大跨度龍門式起重機糾偏系統研究

【摘 要】隨著機械制造業的不斷發展，大跨距龍門式起重機應用場合增多，對安全性的要求也不斷提高。剛性腿與柔性腿行走同步是影響起重機安全性能的一個重要因素，如果不加以控制，造成兩側支腿偏差過大，繼而造成龍門吊扭曲，輕則發生肯軌現象，重則引發安全事故，造成經濟損失和人身傷亡。本文是分析偏差產生原因和解決措施，經過實踐應用得出的一些觀點和解決方法。

【關鍵詞】門式起重機；PLC；變頻器；糾偏

在大跨距門機的實際使用中受到很多因素的影響，導致剛性腿與柔性腿之間行走速度的不能完全同步，如大車軌道高低不平，大車行走輪直徑的偏差，減速機的機械偏差 ，電機轉速偏差，大車行走機構承受的載荷存在差異等。在因此產生的偏差達到設計規定值時 ，起重機就應自動減速糾偏，；如果偏差在一定延時時間內無法調整到正常值內，控制系統自動要斷開大車運行控制回路，使起重機自動停車。這時，就要依靠操作員根據偏差指示儀進行手動糾偏。

１．常用的自動糾偏的方法

要實現大跨度門機的自動糾偏，首先要分析并找出偏差產生的原因，然后采取相應的糾偏措施。常用的方法如下所示：

1.1通常的方法，是在兩側支腿各安裝一個行走隨動輪，通過編碼器測量隨動輪轉動產生的脈沖信號，并將信號輸入到PLC ，計算出兩側的行走速度或行走距離，進行糾偏處理。

1.2對于變頻控制的系統，可以采用變頻器的同步功能進行糾偏控制。首先通過編碼器采集剛性腿與柔性腿的脈沖信號，然后將脈沖信號輸入到對應側的變頻器編碼器卡，變頻器之間通過通訊的方式進行信號處理，控制各自的輸出頻率，達到糾偏目的。

1.3可以通過比較主梁與柔性腿的夾角大小的方法進行糾偏。這可以在柔性鉸接處安裝角位移傳感器，當測量角度大于或小于90度，輸出控制信號進行糾偏。

1.4在剛性腿側和柔性腿側安裝光束傳感器或各類型感應傳感器，側量兩側行走的距離，將采集信號輸入PLC，經程序處理輸出控制信號進行糾偏。

通過以上方法我們不難看到，電氣自動糾偏的原理大概一致，即通過編碼器或傳感器測量剛性退與柔性腿兩側的行走距離或行走速度，將信號反饋到處理器，通過比較測量值間的偏差進行補償，都是采取閉環的控制方法。

2.大車電氣控制和自動糾偏系統應用

2.1方案配置

本方案采用剛、柔腿側的電動機分別用兩個安川H1000變頻器同時驅動，采用上述第一種方法進行自動糾偏控制，變頻器的調速范圍為0～50HZ。具體系統配置如下：

1)控制方式為聯動臺主令控制，各機構4檔控制。

2)大車行走機構采用多轉速給定，1～4速的對應頻率分別設定為5HZ、15HZ、35HZ、50HZ。

3)將剛、柔腿側編碼器的脈沖信號反饋到PLC或變頻器進行閉環控制。

4)電氣系統設有錯相和缺相保護，過壓失壓保護、零位保護、電動機過載保護、制動單元過熱保護、門限位開關、大小車限位，線路過載、短路、斷路保護等。

5)控制系統具有抗干擾能力，對電磁波輻射、電網電壓瞬間波動、無線電波、電源高次諧波都有屏蔽過濾功能，控制系統在電網電壓波動10%時仍能正常工作。

6)剛性腿側與柔性腿側各2個4KW的大車電動機，采用2個安川H1000系列11KW變頻器，內置制動單元，兩套1800w/40Ω制動電阻。

2.2電氣自動糾偏原理

基本程序編制和參數設定方法是通過計算編碼器脈沖數計算剛、柔腿側大車隨動輪實際運行的距離偏差 。當偏差達到設計規定值時，運行較快的一側減速運行，以達到糾偏效果。具體的工作過程如下圖所示：

K06、K07為大車左行與右行的運行輸入信號，分別輸入到PLC的X06、X07端口，當運行信號輸入后，內部計數器開始計數，此時門機開始行走，編碼器A發出的脈沖信號通過X00、X01端子輸入到PLC，編碼器B發出的脈沖信號通過X03、X04端子輸入到PLC，兩組脈沖信號通過內部計數器進行比較，數值大的一側速度較快，對相應的驅動設備進行控制，使其速度降低(一檔不糾偏，二檔以上速度運行時糾偏系統起作用)，當速度恢復到合理的數值范圍內，重新快速運行，從而實現自動糾偏控制。

自動糾偏的方法是快了就減速的方法——如起重機在運行過程中，剛性腿側較快時，經過PLC程序處理，PLC輸出繼電器KQ0動作，使繼電器K13失電，從而使K02繼電器失電，剛性腿變頻器停止輸出，柔性腿側的2個電動機則立即進行減速慣性停止（電磁制動器仍然打開），此時，柔性腿變頻器以一檔速度低速驅動輸出。當兩側距離回到允許偏差距離內時，KQ0繼電器重新得電，使柔性、剛性腿側電動機又同時以相同的轉速穩定運行。

如起重機在運行過程中，柔性腿側較快時，經過PLC內部程序處理，PLC輸出繼電器KQ1動作，使繼電器K14失電，從而使K22繼電器失電，柔性腿變頻器停止輸出，柔性腿側的2個電動機則立即進行減速慣性停止（電磁制動器仍然打開），此時，剛性腿變頻器以一檔速度低速驅動輸出。當兩側距離回到允許偏差距離內時，KQ1繼電器重新得電，使柔性、剛性腿側電動機又同時以相同的轉速穩定運行。

考慮到糾偏過程的安全性和穩定性，糾偏時設備驅動側以最低速運行。如圖所示，無論K13或K14繼電器失電，行走二速和行走三速信號均斷開。同時KQ2繼電器輸出，控制報警裝置發出報警信號。

2.3人工糾偏原理

當門機兩側的偏差超過一定范圍（可根據設備工況設置），KQ0、KQ1、KQ2繼電器同時輸出，此時依靠SB轉換開關進行人工糾偏。如下圖所示，當SB左打時，K02和K03繼電器得電，同時制動器接觸器K07得電，制動器打開，此時配合主令左行或右行，可控制剛性腿側移動；當SB右打時，K22和K23繼電器得電，同時制動器接觸器K07得電，制動器打開，此時配合主令左行或右行，可控制柔性腿側移動。糾偏過程中報警裝置一直發出報警信號，知道偏差回到允許范圍內，報警聲停止，糾偏結束。在這里，出于安全性考慮，SB轉換開關為自復位轉換開關，糾偏操作時操作人員要一直用力，否則糾偏操作無法進行。

2.4性能特點

該套方案結構簡單、經濟性好、易于實施、方便安裝和檢修。但在一些方面需要注意：

首先，如果編碼器選用增量型編碼器，設備長時間斷電后，編碼器的數據將清零，就無法檢測到起重機的偏斜量或行走位置，就需要對起重機進行零點的校對，降低工作效率。為了解決這個問題，可以預先在軌道的兩端和中間位置設置錨定點，并做校驗點使用，長時間斷電停車時，可以停在就近的錨定點位置，方便下次設備工作時編碼器從“0”開始計數；另外，還可以用絕對值型編碼器替代增量型變編碼器，使設備成本稍微提高。

上述糾偏控制系統的主要信號源是編碼器脈沖計數，因此保證編碼器信號的準確性是糾偏系統正常運行的關鍵。如果出現隨動輪空轉或打滑，就會導致錯誤的糾偏狀態，存在安全隱患。 [科]

【參考文獻】

［１］GB/T3811-2008，起重機設計規范．

［２］安川變頻器H1000快速使用指南．

［３］趙國慶.大跨度龍門起重機的電氣自動糾偏系統.起重運輸機械.2006（5）．