懸索橋大型吊裝卷揚機控制系統設計剖析

鄒曦

摘要：懸索橋大型吊裝卷揚機由帶繩槽雙筒摩擦式牽引主機和儲繩輔機組成。主要特點是收放繩速恒定，出繩位置不變。配有大容繩量的儲繩筒，可以進行多滑輪組長距離作業。在實際吊裝過程中，會出現單臺獨立工作或多臺聯動的情況，為保證吊裝過程同步的精度和準度，控制系統采用PLC閉環變頻調速系統。本文就卷揚機系統組成部分和控制系統的設計進行簡單講解。

關鍵詞：懸索橋，卷揚機系統，聯動控制設計

一、卷揚機系統特點及工作原理

摩擦式卷揚機是通過一對同向轉動的滾筒，給纏繞于筒面的多圈鋼絲繩一個摩擦作用力，使鋼絲繩沿著滾筒旋轉的方向運動，以達到牽引重物的目的。

主機鋼絲繩由滾筒下方進出，在前后摩擦卷筒上循環纏繞8圈后，通過導繩輪進入儲繩機。

儲繩機與主機分離。安裝在主機后端，主要是儲存從滾筒傳出的鋼絲繩。由于儲繩量大，纏繞層數多，內外層線速度差較大。儲繩機采用力矩控制方式，有效地控制鋼絲繩張力在一定范圍內，以保證主機鋼絲繩始終保持緊繃狀態，使吊裝過程順利完成。

二、控制系統設計簡析

1、控制系統功能設計

1.1采用全數字式矢量型變頻器，把減速和負力下放過程中電機處于發電過程中產生的多余能量采用制動電阻消耗，可以達到負力下放的功能。

1.2變頻調速系統采用閉環控制，調速范圍更廣，低頻力矩大，可以達到2～50HZ平滑控制。

1.3采用全數字式西門子S7-200系列PLC組成的控制系統，使得系統布線更加簡單，美觀，運行更加穩定可靠。PLC輸入輸出接點留有10%的余量，預留用戶加入自己外部保護功能接口。預留以太網接口，可方便用戶擴展遠程控制及監控。

1.4溫度保護：電動機的溫度不得超過110℃，溫升不得超過80℃;減速機潤滑油的溫度不得超過80℃，溫升不得超過40℃。

1.5寬電壓工作：在電動機輸入端電壓為90%額定電壓的條件下，卷揚機應能正常起升額定載荷。

1.6采用旁壓式張力傳感器，把鋼絲繩拉力信號轉換成標準模擬信號給PLC，用于實時顯示拉力值。

1.7設置增量式編碼器，用于測量鋼絲繩出繩速度以及出繩距離。

1.8采用觸摸屏作為上位機監控用于顯示頻（用于顯示繩長，繩速，拉力），緊急停止開關、電源指示燈、狀態指示燈及相應操作開關、主令手柄、電流表，頻率表。

1.9電機尾部安裝增量式編碼器，變頻器帶編碼器反饋單元，采用變頻器閉環控制模式。如控制速度與電機實際運行速度存在偏差，變頻器需能夠及時調整。

1.10變頻器工作和閘閉鎖功能：即變頻器工作之后給出了開閘命令之后，主機的電動制動器才打開。變頻器停止工作后，閘抱死。

1.11PLC采用西門子S7-200系列PLC，配置工業交換機，方便用戶自行開發遠程控制系統。

1.12預留本地控制/遠程計算機控制選擇開關，并提供PLC源程序及程序清單。

1.13設置集裝箱式控制室，內設雙制空調一臺。

2、操作臺界面及功能設計

通過操作面板可進行系統上電、合閘、分閘、提升、下放停車、急停等操作。

進行如下系統操作之前，用戶需要進行身分確認，即輸入用戶登路密碼。具體權限分配如下：

用戶操作者：合閘操作、提升、下放、變速、停車、急停、位置參數設置。

用戶工程師：除用戶操作者之外，還可以進行位置校正、編碼器當量、停車點設置、開閘延時、抱閘延時等操作。

2.1系統上電操作

1）主回路送電：合上主斷路器QF1進行主回路上電，合上總開關之后，通過萬用表測試主回路電壓是否正常（380V到420V），三相電壓對稱度。

2）二次回路送電：合上二次回路斷路器QF3。觀察PLC、觸摸屏等是否正常點亮，如果有屏常，請斷開二次空開。

3）閘回路送電：合上閘回路電機保護斷路器QF2。

4）變頻器送電：通過操作面板上合閘轉換開關，給變頻器送電。在送電過程中觀察是否有屏常，如果有異常情況，勿必切換到分閘狀態。

2.2提升、下放

1）按下啟動允許，觀察啟動允許指示燈是否亮。如果不亮，查看觸摸屏提示，按提示進行操作。

2）選擇變頻啟動速度低速模式。系統在低速模式下，方可進行啟動操作。

3）按下提升按鈕，此時系統自動進行變頻啟動、開閘，自動運行到系統設置速度1去。

4）系統啟動完成后，可通過速度選擇開關，進行加速或者減速操作。

2.3停車操作

系統在運行過程中，可通過觀察觸摸屏位置顯示，當重物快到達指定位置時，可通過停止按鈕進行停車操作。

系統可通過手動停車操作，也可通過位置保護投入之后，進行停車點設置后自動停車功能。

2.4急停操作

系統在運行過程中，如果遇到突發情況，可進行急停操作。按下急停按鈕后，封鎖變頻器輸出，閘抱死。

進行急停操作之后，如果需要在次開車，需要把急停按鈕進行旋轉復位和進行按鈕復位操作。

2.5位置校正

系統在運行一段時間之后，因為鋼絲繩會出現變形之后，位置可能不準。可通過觸摸屏里面進行位置定點校正。在定點情況下，設置定點位置的相對距離，設置好之后，按一下校正觸摸按鈕，即完成校正操作。校正操作前需要輸入身份確認密碼，只有通過密碼確認的操作者方可進行此操作。

3、故障保護功能設計

3.1過速保護

卷揚機在運行過程中，會生成一條以速度為基本的包絡線。當超過或者低于給定速度的10%后，經過延時1秒后進行故障報警且安全停車。

3.2過載保護

通過變頻器對負載進行實時監測，如果電流大于設置值時進行過載保護。

主機的閘只有在變頻器逆變器正常工作后方可釋放。當逆變器停止工作后，閘必需自動抱死。

3.3急停保護

在出現緊急情況下，可通過操作臺急停按鈕進行急停操作。急停操作可迅速使變頻器停止工作，并且使閘抱死。

3.4變頻故障保護

變頻器自身具有故障診斷功能，主要有過流保護、過壓保護、欠壓保護、短路保護、輸出對地短路、加速過電壓、加速過電流等。

3.5過卷保護

按上下過卷點位置設置過卷保護。

3.6變頻故障分析

當發生變頻故障時，根據變頻器故障代碼進行相應排除。如果根據故障處理幫助無法排除故障，請聯系售后服務。