造船門式起重機電控系統(tǒng)特點

劉 波

（江南重工股份有限公司，上海 200023）

0 引 言

450t門式起重機由主梁、剛性腿、柔性腿、維修吊、上下小車及行走機構組成。主梁為雙箱式結構，高8.9m，寬9.7m，主梁頂標高為90m。剛性腿內部設有電梯，與行走機構通過銷軸連接；柔性腿為“人”字形，由上接頭、兩根圓筒體及下橫梁組成，與行走機構通過銷軸連接。主梁上部設置一臺上小車、一臺下小車，可以沿軌道移動，上小車起重量為2×225t，下小車主鉤起重量為275t。

1 起重機動力回路系統(tǒng)

大車的剛腿由12臺18.5kW電動機拖動，柔腿由10臺18.5kW電動機拖動，上小車由8臺11kW電動機拖動，下小車由4臺11kW電動機拖動，1#鉤、2#鉤、3#鉤分別用1臺250kW電機拖動。主驅動機構由1臺向公共直流母排供電的整流裝置和7臺并聯的逆變器組成。整流器型號為：ACS800-207-1390-7，1030kW，1056A，690V。該裝置具有卓越的動態(tài)性能，能保持恒定的直流電壓，即使電網電壓突變，仍能保持額定的直流電壓，而不會降低控制性能。

各個機構分別采用獨立的ACS800系列逆變器控制。下面以主起升1為例介紹其變頻控制原理，見圖1所示。控制對象電機的參數為：250kW，741r/min，400V/690V，460A/265A，50Hz。安裝電機軸后面的增量型編碼器，將捕獲到的信號通過光電信號發(fā)射器經光纖傳送至逆變器端光電信號接收器，構成一個閉環(huán)的控制系統(tǒng)。

在整個動力系統(tǒng)網絡中，各逆變器上都設有通訊接口模塊（RPBA-01）[1]，RPBA-01的主要功能有： 向傳動單元發(fā)出控制命令（起動、停止、允許運行等）；給傳動單元發(fā)送速度或轉矩給定信號；向傳動單元的PID（比例、微分、積分）調節(jié)器發(fā)送一個過程實際值或一個過程給定信號；從傳動單元中讀取狀態(tài)信號和實際值；改變傳動參數值；對傳動單元進行故障復位。計算機（PC）作為主站，通過通訊模塊（RPBA-01）將7個機構中設立的7臺逆變器串行連接起來，每個通訊模塊都有自己獨立的地址編碼，主站依靠地址識別不同的逆變器，來控制各個機構單獨或同步作業(yè)。

2 PLC控制回路系統(tǒng)

該系統(tǒng)采用ABB公司的AC 800M控制器作為起重機控制系統(tǒng)的CPU（可編程控制器），用于整個系統(tǒng)的控制。采用了模塊化設計的AC 800M 控制器和相關的輸入輸出選項，有助于降低成本并提高工程設計質量以及運行效率。該控制生成器中的一個工程可處理256個應用程序，一個應用程序可處理 64 個子程序。此模塊化設計，允許用戶按照實際需求編寫程序，靈活地實現各個機構的可靠運行、高低速運轉及安全保護，各個機構具有單動、聯動等功能，充分體現了其實用性、安全性、可靠性，大大地提高了資產的回報率[2]。

門式起重機由上位計算機、PLC控制器、遠程I/O（輸入/輸出）模塊、光電編碼器、各類型開關反饋裝置等構成計算機集散和遠程監(jiān)控系統(tǒng)。造船門式起重機的機構很多，體積龐大，因此在距主站較遠的幾個機構上需要設置遠程子站。遠程子站包括：司機室遠程子站、上小車遠程子站、下小車遠程子站、大車剛性腿遠程子站、大車柔性腿遠程子站，如圖2。司機室配備的遠程I/O，用于接收主令控制器、轉換開關及負載保護限制器的信號；上小車配備的遠程I/O，用于控制上起升1、起升 2、上小車行走等機構的工作；下小車配備的遠程I/O，用于控制下小車主起升、下小車行走等機構的工作；大車剛腿配備的遠程I/O，用于控制大車剛腿行走及夾軌器等機構工作；大車揉腿配備的遠程I/O，用于控制大車揉腿行走及夾軌器等機構工作。

圖2 PLC系統(tǒng)

各子站主要是完成各機構保護信號和電機保護信號的采集。以上小車控制為例。該機構子站包含一個直流24V電源模塊、一個通訊模塊（CI801）、6個數字輸入模塊（DI801）和 2個數字輸出模塊（DO801）。圖3為上小車一號主鉤的輸入、輸出原理圖。

圖3 上小車一號主鉤I/O原理

由于龍門吊跨距大，電纜較多，傳輸距離較遠，考慮到控制信號在傳輸過程中容易受到外界諸多因素的干擾而失真，因此PLC系統(tǒng)主站和遠程子站之間全部采用光纜連接。主站設置的光纖鏈路模塊OLM，將電信號與光信號相互轉換通過光纖傳輸，避免控制信號受到惡劣電磁的干擾。

3 工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)

該起重機配備完善的、高清晰度工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)。整個系統(tǒng)共設有2部自動變焦攝像頭，4部定焦攝像頭。攝像頭為彩色，清晰度≥480線，感光靈敏度0.3lx。視頻信號的傳輸采用光纖傳輸。司機室內設有1臺彩色平板監(jiān)視器，可通過設在各處的攝像頭觀察吊車的運行情況。在剛性腿和柔性腿的上部各安裝1部可變焦距的攝像頭，用于觀察吊裝分段的升降狀態(tài)，掌握吊裝現場的各種情況。在大車行走機構的4端各安裝1部固定焦距的攝像頭，用于觀察大車行走時軌道的情況。所有監(jiān)視器監(jiān)控圖像通過光纖網絡傳至硬盤錄像機和監(jiān)視器。

4 火災自動報警系統(tǒng)

該起重機所有可能發(fā)生火災的重要部位如電氣房、高壓室、電阻室等，都安裝有煙火探測器。當火災報警系統(tǒng)的探測器探測到火災時，聲光報警裝置發(fā)出聲光報警。同時將火災報警信號傳送至PLC,通過程序命令起重機自動停車，并切斷必要的動力電源。當電氣元件燒毀沒有產生明火，但有較大煙霧時，火災自動報警裝置發(fā)出煙霧報警。隨機配備的滅火器是采用新型滅火劑，對人體沒有傷害。起重機除設有以上裝置外，主要依靠各種阻燃材料和各種防火措施從源頭上來預防火災的發(fā)生。

5 通訊系統(tǒng)

起重機內部設有一部程控電話交換機，分別在剛性腿側、柔性腿側、司機室、上小車、下小車、電控室及維修吊等 12處設有分機，能不受變頻器裝置所引起的干擾。

6 結 語

該龍門起重機的整個控制回路由一個穩(wěn)定可靠的閉環(huán)調速系統(tǒng)組成。此系統(tǒng)保護功能完善，能自診斷顯示故障所在，維護簡便、操作方便、功能齊全，具有通用的外部接口端子，可同計算機、PLC聯機，實現遠程自動監(jiān)控。具有起動、停止平穩(wěn)，大范圍、高精度平滑無級調速等諸多優(yōu)點，很好地滿足了造船廠實際的生產需要。

[1]ABB (中國)有限公司. ABB傳動 RPBA-01適配器模塊手冊[Z].

[2]ABB（中國）有限公司. AC 800M控制與I/O手冊[Z].