12000T浮式起重機電控系統

王建云　薛康

摘要：本文介紹了電控系統技術在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，總線技術的使用，以及各種電器設備系統的整合使用，以及介紹各個機構的運行工況。

關鍵詞：大型浮式起重機；電控系統

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必然要滿足這一市場要求，對電控系統開發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.技術內容

該項目是典型的機電液一體化系統，結構復雜，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，直流母排側連接43個驅動器，可靠的實現各機構資源共享，實現一套供電及驅動系統出現故障情況能不影響現場作業。

1.1驅動系統組態

起重機驅動系統分為兩組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，所有機構的43臺驅動器平均分成兩組分別掛在兩組直流母排上，每個驅動器拖動一臺電機，實現資源共享，節約成本。

1.2PLC系統配置

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，滿足高穩定性的要求，在機械控制、檢測控制的融合領域實現開放化，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同富士的驅動器一樣也已應用于我們公司的各種產品上，如浮式起重機、岸橋、場橋、卸船機等各種機型，產品穩定可靠。在多年的使用中，得到了國內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，形成樹型結構，每條總線上發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。

系統中T-LINK總線1連接驅動器房PLC模塊，采集起重機設備上各個機構的制動器釋放限位的數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，交換數據。

在起升機構卷筒側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，保證起升機構的安全有效運行。

1.3驅動系統應急工作模式

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

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

1.4恒功率控制

富士系統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動器計算，可能會出現兩個驅動器限制速度的計算結果不同，會導致主鉤在基速以上運行不同步，造成主鉤傾斜，影響現場作業。所以我們在PLC程序中讀取兩個驅動器的限制速度計算結果，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動器，使兩個驅動器能保證相同的運行速度，從而讓主鉤能平穩運行，正常作業。

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，或者機械結構間隙，會導致主鉤兩根鋼絲繩在運行時產生位置差，長期運行產生累計誤差，在機構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，計算得出需要的調整速度的值，增加到主鉤變頻器2的速度給定中，來調節主鉤卷筒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。可以延長鋼絲繩使用壽命，減少用戶維護成本。

2.應用情況

12000T浮吊電控系統使用振華組裝系統，較大程度上節省了生產成本，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。