12000T浮式起重機電控系統(tǒng)

王建云　薛康

摘要：本文介紹了電控系統(tǒng)技術(shù)在12000T浮吊上的應用，包括可編程控制器plc和矢量控制變頻器的使用，總線技術(shù)的使用，以及各種電器設備系統(tǒng)的整合使用，以及介紹各個機構(gòu)的運行工況。

關鍵詞：大型浮式起重機；電控系統(tǒng)

立項背景

海洋深處蘊藏的油氣資源儲量約占地球總量的70%，在實施海洋油氣勘探與采集過程中需要大型浮式起重機來承擔大量的海洋平臺吊裝或坼裝工作，海洋重大工程-海底鋪管、海洋油氣田鉆井平臺安裝或坼裝等工程不可或缺的重型裝備，將直接影響著一個國家對海洋資源和事務的駕馭能力。

不僅如此，大型浮式起重機在港口建設、水下救撈、船工程、橋梁建設中均獲得廣泛應用，大型浮式起重機是以起重船體作為載體的一種起重機械；

由于浮式起重機載荷大小決定著平臺的能力，目前世界上最大的浮式起重機吊載能力只有8000T，決定著平臺最大的重量；隨著對能源要求越來越嚴重，對特大型浮式起重機要求越來越強烈，作為其核心的電控系統(tǒng)必然要滿足這一市場要求，對電控系統(tǒng)開發(fā)及改進提出更高要求，本項目提出一種改進方案并在實際中得到很好的應用。

1.技術(shù)內(nèi)容

該項目是典型的機電液一體化系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)復雜，機型龐大，控制難度大。我們采用一種新型的控制方法，利用移相整流變壓器加二極管整流， 通過直流母排形式將直流電源分配給每個驅(qū)動設備， 這樣既滿足船體配電對諧波小于5%的嚴格要求，又有效降的控制成本，直流母排側(cè)連接43個驅(qū)動器，可靠的實現(xiàn)各機構(gòu)資源共享，實現(xiàn)一套供電及驅(qū)動系統(tǒng)出現(xiàn)故障情況能不影響現(xiàn)場作業(yè)。

1.1驅(qū)動系統(tǒng)組態(tài)

起重機驅(qū)動系統(tǒng)分為兩組Group A和Group B，每組分別由一臺移向變壓器（11KV/690V、4500kVA/（2250+2250）kVA、3P，60Hz）和兩臺二極管全波整流單元（REC 2000A/690V）組成提供直流電源，所有機構(gòu)的43臺驅(qū)動器平均分成兩組分別掛在兩組直流母排上，每個驅(qū)動器拖動一臺電機，實現(xiàn)資源共享，節(jié)約成本。

1.2PLC系統(tǒng)配置

PLC也是采用日本富士的MICREX-SX SPH300系列的高性能模塊。該系列PLC提供高速度、高標準化的機械控制，滿足高穩(wěn)定性的要求，在機械控制、檢測控制的融合領域?qū)崿F(xiàn)開放化，是滿足各種需求的多功能控制器。PLC本身集成SX-BUS系統(tǒng)總線，該總線短距離本地通訊可提供高速度的通訊，也可以通過安裝T-LINK、ProfiBUS等總線擴展模塊，連接外部設備。該系列PLC同富士的驅(qū)動器一樣也已應用于我們公司的各種產(chǎn)品上，如浮式起重機、岸橋、場橋、卸船機等各種機型，產(chǎn)品穩(wěn)定可靠。在多年的使用中，得到了國內(nèi)外客戶的高度認可和滿意。

PLC主站上使用的CPU為NP1PS-117R。由于起重機上的遠程擴展站點數(shù)量多、通訊距離長，我們使用T-LINK總線擴展模塊，用多條富士的T-LINK系統(tǒng)總線與主站連接，每條總線都有多個遠程站點鏈接，形成樹型結(jié)構(gòu)，每條總線上發(fā)生的故障不影響其他總線上設備的運行，又在成本上得以控制。

系統(tǒng)中T-LINK總線1連接驅(qū)動器房PLC模塊，采集起重機設備上各個機構(gòu)的制動器釋放限位的數(shù)字量信號或溫度傳感器的模擬量信號等。

T-LINK總線3連接頂升站模塊，頂升站是帶的獨立的CPU（NP1PS-32R），與起重機主站PLC通過T-LINK通訊，交換數(shù)據(jù)。

在起升機構(gòu)卷筒側(cè)安裝兩個絕對位置編碼器，并通過ProfiBUS總線連接，使用兩個絕對位置編碼器起到冗余作用，保證起升機構(gòu)的安全有效運行。

1.3驅(qū)動系統(tǒng)應急工作模式

浮吊起重噸位大，幾個主機構(gòu)（如主鉤、變幅、副鉤）都由多個卷筒同時驅(qū)動，如果一個機構(gòu)的一個卷筒電機驅(qū)動部分發(fā)生故障不能運行，或者更嚴重的是兩組驅(qū)動系統(tǒng)中的某一組電源發(fā)生故障而不能通電，這些情況都會影響這些機構(gòu)的正常運行，給用戶作業(yè)帶來麻煩，在經(jīng)濟上會產(chǎn)生很大的損失。這使得我們不得不考慮這些機構(gòu)的應急運行模式，使在以上故障發(fā)生的情況下也能應急作業(yè)，待故障處理結(jié)束后恢復正常作業(yè)。

正常作業(yè)時左右側(cè)卷筒的電機分別由AB組的驅(qū)動器同時驅(qū)動，如果一側(cè)卷筒的某個電機故障或者驅(qū)動部分發(fā)生故障，我們可以切換到單個電機運行模式，使卷筒還能正常運轉(zhuǎn)，2號主鉤能降容使用，不至于影響作業(yè)。

1.4恒功率控制

富士系統(tǒng)的恒功率控制在岸橋、場橋等機型上已得到成熟應用。而在浮吊上，例如主鉤由兩個卷筒帶動，兩個卷筒可單獨運行，為柔性連接。主鉤起升的恒功率通過變頻器計算，兩個卷筒恒功率分別由兩個驅(qū)動器計算，可能會出現(xiàn)兩個驅(qū)動器限制速度的計算結(jié)果不同，會導致主鉤在基速以上運行不同步，造成主鉤傾斜，影響現(xiàn)場作業(yè)。所以我們在PLC程序中讀取兩個驅(qū)動器的限制速度計算結(jié)果，比較這兩個值，取較小的一個值來限制運行速度較大的一個驅(qū)動器，使兩個驅(qū)動器能保證相同的運行速度，從而讓主鉤能平穩(wěn)運行，正常作業(yè)。

1.5位置同步補償

在保證主鉤速度同步的情況下并不能完全保證主鉤一直能在水平狀態(tài)下運行，兩個卷筒上的電機因為制動器打開先后，或者機械結(jié)構(gòu)間隙，會導致主鉤兩根鋼絲繩在運行時產(chǎn)生位置差，長期運行產(chǎn)生累計誤差，在機構(gòu)運行一段時間后不得不人工矯正主鉤兩根鋼絲繩上的位置差，這樣費時又費力。所以引入位置差補償值，

以主鉤變頻器1為主，去主鉤卷筒1和主鉤卷筒2的位置差，計算得出需要的調(diào)整速度的值，增加到主鉤變頻器2的速度給定中，來調(diào)節(jié)主鉤卷筒2的位置，使主鉤卷筒2始終跟隨卷筒1來運行，達到主鉤位置水平的目的。

同樣的方法也應用在副鉤、變幅中?？梢匝娱L鋼絲繩使用壽命，減少用戶維護成本。

2.應用情況

12000T浮吊電控系統(tǒng)使用振華組裝系統(tǒng)，較大程度上節(jié)省了生產(chǎn)成本，在控制上同樣能達到高性能、高精度。達到了浮式起重機的高安全性、高穩(wěn)定性及高可靠性。

參考文獻：

[1]廖常初.PLC基礎及應用.機械工業(yè)出版社.2003

[2]FRENIC 5000VG7S USERS MANUAL.

作者簡介：

王建云（1981-），男，大專，上海振華重工集團股份有限公司，電氣工程師。

薛康（1982-），男，大專，上海振華重工集團股份有限公司，電氣工程師。