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(jì)的175t+175t/10t雙小車橋式起重機(jī)安裝在老撾南歐江五級(jí)水電站主廠房內(nèi)，主要用于3臺(tái)立軸水輪發(fā)電機(jī)組及其附屬設(shè)備的安裝及檢修，發(fā)電機(jī)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(jī)兩個(gè)起升機(jī)構(gòu)各自由一臺(tái)施耐德ATV71HC16N4160kW變頻器拖動(dòng)一臺(tái)YZPFMC315M2-8-TH110kW變頻電機(jī)經(jīng)由減速機(jī)帶動(dòng)起升卷筒實(shí)現(xiàn)吊鉤的升降。現(xiàn)場雙小車橋式起重機(jī)如圖一所示。

圖一 雙小車橋機(jī)總圖 

2倍加福絕對(duì)值編碼器

德國倍加福公司（P+F）是全球自動(dòng)化行業(yè)中久負(fù)盛名的專業(yè)傳感器公司，其生產(chǎn)的AVM58系列絕對(duì)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(shí)鐘線，RS422接口與供電電源是電隔離的，分辨率高達(dá)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(duì)值編碼器以獲得位置數(shù)據(jù)，與此同時(shí)絕對(duì)值編碼器同時(shí)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(diǎn)：

①工作電壓范圍寬達(dá)DC10-30V；②輸出碼為格雷碼或二進(jìn)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(jì)數(shù)方向功能；⑦具有零位設(shè)置功能；⑧具有很強(qiáng)的抗干擾能力，能夠在非常惡劣的環(huán)境下使用；⑨防護(hù)等級(jí)高達(dá)IP65，工作環(huán)境溫度范圍廣達(dá)-40~85℃。

基于倍加福絕對(duì)值編碼器以上的優(yōu)良特點(diǎn)，所以在此糾偏系統(tǒng)中，采用兩件倍加福多圈絕對(duì)值編碼器AVM58N-011K1ROGN-1213來作為雙鉤的位置檢測和實(shí)時(shí)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(jī)構(gòu)在抬吊發(fā)電機(jī)定子或轉(zhuǎn)子的過程中，由于兩起升機(jī)構(gòu)不是剛性軸連接，難以保證兩吊鉤高度差時(shí)時(shí)刻刻都在一個(gè)固定的范圍內(nèi)，如果高度差超過了這個(gè)范圍，對(duì)發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子的安裝勢必會(huì)造成一定的影響。這就要求我們電氣控制系統(tǒng)中必須進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)糾偏，保證雙鉤高度差在一定范圍內(nèi)。這里將SSI絕對(duì)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(dòng)的第一次，這里可能有三種情況會(huì)出現(xiàn)，如下所示：

①如果0≤A-B﹤5cm或0≤B-A﹤5cm，則兩起升機(jī)構(gòu)可以同時(shí)上升或下降，且吊鉤有5個(gè)速度；

②如果A>B，A-B≥5cm，這里可能有兩種情況會(huì)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(dòng)停止上升，2#鉤上升且2#鉤有5個(gè)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(dòng)停止下降，1#鉤下降且1#鉤下降有5個(gè)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(dòng)停止上升，2#鉤上升且2#鉤速度自動(dòng)降到慢速1檔，直到A=B，如果執(zhí)行下降命令，則2#自動(dòng)停止下降，1#鉤下降且1#鉤下降速度自動(dòng)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(huì)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(dòng)停止上升，1#鉤上升且1#鉤有5個(gè)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(dòng)停止下降，2#鉤下降且2#鉤下降有5個(gè)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(dòng)停止上升，1#鉤上升且1#鉤速度自動(dòng)降到慢速1檔，直到B=A，如果執(zhí)行下降命令，則1#鉤自動(dòng)停止下降，2#鉤下降且2#鉤速度自動(dòng)降到慢速1檔，直到B=A；

⑵、如果在聯(lián)動(dòng)（不算從1#車或2#車旋轉(zhuǎn)到聯(lián)動(dòng)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(dòng)停止上升，2#鉤上升且2#鉤速度自動(dòng)降到慢速1檔，直到A=B，如果執(zhí)行下降命令，則2#鉤自動(dòng)停止下降，1#鉤下降且1#鉤速度自動(dòng)降到慢速1檔，直到A=B；如果在聯(lián)動(dòng)過程中出現(xiàn)A-B≥50cm，如果執(zhí)行上升命令，則1#鉤自動(dòng)停止上升，2#鉤上升且2#鉤上升有5個(gè)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(dòng)停止下降，1#鉤下降且1#鉤下降有5個(gè)速度，并且可調(diào)節(jié)，直到A=B；如果在聯(lián)動(dòng)過程中出現(xiàn)5cm≤B-A﹤50cm，如果執(zhí)行上升命令，則2#鉤自動(dòng)停止上升，1#鉤上升且1#鉤上升速度自動(dòng)降到慢速1擋，直到B=A，如果執(zhí)行下降命令，則1#鉤自動(dòng)停止下降，2#鉤下降且2#鉤下降速度自動(dòng)降到慢速1擋，直到B=A；如果在聯(lián)動(dòng)過程中出現(xiàn)B-A≥50cm，如果執(zhí)行上升命令，則2#鉤自動(dòng)停止上升，1#鉤上升且1#鉤有5個(gè)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(dòng)停止下降，2#鉤下降且2#鉤下降有5個(gè)速度，并且可調(diào)節(jié)，直到B=A。其中臨界值5cm根據(jù)機(jī)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(shí)間從最高速度減到最低速度變化的距離而計(jì)算出來。

4糾偏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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(qiáng)大（包含350多條指令），可用于復(fù)雜功能；③產(chǎn)品設(shè)計(jì)緊湊，可用于空間有限的場合；④模塊化結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)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(diǎn)，本雙小車橋式起重機(jī)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(diǎn)：

①用于連接多達(dá)三個(gè)絕對(duì)值編碼器(SSI)的輸入以及2個(gè)用于凍結(jié)編碼器數(shù)值的數(shù)字輸入；②允許在運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中對(duì)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(shí)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(duì)值編碼器（SSI）；⑦支持的數(shù)據(jù)格式為格雷碼或二進(jìn)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(dòng)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制碼。

其中，兩路SSI絕對(duì)值編碼器信號(hào)直接進(jìn)入西門子SM338模塊的通道一和通道二，由用戶進(jìn)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(jì)流程

本雙小車橋式起重機(jī)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(bào)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(shí)間的設(shè)計(jì)、調(diào)試，我單位自主設(shè)計(jì)的雙小車橋式起重機(jī)實(shí)時(shí)糾偏系統(tǒng)已成功的運(yùn)用在老撾南歐江五級(jí)水電站主廠房175t+175t/10t橋機(jī)上。經(jīng)現(xiàn)場測試，雙小車橋式起重機(jī)在雙鉤抬吊過程中，糾偏準(zhǔn)確、平穩(wěn)、實(shí)用，保證了發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子的順利安裝，受到業(yè)主的一致好評(píng)。