功能用來(lái)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行監(jiān)控，在電機(jī)超速時(shí)使傳動(dòng)跳閘。如果電機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)了傳動(dòng)參數(shù)定義的限值，傳動(dòng)將由于超速故障跳閘，變流器封鎖，并且機(jī)械制動(dòng)投入工作。

歷史學(xué)習(xí)有著一定的時(shí)間限制，由于事件發(fā)生的時(shí)間相對(duì)較遠(yuǎn)，學(xué)生對(duì)當(dāng)時(shí)的社會(huì)狀況缺少一定的認(rèn)識(shí)，不能對(duì)歷史進(jìn)行充分理解。但是科學(xué)技術(shù)的發(fā)展為教育教學(xué)提供了多媒體教學(xué)設(shè)備，教師可以通過(guò)多媒體信息技術(shù)為學(xué)生提供相關(guān)的歷史視頻與音頻資料。例如在學(xué)習(xí)中國(guó)抗戰(zhàn)勝利，中華人民共和國(guó)成立的課程內(nèi)容時(shí)，教師可以通過(guò)視頻資料的播放，讓學(xué)生身臨其境地感受祖國(guó)的偉大勝利。

速度匹配功能用來(lái)監(jiān)視電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。該功能用來(lái)檢查電機(jī)的速度是否與給定值相符，在加速和減速以及恒速運(yùn)行過(guò)程中速度是否超出了允許的誤差。有兩個(gè)參數(shù)定義這個(gè)功能。一個(gè)是加減速期間的，另一個(gè)是恒速期間的。參數(shù)SPD DEV LEV 監(jiān)控電機(jī)靜態(tài)運(yùn)行的速度偏差，用MAX SPEED 的% 表示。

參數(shù)SPD CHG PER SEC 是實(shí)際速度每秒改變的比率。在加速和減速運(yùn)行中，只要電機(jī)速度的實(shí)際改變比率與給定變化率的差異高于參數(shù) SPD CHG PER SEC 的設(shè)置值，且時(shí)間長(zhǎng)于MATCH FLT TD，那么傳動(dòng)跳閘，顯示SPD MATCH FLT 。

2 PLC系統(tǒng)改造方案

根據(jù)現(xiàn)有情況，PLC 系統(tǒng)改造主體分兩步進(jìn)行。此次改造使用AB 1756 系列PLC 替代原AB 1771 系列PLC，系統(tǒng)處理速度得到提高，電氣室與操作室之間的通信電纜由同軸電纜通信替代多芯雙絞線將通信速率提高到5Mbps。

在更換前期將現(xiàn)運(yùn)行PLC 程序上載到電腦中，分析現(xiàn)運(yùn)行程序。根據(jù)程序和相關(guān)操作過(guò)程以及相關(guān)工藝指導(dǎo)詳細(xì)摸清480T 門式起重機(jī)設(shè)備的實(shí)際工作過(guò)程和運(yùn)行工藝。了解設(shè)備現(xiàn)運(yùn)行中存在的問(wèn)題。然后根據(jù)原有PLC程序，進(jìn)行新PLC 的編程。同時(shí)進(jìn)行觸摸屏畫(huà)面制做。程序編制完成后，進(jìn)行相關(guān)模擬和邏輯測(cè)試。

圖1

圖2：480 噸吊車電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D

運(yùn)用RSEmu 軟件，對(duì)新編制的PLC 程序進(jìn)行模擬仿真測(cè)試，確保程序中的各項(xiàng)邏輯、保護(hù)和報(bào)警完全正常，以保證程序安全可靠。聯(lián)合甲方對(duì)編制好的程序進(jìn)行模擬仿真測(cè)試，同時(shí)討論程序各部分邏輯、保護(hù)和報(bào)警功能，根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)工藝情況，模擬可能發(fā)生的事故和相關(guān)報(bào)警，直接查看PLC 邏輯保護(hù)程序，確保相關(guān)保護(hù)動(dòng)做正常合理.

2.1 具體方案

2.1.1 程序模擬運(yùn)行和可行性討論

帶著已編制好的新PLC 程序到船廠，聯(lián)合船廠相關(guān)人員（人數(shù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)確定）通過(guò)大屏幕的方式，模擬現(xiàn)場(chǎng)相應(yīng)故障和保護(hù)，觀察產(chǎn)生的相關(guān)聯(lián)鎖動(dòng)做，確體動(dòng)作有效，正常。同時(shí)集合現(xiàn)場(chǎng)人員對(duì)程序邏輯和保護(hù)進(jìn)行討論，提出相關(guān)改進(jìn)意見(jiàn)。確保程序能安全可靠運(yùn)行。

2.1.2 更換PLC 模塊和相關(guān)編碼器

程序經(jīng)過(guò)討論，確定可行之后，開(kāi)始對(duì)PLC 模塊進(jìn)行一對(duì)一更換，將原有 PLC 5/40 更換為新的Control Logix 系列PLC，更換過(guò)程保持原控制柜不動(dòng)，運(yùn)用原柜體，只更改PLC 相對(duì)應(yīng)通道接線，柜內(nèi)配線不做改動(dòng)，以降低風(fēng)險(xiǎn)。

編碼器更換采用相同位置安裝，減少相關(guān)工作量，同時(shí)完全使用舊電纜進(jìn)行，以降低風(fēng)險(xiǎn)！

2.1.3 設(shè)備調(diào)試

模塊更換完成后，將新程序下載到PLC中，然后對(duì)設(shè)備進(jìn)行總體的調(diào)試，逐一對(duì)PLC通道的采點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，確保PLC 能正常接收到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際反回的每一個(gè)點(diǎn)（特別是保護(hù)相關(guān)的極限開(kāi)關(guān)）以確保設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)緊急事故時(shí)的保護(hù)正常。

2.1.4 改善了基于PLC 增量編碼器為控制核心的大車行走自動(dòng)糾偏裝置

在原系統(tǒng)中，大車行走使用增量型編碼器，編碼器脈沖為100PPR，大車在行走過(guò)程中跟隨能力不足，糾偏功能不強(qiáng)，導(dǎo)致經(jīng)常出現(xiàn)超差現(xiàn)象，在超差后必須停止大車行走后，通過(guò)手動(dòng)慢速調(diào)整的方式進(jìn)行人工糾偏。

現(xiàn)將增量編碼器改為5000PPR，分辨率增加使得大車行走自動(dòng)糾偏功能更加強(qiáng)大完善化，能夠使兩側(cè)車輪行程差在允許的差值內(nèi)，從而保證大車正常行走。在沒(méi)有達(dá)到行程差值的極限時(shí)，采用剛性腿保持原速前進(jìn)，柔性腿加速的方式進(jìn)行自動(dòng)糾偏，從而使兩腿之間相對(duì)地面的位置保持相等，從而行走平衡。

為了檢測(cè)大車兩側(cè)車輪行走的差值，在兩側(cè)從動(dòng)輪上分別安裝兩臺(tái)高分辨率增量編碼器，用來(lái)檢測(cè)大車每一側(cè)車輪的行程值。為了防止車輪打滑造成編碼器反饋數(shù)值誤差，將編碼器安裝在從動(dòng)車輪上。兩側(cè)車輪的直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)的制動(dòng)器由PLC 進(jìn)行控制。PLC 分別采集兩側(cè)電機(jī)的編碼器脈沖數(shù)進(jìn)行比較，由于編碼器分辨率的提高使得兩者脈沖數(shù)出現(xiàn)誤差范圍減小，PLC 輸出信號(hào)至直流調(diào)速器開(kāi)始對(duì)行走電機(jī)進(jìn)行調(diào)速糾偏，PLC 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)兩側(cè)車輪的脈沖數(shù)，當(dāng)達(dá)到允許的范圍之內(nèi)時(shí)，糾偏結(jié)束。

為了將兩側(cè)車輪的誤差控制在允許的范圍內(nèi)，PLC 內(nèi)設(shè)置兩個(gè)數(shù)值，當(dāng)行程差大于規(guī)定值時(shí)，輸出信號(hào)進(jìn)行糾偏，當(dāng)行程差小于規(guī)定值時(shí)，糾偏停止。

整個(gè)糾偏過(guò)程在大車行走的過(guò)程中循環(huán)往復(fù)，保證大車走直線。

3 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)自2015年12月投入運(yùn)行以來(lái)，運(yùn)行穩(wěn)定，狀況良好，顯示、控制功能正確，大大提高系統(tǒng)控制精度和穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了智能化控制，為管理人員、操作人員帶來(lái)了極大的方便。特別是本系統(tǒng)投資少，實(shí)用性強(qiáng)，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果。