600t下导梁型架桥机自动控制系统的应用设计-中国电气传

600t下导梁型架桥机自动控制系统的应用设计胡晓林九江职业大学摘要：介绍了600t下导梁型架桥机自动控制系统的结构组成，控制功能，控制方式，系统软件设计以及实际应用效果。关键词：下导梁型架桥机自动控制系统控制功能控制方式ApplicationandDesignofAutomaticControlSystemof600tDownwardLargeBridgingMachineHuXiaolinAbstract：Thepaperintroduces600Tdownwardlargebridgingmachinautomationcontrolsystemstructureconfiguration,controlsystemfunction，controlmode，softwaresystemdesignAndapplicationsresultsKeywords：downwardlargebridgingmachinautomationcontrolsystemcoutrolfunctioncontrolmode1引言600t下导梁型架桥机是为国家重点工程秦皇岛—沈阳高速铁路线建设而设计研制的国家级科技攻关项目，架桥机的结构主要由主梁，后支腿，中支腿，前支腿等主体结构与起升机构，下导梁纵移天车，运架桥机台车，电气系统，液压系统，安全装置等组成。其工作原理为：利用下导梁作运梁通道，架桥机的中支腿展翼，后支腿、前支腿承载，运梁台车将混凝土箱梁运送到架桥机腹腔内，活动钢架旋转到位，运梁台车降落，混凝土箱梁后端搁置在钢架上，前端利用前起重天车起吊，运梁台车从起重天车将混土箱提离钢架；利用纵移天车将下导梁纵移一跨让出被架混凝土箱梁梁体空间，架梁机将混凝土箱梁直接落放至墩顶上进行安装。为了对各起升机构及液压系统，电气系统，安全装置等都有严格协调控制，对架设的混凝土箱梁的重量、方位及各子系统的状态变化等及时准确地进行监测和调节。由于架桥机控制系统在线监控点多，控制精度高，逻辑条件复杂，为此，采用了先进的计算机技术及PLC自动程序控制，提高了系统的稳定性和可靠性；并实时显示各主体机构的状态变化及故障报警画面，形成自动检测、控制、监管相结合的一体化系统。2电气控制系统的构成2.1总控系统电气系统采用三相4线制供电方式，电压等级为380V/220V。为解决市电不能正常使用，即配置一台200kW的柴油发电机组供电，与配电柜一同置于主梁上，以放射状方式为架桥机起升系统，液压系统，运架梁机台车系统供电。2.2系统组成架桥机自动控制系统以可编程控制器（PLC）为核心进行控制。由于架桥机的在线监控点多，受控设备分散，相距较远，若采用集中控制方式，会造成布线繁多，相互间干扰严重，控制柜太大而不易安装。因此采用分布式控制方式，它将架桥机的在线监控点和受控设备按相互关系分成多个子系统，各子系统内的监控点就地采样处理后经远程I/O适配器模块与主PLC的的联系只需通过一根设备网连线，避免了多而长的走线。这样将众多的控制设备，执行元器件等分成多个小关联设备集中装配，有利于系统故障的查找和排除，也利于系统功能的增减。极大地保障了整个控制系统的安全可靠性。架桥机执行机构分别由前支腿液压泵站，后支腿液压泵站，纵移天车/托辊液压泵站，运架桥机台车变频柜，卷扬机变频柜5个子系统组成。主PLC置于控制室，并外联一触摸屏，用于模拟显示现场各电气设备的状态变化、运行操作及故障报警画面等。运架桥机台车系统的控制操作，采用了控制箱就地操作和无线遥控远程操作相结合方式。在架桥机前、后上端共设有4台摄像机，在主控制室显示架梁作业过程。整个控制系统组成方案如图1所示。图1电气控制系统组成方案图2.2.1PLC控制系统架桥机采用先进的PLC控制技术，提高了电路可靠性和设计灵活性，对架桥机的安全操作提供了可靠保证。控制台及遥控器发出的操作控制信号，各机构的限位信号，起重车的超重信号，变频器的运行状态信号，故障信号等均以开关量或模拟量的形式输入到PLC，PLC根据事先按各种工况及逻辑关系编制好的程序进行逻辑运算、处理，发出控制指令至变频器及相关继电器，从而控制各子系统进行相应的工作。主PLC与各子系统的联接通过一个公共的设备网实现。主PLC的CPU模块经RS-232口与触摸屏实现通讯。各系统中的操作控制，限位检测，故障报警，运行启停，动作指示等由本系统的I/O模块进行输入、输出。并将其状态通过设备网映像到主PLCI/O扫描器模块。本系统中的开关、过流、过压检测，油温/油压检测，风速检测，急停/复位，工作方式选择等信号直接输入到主PLC的输入模块，主系统中的故障报警，启停提示，方式选择指示等信号则由主PLC的输出模块直接输出给声光报警设备。2.2.2起升系统控制起升控制系统流程如图2所示。根据起升系统工况，要求4台卷扬机既能单动又能联动，并能实现无级调速。为使卷扬机平稳地起动并在联动时，减少对发电机组的冲击，最大限度地减少发电机的容量，选用重载高性能闭环矢量控制型变频器进行变频调速起动。为了保证各卷扬机在联动时的同步性，为每个卷扬机配置一个脉冲编码器进行速度跟踪，通过脉冲编码器形成矢量闭环控制系统对各卷扬机转速进行较精确地控制。为防止变频器产生高次谐波对发电机及其它变频器产生谐波干扰，控制输入尖峰电流，改变功率因数，在每个变频器的输入端加装输入电抗器。图2起升控制系统流程图2.2.3无线遥控系统运架桥机台车系统除能在控制室控制外，还可经无线遥控装置进行遥控，为用户提供了便捷的灵活操作环境。遥控系统由发送/接收两部分组成，通过对手持无线发射器中按键进行有选择操作，可实现前、后运架桥机台车同步向前或向后联机运行，以及单机运行等多种操作。2.2.4触摸屏使用先进的触摸技术。将所有控制操作设置在触摸屏上实现，并与PLCCPU通讯，实时模拟显示现场各电气设备的状态变化，系统关键点运行参数及故障报警画面等，将用户程序的仿真图像为用户提供友好的人机界面，直观的显示各项安全保护参数的动态变化，方便了操作人员对整个架桥作业的监视，丰富的故障报警画面为电气技术人员尽快排除故障提供了极大方便。2.3安全保护装置任何大型智能化设备都无一例外地把系统安全放在首位，系统的安全可靠性在很大程度上取决于系统的硬件设计和软件算法的设计。架梁机各机构的每个动作都设有限位装置，如压力阀（负载限位，油缸限位），或为电子机械限位，当限位动作时，相应的操作就会停止，直至限位解除。2.3.1架桥机安全装置有：1）架梁机，下导梁纵向过孔限位装置；2）起升机构重量限制器，高度限位器，电动卷扬机高速轴采用液压推杆制动器制动，输出卷筒上采用制动力矩较大的钳盘式制动器；3）运梁台车与架桥机，下导梁与架桥机防撞装置；4）中支腿升降幅油缸，拔插销油缸限拉装置；5）后支腿顶升油缸，运架梁机台车顶升油缸及所有吊点油缸机械锁死装置；6）纵移天车，纵移托辊纵向运行限位装置；7）液压系统及电气系统过流，过压，欠压，联锁，油温过高，紧急停机，故障报警等安全保护装置。在控制室内及前支腿设有紧急停车装置；8）混凝土梁体位置显示和监控系统；9）风速报警装置；10）各系统零位保持装置，确保断电后又来电系统不至于自行启动。2.3.2软件安全设计架桥机安全设计除设有以上安全保护装置外，在软件编程上作如下设计：1）系统运行和故障联锁等全部由PLC控制，PLC对现场各安全装置实时检测，各检测信号串联，作为PLC启动作业的联锁条件，提高系统的安全可靠性。2）当架梁机安全装置动作或系统出现故障，该系统拒绝动作，除触摸屏显示故障报警画面外，还由PLC启动灯光及蜂鸣器报警。且仅当故障排除后，才能有效通过按钮复位报警信号。并以不同报警信号区分不同故障。3）适当添加联锁条件，使各机构动作间严格确保相互约束或定时关系。启动系统与液压系统间互锁。4）建立合适的状态标志位，并准确应用于各控制状态的设计中。5）设置识别及处理故障的能力，对系统中的过流过压，风速及变频器等异常检测采用延时确认方式。6）起重车各点设有重量限制器，实现起重量100%报警，105%急促报警，110%急促报警并切断上升控制信号，只许下降。2.4系统同步及解决方法架桥机在线控制设备较多，架桥作业中对受控设备间的速度，高度，相对位移等要求一致性，即受控设备间需同步。架梁机系统间的同步有以下几种：①纵称天车与托辊间同步；②运梁台车与运架桥机台车间同步；③4台卷扬机间同步；④两运架桥机台车间同步。同步解决办法如下。1）纵移天车与托辊间同步，在纵移天车处安装角度传感器，当传感器与垂直方向出现偏角时，通过调整纵移天车与托辊马达间的一个电机速度，直至两电机速度一致。2）运梁台车与运架桥机台车间同步。3）4台卷扬机间同步，在4台卷扬机电机轴上分别安装旋转编码器，实时跟踪各卷扬机速度，编码器输出1000个脉冲/转到PLCCPU进行比较运算，并将运算结果输出到变频器，从而形成一个闭环控制系统，实现卷扬机间的同步。4）两运架桥机台车间同步，将两台运架桥机台车电机选型一致，速率等性能尽量相近，两台车使用同一启动信号，从而达到同步。3系统操作及应用效果架桥机控制操作分有操作台触摸屏触摸操作和各子系统本地操作，运架桥机台车有无线遥控操作方式和系统本地操作，并优先遥控操作。操作人员除可在操作台触摸屏操作外，其他操作人员还可以在现场各子系统控制柜上完成相同功能操作，并在触摸屏上显示出相应的操作，只有当运架桥机台车方式选择开关切换至遥控方式时遥控操作才有效。触摸屏一开机给出一幅架桥机各控制设备当前状态的主画面，在架桥作业过程中，根据各控制设备的运作变化情况在主画面上模拟显示。选择不同子系统按键，可分别切换到5个子系统的操作画面，系统发生故障时，任一画面的故障灯变红色并闪烁提示。本系统已通过了国家级科技攻关项目专家组验收鉴定，并在秦皇岛—沈阳高速铁路线建设中已进行了实际安装使用，运行稳定可靠，技术先进，结构合理，维护方便，赢得了用户较高的信赖和评价。参考文献1西门子（中国）有限公司.S7-300可编程序控制器用户手册2西门子（中国）有限公司.变频器用户手册3天津电气传动设计研究所.电气传动自动化技术手册，1993