董秀喜 張 峰 呂世超 黃少波

1.概況

目前港口大型設(shè)備的供電方式多采用卷盤卷曲電纜，通過滑環(huán)的方式上機(jī)，隨著大型設(shè)備運(yùn)行距離和速度的提高，以前力矩電機(jī)和磁滯連軸器的控制方式已不能滿足目前的工作要求，由PLC控制的變頻技術(shù)是目前的主要發(fā)展方向。青島集裝箱碼頭公司的軌道式龍門吊（RMG）從電纜引出位置到最遠(yuǎn)行程大約400m的距離，大車全速為120m/min。隨著卷盤上電纜的收放，其半徑是變化的，如果采用力矩電機(jī)或磁滯連軸器，由于輸出固定的力矩和卷盤上電纜圈數(shù)的變化，特別是在變速時(shí)，作用在電纜上的張力將有很大變化。拉力過大，對電纜是一種很大的損傷；拉力過小將出現(xiàn)松纜故障，導(dǎo)致設(shè)備不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。PLC控制的變頻器力矩控制系統(tǒng)是在大車不同位置，根據(jù)卷盤電纜半徑的變化，通過PLC控制變頻器輸出變化的力矩，滿足電纜的收放。無論卷盤如何運(yùn)轉(zhuǎn)，根據(jù)卷盤電纜半徑的變化，變頻器輸出相應(yīng)的變化力矩，使得作用在電纜上的力近似恒張力，從而保證作用在電纜上拉力不至于過大或者過小。

2.控制的基本原理

（1）系統(tǒng)通過卷盤驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸上的脈沖編碼器輸出的脈沖數(shù)計(jì)算出電機(jī)的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，再根據(jù)減速箱的變比，計(jì)算出卷盤轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)，由電纜直徑計(jì)算出卷盤上所卷電纜的半徑，根據(jù)變化的半徑來確定變化的力矩，同時(shí)將加減速等狀態(tài)也考慮在內(nèi)。

（2）電纜的卷曲分為收纜和放纜兩種，當(dāng)RMG向高壓坑駛近時(shí)，要將電纜卷繞在卷盤上，此時(shí)，卷盤運(yùn)轉(zhuǎn)方向和變頻器輸出的力矩方向相同，此過程視為收纜過程，反之則視為放纜過程。放纜過程是電機(jī)將電纜圈緊，而電纜將卷盤反向拉轉(zhuǎn)。卷盤收纜和放纜均分為加速、減速、平穩(wěn)運(yùn)行三種狀態(tài)。圖1是放纜過程中大車速度和力矩的變化曲線。

表1為各工況下輸出的力矩關(guān)系，其中Mwind為大車在某一位置的勻速收纜力矩，其他5個(gè)力矩與其成比例關(guān)系，所以只要在任何一個(gè)位置確定了收纜的基本力矩Mwind，其他5個(gè)過程的力矩可以算出，在調(diào)試期間只要將其比例設(shè)定即可。

圖1 大車行駛速度對應(yīng)卷盤力矩變化圖

表1 電纜卷盤各工況下力矩關(guān)系

3.PLC程序控制

PLC采用安川的CP-317系列，控制系統(tǒng)的程序主要分兩部分，第一部分是電纜卷盤半徑的計(jì)算，第二部分是基于電纜卷盤直徑尺寸的力矩控制。

（1）根據(jù)不同位置脈沖編碼器輸出的脈沖數(shù)計(jì)算相應(yīng)電纜卷盤的直徑，根據(jù)直徑確定變頻器輸出的力矩。卷盤直徑計(jì)算原理如下（程序相關(guān)寄存器說明見表2）。

表2 卷盤直徑計(jì)算程序相關(guān)寄存器說明

當(dāng)DB000000導(dǎo)通，即電纜收纜一圈，當(dāng)前卷盤直徑便加一次DF00022（電纜繞一圈卷盤直徑的變化量）作為現(xiàn)在卷盤的直徑，據(jù)此計(jì)算出每個(gè)位置電纜卷盤的直徑，為后面力矩的變化提供最基本的依據(jù)。

（2）根據(jù)卷盤上電纜不同直徑由變頻器輸出不同的力矩，使作用在電纜上的力始終保持近似的恒力。設(shè)Mdiff=Mmax-Mmin其中，Mmax為電機(jī)在電纜滿盤時(shí)保持電纜合適張力所需要的最大收纜穩(wěn)定力矩；Mmin為電機(jī)在卷盤上電纜最少時(shí)保持電纜合適張力所需要的最小收纜穩(wěn)定力矩；Mdiff為整個(gè)卷盤從滿纜到空纜的收纜力矩差。從空纜到滿纜電纜增加圈數(shù)為n，卷盤上的電纜每增加一圈對應(yīng)的力矩增加Mdiff/n。這樣從空纜到滿纜，卷盤上的電纜每增加一圈，電機(jī)輸出的力矩也相應(yīng)的增加，基本保證了恒力。表3為程序相關(guān)寄存器說明。

表3 力矩計(jì)算程序相關(guān)寄存器說明

MW06246-MW06250×00100÷00430÷00002→DW00018

#W00000-#W00008÷#W00009×DW00018+#W00008→MW06241

（3）變頻器采用安川G7系列15kW變頻器，部分參數(shù)設(shè)置如表4。

表4 部分參數(shù)設(shè)置

4.其他方面

（1）位置校正。由于采用編碼器作為定位，其位置存在丟失的可能，故在高壓坑上方、大車經(jīng)常通過的第17圈和第28圈三個(gè)位置進(jìn)行位置校驗(yàn)，以免編碼器記錄脈沖丟失導(dǎo)致卷盤上電纜圈數(shù)計(jì)算錯(cuò)誤。

（2）由于電纜有彈性，電纜稍微有變形，可以將電纜直徑設(shè)定值減少1～2mm。以便降低誤差。

（3）由于環(huán)境溫度變化對電纜和齒輪油等有一定的影響，在氣溫變化劇烈的季節(jié)需要對程序中的最大和最小收纜力矩、以及加減速的系數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，或者將環(huán)境溫度信號作為控制的條件。

W10.02-18