纜索起重機電氣控制系統的改進方案

胡林海

（中國水利水電第四工程局有限公司第二分局，河北涿州 072750）

在我國大型水電工程施工的過程中，經常會使用纜索起重機來對大壩進行澆筑。不過使用傳統的纜機控制系統控制起來非常麻煩，經常會出現故障，而且維修起來也非常麻煩。同時，在對機組進行調速時，需要占用大量的資源，且在起升繩彈跳時，很容易出現斷裂的情況。本文通過對某纜索起重機的改進方法為例，對PLC和數字直流變流器配合使用的控制系統改進方案進行介紹。

圖1 控制系統簡圖

1 控制系統簡介

某纜索起重機屬于輻射式纜機。副塔主要是用來安裝移動機構的移動端，主塔為布置牽引和起升機構的固定端。副塔上安裝的司機室是固定的，可以進行牽引、起升、行走的操控。主塔可以對纜索起重機進行牽引和起升操作。具體控制系統如圖1所示。

2 配置動力回路

2.1 配電設備的配置

因為纜索起重機的流動性比較高，所以此纜機的配電設備需要選用箱式變電站。配電箱主要由1臺S9-M油浸式封閉變壓器、兩路低壓饋電機構、一路低壓受電機構和一路高壓進線組成，起重低壓受電和低壓饋電結構主要是用來對設備牽引和起升時使用的直流調速裝置線路進行保護，所有的低壓出線線路都有一個抗電器和一個斷路器[1]。使用這種配電方案，變電站中元件結構比較緊密，節省空間，且箱子不會受到灰塵和水的污染，方便搬運。

2.2 直流調速裝置和傳動方案的安裝

使用直流雙閉環拖動的方法來進行起重機的牽引和起升，測速反饋裝置使用測速發電機。牽引機構主要由兩臺電機、一套整流裝置、規定電機的額定電壓為220 V，為了確保電機可以同時運行，分別使用勵磁并聯、電樞串聯的方案對兩臺電機進行連接。起升結構主要由兩部制動器、一套整流裝置、一臺電機組成，使用的電機電壓為450 V，在額定負載工況下，空鉤速度為210 m/min，下降的速度為165 m/min，上升的速度為125 m/min。使用全數字直流調速裝置安裝到可控硅流設備上，通過微處理器對調速裝置進行調節和掌控。相關參數的調整和設置可以通過含有數字顯示參數設定的元件全部設置完成，而不需要再用到其他的設備，非常的方便。兩個反并聯三相全控橋組成的可逆系統又叫電樞，產生的弱磁范圍非常大。為了使得參數設定在一個最好的范圍值，可以使用經驗優化對速度環進行調節，磁場曲線和電流環使用裝置進行自動調節。而且裝置上還安裝了具有保護作用的診斷報警功能。如圖2所示。

圖2 動力回路配置簡圖

3 配置PLC和安裝軟件

3.1 PLC的安裝

此纜索起重機使用德國生產的PLC系統，分別安裝在主塔和副塔上，其中副塔上的PLC系統安裝在副塔司機室中，主塔上的PLC安裝在電氣房中，主塔和副塔PLC都使用繼電輸出模塊、24 V 供電模塊、220 V 開關量輸入模塊，來確保PLC系統的安全穩定。主副塔之間使用光纖來進行數據的傳輸。主塔上的PLC系統為整個PLC控制系統的核心，主要對機構的停止和啟動、投入或者退出負載電源、機械問題的報警等進行控制，副塔上安裝的PLC系統的主要作用是和主塔PLC系統進行數據的交換以及對相關數據進行處理。

3.2 觸摸屏

觸摸屏和副塔PLC之間的信息交換是通過使用Unitelway協議來進行交換的。牽引子畫面、主畫面、起升子畫面、設置畫面是觸摸屏的主要的四個部分。其中牽引畫面和起升子畫面的主要作用是用來監測和查詢牽引及起升設備的工作情況。主畫面是對整個起重機的工作狀態進行監控的，比如起升速度的快慢、起升的高度、牽引的位置等等。設置畫面主要是用來對牽引和起升的軟限位進行設置的，不過設置畫面的操作需要擁有專門權限，才可以進行操作，以免出現操作失誤的現象。

3.3 軟件功能的設置

此纜索起重機電氣控制系統的軟件使用PL7-PRO進行編寫的，主要的功能模塊有直流調速裝置初始化模塊、配電模塊、通訊處理模塊、牽引和起升控制模塊五個部分組成。

（1）調速裝置初始化模塊設置。在控制系統啟動時，是有特定的順序要求的，如果未按照特定順序進行啟動，就很容易導致控制系統出現報警的情況。調速裝置初始化模塊主要就是用來控制系統的啟動順序的，從而避免出現不按順序操作的情況。

（2）緊急停止的處理設置。通常情況下，如果在系統運行過程中，突然把主電源斷開，會產生非常大的沖擊電流，然后會對直流調速裝置整流橋造成損害。為了避免這種情況的發生，此纜索起重機控制系統使用了全數字直流調速裝置，在發生突然斷電事故時，可以先對數字直流調速裝置進行緊急電氣制動，然后對數字直流調速裝置的全控整流橋進行隔離，最后才對主電源進行切斷，這樣就很好地避免了整流橋損壞的情況發生。

（3）檔位控制和檔位標志。通常來說主控制器信號的傳播速度是高于檔位信號的傳播速度的，不過，在進行旁路牽引時，如果速度過快會導致塔頭和小車產生撞擊，所以在進行旁路牽引時，速度要盡量放低，可以在軟件中設置在進行這一牽引操作時，主動把主控制器的高檔屏蔽，即屏蔽2～5 檔，只保留一檔的速度。在設備抱閘時會對檔位進行標記。當液壓桿制動器在抱閘時，會出現制動延時的情況，很容易出現在低速工況下溜坡或者溜鉤的情況，在低速運行時，檔位標志首先進行抱閘，然后把全數字直流調速裝置斷開，在高速運行時，為了降低剎車瓦片的損耗程度，先使用全數字直流調速裝置進行電氣制動，在速度降低后，再進行抱閘[2]。

（4）速度給定換算。機器的起升額定下降速度、上升速度、空鉤速度是存在差異的。在軟件程序中設置了兩個標么值，分別為總體標么值V1和檔位速度表么值V2。假設額定上升速度的標么值為1，那么其余各檔速度的標么值分別為0.1、0.35、0.45、0.65、1。空鉤的標么值為1.71、下降總體標么值為1.35。那么就可以使用此公式進行速度換算n=V1×V2×n，在此公式中n 代表基準值，通過在軟件中設置此公式進行換算，就會很容易對速度進行換算。

（5）通信處理。數據之間的交換可以使用寄存器進行交換，通常情況下，一臺PLC最多可以和30臺PLC建立信息傳送，信息的接收和發送一般都在15個字左右[3]。

4 起重機的保護

對纜索起重機控制系統的保護也是非常重要的一個方面，此纜索起重機電氣控制系統設置了完整的保護功能，具體為：（1）供配電的保護功能，控制系統中使用了瓦斯和溫度對變壓器進行保護，從而保證供配電在一個正常工作狀態；（2）當線路出現過流或者過載現象，電源缺相時，可進行欠壓保護，可很好地避免過載現象的發生，另外可以使用溫度對箱變整體進行防護，對電源進行相序、急停等方面的保護；（3）機構保護，為了對硬件限位進行保護，可以通過在觸摸屏上設置軟限位來進行保護，為了保證在工作的過程中，制動器一直保持在一個打開的狀態，可以在制動器上安裝松閘限位來進行保護。

5 結語

綜上所述，通過在纜索起重機上安裝PLC裝置和全數字直流調速裝置，使原來的纜索起重機電氣控制系統發生了非常大的改變，起重機的性能得到了全面的提升，同時司機的工作量降低了很多。而且，使用上文中的信息傳送方法，使得電纜的使用數量減少了很多，也減少了工作人員對電纜的維護次數和維護難度。此纜索起重機電氣控制系統經過以上方法的改裝后，完全達到了工地澆筑的規定要求，創造出了非常大的經濟效益，是值得大力推行的。

［1］張元兵.起重機電控系統改造中應注意的問題［J］.港口裝卸，2006（5）：27.

［2］北京ABB 電氣傳力系統有限公司.DCS500B 操作指導［Z］.2004.

［3］北京施耐德電氣有限公司.Magelis 操作員對話終端［Z］.2005.