12000T浮式起重机电控系统
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摘要：本文介绍了电控系统技术在12000t浮吊上的应用，包括可编程控制器plc和矢量控制变频器的使用，总线技术的使用，以及各种电器设备系统的整合使用，以及介绍各个机构的运行工况。
立项背景
海洋深处蕴藏的油气资源储量约占地球总量的70%，在实施海洋油气勘探与采集过程中需要大型浮式起重机来承担大量的海洋平台吊装或坼装工作，海洋重大工程-海底铺管、海洋油气田钻井平台安装或坼装等工程不可或缺的重型装备，将直接影响着一个国家对海洋资源和事务的驾驭能力。
不仅如此，大型浮式起重机在港口建设、水下救捞、船工程、桥梁建设中均获得广泛应用，大型浮式起重机是以起重船体作为载体的一种起重机械；
由于浮式起重机载荷大小决定着平台的能力，目前世界上最大的浮式起重机吊载能力只有8000T，决定着平台最大的重量；随着对能源要求越来越严重，对特大型浮式起重机要求越来越强烈，作为其核心的电控系统必然要满足这一市场要求，对电控系统开发及改进提出更高要求，本项目提出一种改进方案并在实际中得到很好的应用。
1.技术内容
该项目是典型的机电液一体化系统，结构复杂，机型庞大，控制难度大。我们采用一种新型的控制方法，利用移相整流变压器加二极管整流， 通过直流母排形式将直流电源分配给每个驱动设备， 这样既满足船体配电对谐波小于5%的严格要求，又有效降的控制成本，直流母排侧连接43个驱动器，可靠的实现各机构资源共享，实现一套供电及驱动系统出现故障情况能不影响现场作业。
1.1驱动系统组态
起重机驱动系统分为两组Group A和Group B，每组分别由一台移向变压器（11KV/690V、4500kVA/（2250+2250）kVA、3P，60Hz）和两台二极管全波整流单元（REC 2000A/690V）组成提供直流电源，所有机构的43台驱动器平均分成两组分别挂在两组直流母排上，每个驱动器拖动一台电机，实现资源共享，节约成本。
1.2PLC系统配置
PLC也是采用日本富士的MICREX-SX SPH300系列的高性能模块。该系列PLC提供高速度、高标准化的机械控制，满足高稳定性的要求，在机械控制、检测控制的融合领域实现开放化，是满足各种需求的多功能控制器。PLC本身集成SX-BUS系统总线，该总线短距离本地通讯可提供高速度的通讯，也可以通过安装T-LINK、ProfiBUS等总线扩展模块，连接外部设备。该系列PLC同富士的驱动器一样也已应用于我们公司的各种产品上，如浮式起重机、岸桥、场桥、卸船机等各种机型，产品稳定可靠。在多年的使用中，得到了国内外客户的高度认可和满意。
PLC主站上使用的CPU为NP1PS-117R。由于起重机上的远程扩展站点数量多、通讯距离长，我们使用T-LINK总线扩展模块，用多条富士的T-LINK系统总线与主站连接，每条总线都有多个远程站点链接，形成树型结构，每条总线上发生的故障不影响其他总线上设备的运行，又在成本上得以控制。
系统中T-LINK总线1连接驱动器房PLC模块，采集起重机设备上各个机构的制动器释放限位的数字量信号或温度传感器的模拟量信号等。
T-LINK总线3连接顶升站模块，顶升站是带的独立的CPU（NP1PS-32R），与起重机主站PLC通过T-LINK通讯，交换数据。
在起升机构卷筒侧安装两个绝对位置编码器，并通过ProfiBUS总线连接，使用两个绝对位置编码器起到冗余作用，保证起升机构的安全有效运行。
1.3驱动系统应急工作模式
浮吊起重吨位大，几个主机构（如主钩、变幅、副钩）都由多个卷筒同时驱动，如果一个机构的一个卷筒电机驱动部分发生故障不能运行，或者更严重的是两组驱动系统中的某一组电源发生故障而不能通电，这些情况都会影响这些机构的正常运行，给用户作业带来麻烦，在经济上会产生很大的损失。这使得我们不得不考虑这些机构的应急运行模式，使在以上故障发生的情况下也能应急作业，待故障处理结束后恢复正常作业。
正常作业时左右侧卷筒的电机分别由AB组的驱动器同时驱动，如果一侧卷筒的某个电机故障或者驱动部分发生故障，我们可以切换到单个电机运行模式，使卷筒还能正常运转，2号主钩能降容使用，不至于影响作业。
1.4恒功率控制
富士系统的恒功率控制在岸桥、场桥等机型上已得到成熟应用。而在浮吊上，例如主钩由两个卷筒带动，两个卷筒可单独运行，为柔性连接。主钩起升的恒功率通过变频器计算，两个卷筒恒功率分别由两个驱动器计算，可能会出现两个驱动器限制速度的计算结果不同，会导致主钩在基速以上运行不同步，造成主钩倾斜，影响现场作业。所以我们在PLC程序中读取两个驱动器的限制速度计算结果，比较这两个值，取较小的一个值来限制运行速度较大的一个驱动器，使两个驱动器能保证相同的运行速度，从而让主钩能平稳运行，正常作业。
1.5位置同步补偿
在保证主钩速度同步的情况下并不能完全保证主钩一直能在水平状态下运行，两个卷筒上的电机因为制动器打开先后，或者机械结构间隙，会导致主钩两根钢丝绳在运行时产生位置差，长期运行产生累计误差，在机构运行一段时间后不得不人工矫正主钩两根钢丝绳上的位置差，这样费时又费力。所以引入位置差补偿值，
以主钩变频器1为主，去主钩卷筒1和主钩卷筒2的位置差，计算得出需要的调整速度的值，增加到主钩变频器2的速度给定中，来调节主钩卷筒2的位置，使主钩卷筒2始终跟随卷筒1来运行，达到主钩位置水平的目的。
同样的方法也应用在副钩、变幅中。可以延长钢丝绳使用寿命，减少用户维护成本。
2.应用情况
12000T浮吊电控系统使用振华组装系统，较大程度上节省了生产成本，在控制上同样能达到高性能、高精度。达到了浮式起重机的高安全性、高稳定性及高可靠性。
参考文献：
[1]廖常初.PLC基础及应用.机械工业出版社.2003
[2]FRENIC 5000VG7S USER’S MANUAL.
作者简介：
王建云（1981-），男，大专，上海振华重工集团股份有限公司，电气工程师。
薛康（1982-），男，大专，上海振华重工集团股份有限公司，电气工程师。