1引言

我單位為中國水電海外投資有限公司自主研發(fā)設(shè)計的175t+175t/10t雙小車橋式起重機安裝在老撾南歐江五級水電站主廠房內(nèi)，主要用于3臺立軸水輪發(fā)電機組及其附屬設(shè)備的安裝及檢修，發(fā)電機轉(zhuǎn)子約310t，定子約160t，定、轉(zhuǎn)子采用平衡梁雙鉤抬吊。雙小車橋機兩個起升機構(gòu)各自由一臺施耐德ATV71HC16N4160kW變頻器拖動一臺YZPFMC315M2-8-TH110kW變頻電機經(jīng)由減速機帶動起升卷筒實現(xiàn)吊鉤的升降。現(xiàn)場雙小車橋式起重機如圖一所示。

圖一 雙小車橋機總圖 

2倍加福絕對值編碼器

德國倍加福公司（P+F）是全球自動化行業(yè)中久負盛名的專業(yè)傳感器公司，其生產(chǎn)的AVM58系列絕對值編碼器采用現(xiàn)代的快速技術(shù)，通過SSI接口（同步串行接口）傳輸相應(yīng)的軸的位置值，兩根數(shù)據(jù)線和兩根時鐘線，RS422接口與供電電源是電隔離的，分辨率高達65536步每圈和16384圈，內(nèi)含微處理器，控制模塊發(fā)送一連串脈沖給絕對值編碼器以獲得位置數(shù)據(jù)，與此同時絕對值編碼器同時發(fā)送一串位置數(shù)據(jù)給控制模塊，該系列編碼器主要有以下特點：

①工作電壓范圍寬達DC10-30V；②輸出碼為格雷碼或二進制碼；③總精度多圈30位；④接口形式為SSI接口，符合RS422協(xié)議；⑤傳輸速率為0.1-2Mbit/S；⑥帶有選擇計數(shù)方向功能；⑦具有零位設(shè)置功能；⑧具有很強的抗干擾能力，能夠在非常惡劣的環(huán)境下使用；⑨防護等級高達IP65，工作環(huán)境溫度范圍廣達-40~85℃。

基于倍加福絕對值編碼器以上的優(yōu)良特點，所以在此糾偏系統(tǒng)中，采用兩件倍加福多圈絕對值編碼器AVM58N-011K1ROGN-1213來作為雙鉤的位置檢測和實時糾偏控制。編碼器安裝在起升卷筒上，如圖二所示。

圖二 編碼器安裝位置

3糾偏依據(jù)與原理

兩起升機構(gòu)在抬吊發(fā)電機定子或轉(zhuǎn)子的過程中，由于兩起升機構(gòu)不是剛性軸連接，難以保證兩吊鉤高度差時時刻刻都在一個固定的范圍內(nèi)，如果高度差超過了這個范圍，對發(fā)電機定子和轉(zhuǎn)子的安裝勢必會造成一定的影響。這就要求我們電氣控制系統(tǒng)中必須進行實時自動糾偏，保證雙鉤高度差在一定范圍內(nèi)。這里將SSI絕對值編碼器檢測到的1#鉤高度與2#鉤高度分別簡稱為A與B。

⑴當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)-SA500從1#車或2#車旋轉(zhuǎn)到聯(lián)動的第一次，這里可能有三種情況會出現(xiàn)，如下所示：

①如果0≤A-B﹤5cm或0≤B-A﹤5cm，則兩起升機構(gòu)可以同時上升或下降，且吊鉤有5個速度；

②如果A>B，A-B≥5cm，這里可能有兩種情況會出現(xiàn)，如下所示：

ⅰ、如果A-B≥50cm，如果執(zhí)行上升命令，則1#鉤自動停止上升，2#鉤上升且2#鉤有5個速度，并且可調(diào)節(jié)，直到A=B；如果執(zhí)行下降命令，則2#鉤自動停止下降，1#鉤下降且1#鉤下降有5個速度，并且可調(diào)節(jié)，直到A=B；

ⅱ、如果5cm≤A-B﹤50cm，如果執(zhí)行上升命令，則1#鉤自動停止上升，2#鉤上升且2#鉤速度自動降到慢速1檔，直到A=B，如果執(zhí)行下降命令，則2#自動停止下降，1#鉤下降且1#鉤下降速度自動降到慢速1檔，直到A=B；

③如果B>A，且B-A≥5cm，這里可能有兩種情況會出現(xiàn)，如下所示：

ⅰ、如果B-A≥50cm，如果執(zhí)行上升命令，則2#鉤自動停止上升，1#鉤上升且1#鉤有5個速度，并且可調(diào)節(jié)，直到B=A，如果執(zhí)行下降命令，則1#鉤自動停止下降，2#鉤下降且2#鉤下降有5個速度，并且可調(diào)節(jié)，直到B=A；

ⅱ、如果5cm≤B-A﹤50cm，如果執(zhí)行上升命令，則2#鉤自動停止上升，1#鉤上升且1#鉤速度自動降到慢速1檔，直到B=A，如果執(zhí)行下降命令，則1#鉤自動停止下降，2#鉤下降且2#鉤速度自動降到慢速1檔，直到B=A；

⑵、如果在聯(lián)動（不算從1#車或2#車旋轉(zhuǎn)到聯(lián)動的第一次）的過程中出現(xiàn)5cm≤A-B﹤50cm，如果執(zhí)行上升命令，則1#鉤自動停止上升，2#鉤上升且2#鉤速度自動降到慢速1檔，直到A=B，如果執(zhí)行下降命令，則2#鉤自動停止下降，1#鉤下降且1#鉤速度自動降到慢速1檔，直到A=B；如果在聯(lián)動過程中出現(xiàn)A-B≥50cm，如果執(zhí)行上升命令，則1#鉤自動停止上升，2#鉤上升且2#鉤上升有5個速度，并且可調(diào)節(jié)，直到A=B，如果執(zhí)行下降命令，則2#鉤自動停止下降，1#鉤下降且1#鉤下降有5個速度，并且可調(diào)節(jié)，直到A=B；如果在聯(lián)動過程中出現(xiàn)5cm≤B-A﹤50cm，如果執(zhí)行上升命令，則2#鉤自動停止上升，1#鉤上升且1#鉤上升速度自動降到慢速1擋，直到B=A，如果執(zhí)行下降命令，則1#鉤自動停止下降，2#鉤下降且2#鉤下降速度自動降到慢速1擋，直到B=A；如果在聯(lián)動過程中出現(xiàn)B-A≥50cm，如果執(zhí)行上升命令，則2#鉤自動停止上升，1#鉤上升且1#鉤有5個速度，并且可調(diào)節(jié)，直到B=A，如果執(zhí)行下降命令，則1#鉤自動停止下降，2#鉤下降且2#鉤下降有5個速度，并且可調(diào)節(jié)，直到B=A。其中臨界值5cm根據(jù)機械平衡梁的要求定義，而臨界值50cm根據(jù)吊鉤在一定的減速時間從最高速度減到最低速度變化的距離而計算出來。

4糾偏系統(tǒng)的設(shè)計

4.1糾偏系統(tǒng)的硬件組成

S7-300系列PLC出色主要表現(xiàn)在以下方面：

①循環(huán)周期短、處理速度快；②指令集功能強大（包含350多條指令），可用于復(fù)雜功能；③產(chǎn)品設(shè)計緊湊，可用于空間有限的場合；④模塊化結(jié)構(gòu)，設(shè)計更加靈活；⑤功能模塊和I/O模塊可選擇；⑥有可在露天惡劣條件下使用的模塊類型。

基于S7-300PLC的以上優(yōu)點，本雙小車橋式起重機采用S7-300PLC作為電氣控制系統(tǒng)的核心，具體硬件組成如下圖三所示。

 圖三 硬件系統(tǒng)配置

在糾偏系統(tǒng)硬件配置中，帶有西門子位置檢測模塊SM338，SM338模塊主要有以下優(yōu)良特點：

①用于連接多達三個絕對值編碼器(SSI)的輸入以及2個用于凍結(jié)編碼器數(shù)值的數(shù)字輸入；②允許在運動系統(tǒng)中對編碼器值直接做出反應(yīng)；圖四SM338模塊設(shè)置

③用戶程序中處理由SM338記錄的編碼器值；④支持等時模式；⑤可選編碼器數(shù)據(jù)采集模式；⑥支持幀長度為為13位、21位、25位的絕對值編碼器（SSI）；⑦支持的數(shù)據(jù)格式為格雷碼或二進制碼，且如果編碼器輸出的數(shù)據(jù)格式為格雷碼的話SM338模塊還自動轉(zhuǎn)換為二進制碼。

其中，兩路SSI絕對值編碼器信號直接進入西門子SM338模塊的通道一和通道二，由用戶進行數(shù)據(jù)處理。SM338模塊設(shè)置如圖四所示。

圖四  SM338模塊設(shè)置

5.2軟件設(shè)計流程

本雙小車橋式起重機以S7-300PLC作為控制系統(tǒng)的核心，其大致的程序控制流程如圖五所示，糾偏的具體程序在這里不再復(fù)述。

圖五 程序控制流程圖

6常見故障及處理方法

在現(xiàn)場調(diào)試中，最容易造成SM338模塊報故障的原因主要如下表一所示：

表一常見故障原因及解決方法

7結(jié)束語

經(jīng)過長時間的設(shè)計、調(diào)試，我單位自主設(shè)計的雙小車橋式起重機實時糾偏系統(tǒng)已成功的運用在老撾南歐江五級水電站主廠房175t+175t/10t橋機上。經(jīng)現(xiàn)場測試，雙小車橋式起重機在雙鉤抬吊過程中，糾偏準確、平穩(wěn)、實用，保證了發(fā)電機定子和轉(zhuǎn)子的順利安裝，受到業(yè)主的一致好評。