開啟橋智能控制系統及其關鍵技術

余巍

摘要：本文介紹一種采用雙葉豎轉式結構形式的開啟橋舊橋電氣系統改造，分析了開啟橋的結構特點，介紹了電氣系統包括控制系統、驅動系統、視頻監控系統的組成，并提出了雙葉豎轉式開啟橋在同步控制、角度和速度控制等方面的關鍵技術，通過改造降低了開啟時噪音，提高了開閉速度，降低了系統的故障和維修率，確保開啟橋的安全穩定運行。

關鍵詞：雙葉豎轉式 電氣系統 同步控制 速度控制

中圖分類號：TM921 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）12-0015-01

1 概述

現代開啟橋的設計不僅是為滿足陸地和水運兩方面的通行需求，而且也是作為一種地方性的建筑景觀。岐江開啟橋位于中山市區橫跨岐江水道，東接孫文西路與長堤路平交，西與西堤路平交，建于上世紀七十年代末期，為能便利船舶通航和車輛通行，該橋通過改造采用鋼桁結構、開啟形式仍采用原來雙葉豎轉式。

2 機構組成

開啟橋機構主要由設在兩個塔樓內的二臺卷揚提升機構、鋼橋桁架、滑輪機構、鎖定機構以及電氣系統組成。通過卷揚機收放鋼絲繩，帶動動滑輪使活動橋繞其固定軸旋轉，來實現整橋的開啟和合攏。

當開啟橋合攏到位時，通過鎖定機構鎖定，保證活動橋在正常使用時的安全和平穩。鎖定機構包括拱接點裝配及拱座裝配兩部分。當開啟橋的活動橋合攏到位后，拱接點裝配及拱座裝配的配對凹凸半圓組自動定心，使兩半活動橋構成一個穩定承載結構。（如圖1）

3 電氣系統

開啟橋電氣系統主要由控制系統、驅動系統、視頻監控以及安全保護等組成。

3.1 控制系統

控制系統采用AB公司的1769系列可編程控制器PLC作為系統的控制核心，PLC具備強大的數據處理能力和通訊功能。系統采15寸觸摸屏作為監控系統，具有良好的可視性和操作性，用于實現開啟橋狀態顯示、參數設置、故障檢測等功能。

3.2 驅動系統

采用變頻驅動，選用AB公司PowerFlex755變頻器，通過電機上帶有的速度傳感器實現高性能矢量控制。變頻器與PLC之間通過的DeviceNet通訊，實現電機的無極調速，并將電機的轉速、電流、電壓、報警等信息傳遞給PLC進行數據處理和顯示。

3.3 視頻監控系統

開啟橋兩岸各設有三臺高清攝像頭，并帶有夜視功能和自動變焦攝功能，。操控臺設有硬盤錄像機和控制鍵盤，視頻記錄周期時間為15天。操作室內設一臺19〃彩色液晶監視器，畫面可分割切換。攝像頭分別用于卷揚機房監測，路面狀況監測以及水面狀況監測，擴大操作人員的視野，方便安全操作運行（如圖2）。

4 關鍵技術

4.1 同步控制技術

由于開啟橋采用凹凸半圓式鎖定機構，要求在打開或關閉的過程中兩個橋片同步運行，旋轉角度精度≤0.5°。其同步控制采用速度同步和位置同步兩種方式：

速度同步通過速度編碼器反饋電機速度信號給變頻器，變頻器通過內部處理，實現給定速度與實際速度一致（如圖3）。

位置同步先建立開啟橋運行虛擬主軸，兩個橋片運行角度和速度跟隨虛擬主軸運行，出現偏差實時修正，確保同步精度。

4.2 角度控制

開啟橋的繞固定軸運行，其開啟角度決定了開啟的程度。開啟橋運行過程中的變量只有角度和鋼絲繩的長度，兩者之間成函數關系，通過安裝在卷揚機上的絕對值編碼器對鋼絲繩的長度進行計算，其公式如下：

第一步計算鋼絲繩長度：

L1-----鋼絲繩長度；

n1-----第一層鋼絲繩圈數；

n2-----第二層鋼絲繩圈數；

n3-----第三層鋼絲繩圈數；

m1-----鋼絲繩到2層時為1；

m2-----鋼絲繩到第三層時為1；

r-----卷筒直徑；

-----多層直徑修正值。

第二步計算角度：

B----開啟角度；

L2----橋吊點支回轉中心距離；

L3----滑輪中心至回轉中心距離；

L4----鋼絲繩長度與滑輪組倍率比；

4.3 速度控制

開啟橋運行過程中其重心與回轉中心的距離將發生變化，為提高開啟橋的運行效率，設定開啟橋的運行速度曲線，當距離遠時速度降低，當距離近時提高運行速度。

5 結語

目前，岐江開啟橋的改造工作已經完成，通過現代電氣控制技術改造，不僅降低了開啟時噪音，提高了開閉速度，并且大大降低了系統的故障和維修率，確保了開啟橋的安全穩定運行。

參考文獻

[1]欒昌信.天津濱海雙葉立轉式開啟橋施工關鍵技術[J].建筑機械，2012（9）：838-890.

[2]肖亮亮，李曉明，毛曉靖.基于虛軸法控制的多軸同步運動系統分析[J].電氣自動化，2009（6）：5-7.