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。這樣就能起到了節能降耗的目的。但目前傳統的雙小車橋機控制系統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的自動化和智能化問題，以保證橋機起吊時不出現“溜鉤”現象，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

　　為實現大噸位起吊，開發如圖1所示的雙小車橋式起重機，其電氣系統如圖2所示主要包括供電系統、起升系統、小車運行系統、大車運行系統等，其中供電系統采用滑觸線供電。起升系統包括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1:20調速比(50t 0.3~3m/min; Q≤50t時：0.6~6m/min)。小車系統包括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1:10調速比(1.2~12m/min)。為實現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，司機室設置了聯動臺，其中右聯動臺設置了起升和大車運行操作主令控制器，左聯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控制系統由CPU模塊BMX P34 2020、三個數字量輸入模塊BMX DDI3202K、一個數字量輸入模塊BMX DDI1602、兩個數字量輸出模塊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。數字量輸入主要用來接收各機構運行和故障狀態開關量信號以及遙控器的操作命令信號;數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，可將吊點高度數據傳入PLC中。

　　2.3 人機界面

　　為實時監視橋機運行和故障狀態，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)

　　為實現橋機的智能化控制，本系統采用了施耐德M340系列PLC產品，并在Unity Pro XL軟件環境下編程。 編程軟件Unity Pro XL 是基于Windows 環境下運行的，能對各系統PLC進行控制算法和邏輯組態的軟件。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：

　　(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，編制控制系統流程圖(見圖4)，利用編程軟件Unity Pro XL開發設計了起升1、起升2、小車1、小車2及大車程序段，創建的程序段及起升梯形圖如圖5、圖6所示。通過開發控制系統PLC程序，實現一人操作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。

　　①為實現一人操作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，從而實現橋機1#小車、2#小車、并車運行工況。

圖 8 起升機構監控圖

　　② 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。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。

　　③ 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象，由此出現“溜鉤”現象，產生安全隱患。為此，開發防溜鉤控制程序，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PLC防溜鉤控制程序，實現電機轉矩增至100%額定轉矩時，輸出松閘信號，打開抱閘，避免了“溜鉤”現象的產生。

　　3.2 人機界面系統設計(Kingview軟件)

　　橋機電氣控制系統人機界面采用研華工控機，并用Kingview組態軟件來編程，組態軟件是一種面向工業自動化的通用數據采集和監控軟件。組態軟件與PLC通訊協議采用modbus TCP 協議， Kingview組態軟件由工程瀏覽器(TouchExplorer)、工程管理器(Proj-Manager) 和畫面運行系統(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的監控畫面。不僅能顯示整機狀態、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，實現高品質的人機對話和信息處理功能。

　　4 結束語

　　開發的橋機控制系統應用于秘魯圣加旺Ⅲ水電站125t+125t/18m橋式起重機中，該系統經現場調試與測試：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、定位準確，并具有數據記憶功能，工控機的監控又使整機電控系統的智能化程度進一步提高。橋機智能控制系統的成功研發與應用，將為起重機械行業的智能化技術研發發揮拋磚引玉的作用。

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