大橋建設(shè)規(guī)模宏大，技術(shù)含量高，設(shè)計(jì)施工采用了多項(xiàng)新技術(shù)和新工藝，如主梁首次采用了三主桁板桁結(jié)合鋼桁梁。針對(duì)建橋的新技術(shù)和新工藝，研制了一批建橋裝備用于大橋建設(shè)，這批設(shè)備的電氣控制方面也運(yùn)用了多項(xiàng)新技術(shù)，本文就該橋使用的120t桅桿起重機(jī)的電氣系統(tǒng)作一介紹。
1、鋼梁架設(shè)方案
鋼桁架設(shè)常規(guī)做法為逐根桿件安裝，但武漢天興洲長江大橋工期非常緊，采用桿件安裝的方法，橋上工作量大，質(zhì)量保證措施復(fù)雜。為減少橋上工作量、縮短工期。采用整節(jié)段加局部散拼裝方案。全橋共78個(gè)節(jié)段，其中整節(jié)段吊裝為52段，其余節(jié)段散拼。
受空間及起重能力的限制，墩頂起步節(jié)間鋼梁架設(shè)無法使用整節(jié)段提升架設(shè)，只能采用桿件散拼辦法。施工方案采用水上120t桅桿起重機(jī)在墩旁支架上逐根逐節(jié)拼裝，輔以縱移措施完成墩頂4個(gè)節(jié)間鋼梁的安裝。墩頂4個(gè)節(jié)間安裝完成后，再利用120t桅桿起重機(jī)拼裝2臺(tái)700t架梁起重機(jī)，后續(xù)節(jié)段用該機(jī)直接從運(yùn)輸船上整節(jié)段提升安裝。
2、120t桅桿吊電氣系統(tǒng)
2.1電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
該機(jī)的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的主起升系統(tǒng)、變幅系統(tǒng)和回轉(zhuǎn)系統(tǒng)均采用變頻驅(qū)動(dòng)方式，選用日本安川系列變頻器。電氣系統(tǒng)框圖如圖1所示。
(1)主起升機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)。
主起升機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)采用了1臺(tái)YZPF280M-6型變頻電機(jī)，功率為75kW，由1臺(tái)變頻器控制。變頻器選用日本安川公司G7系列CIMR-G7A4110型，其速度初步設(shè)定為20%、50%和100%的額定速度(可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況凋整速度)。
(2)變幅系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。
變幅機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)采用了1臺(tái)YZPF280M-6型變頻電機(jī)，功率為75kw，由1臺(tái)變頻器控制。因主起升機(jī)構(gòu)的電機(jī)與變幅機(jī)構(gòu)的電機(jī)型號(hào)相同，且主起升機(jī)構(gòu)和變幅機(jī)構(gòu)不需要同時(shí)動(dòng)作，故采用與主起升機(jī)構(gòu)共用1臺(tái)變頻器的方式，變幅機(jī)構(gòu)電機(jī)設(shè)為第二電機(jī)參數(shù)。
(3)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)。
回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)采用了2臺(tái)YZPF200L1-4型變頻電機(jī)，功率為30kW，由1臺(tái)變頻器來控制。變頻器選用日本安川公司F7系列CIMR-F7B4075型，其速度初步設(shè)定為20%、50%和100%的額定速度(可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)整速度)。
2.2電氣控制系統(tǒng)
系統(tǒng)的控制部分采用西門子S7-200系列可編程控制器來實(shí)現(xiàn)，替代傳統(tǒng)的繼電器控制，具有控制先進(jìn)、可靠性高、編程和修改方便等特點(diǎn)。PLC是整個(gè)凋速系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)所有的輸人、輸出控制點(diǎn)和運(yùn)算的控制，同時(shí)PLC具備強(qiáng)人的故障診斷和判斷功能，能夠準(zhǔn)確可靠地監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行，并負(fù)責(zé)與人機(jī)界面的通訊。
該機(jī)PLC的中央處理單元型號(hào)為CPU224，另有1臺(tái)數(shù)字量16輸/16輸出擴(kuò)展模塊，型號(hào)為EM223，1臺(tái)數(shù)字量8輸入擴(kuò)展模塊，型號(hào)為EM221。PLC的輸入控制點(diǎn)輸入電壓為DC24V，輸入信號(hào)包括：主令控制器信號(hào)、各變頻器故障及制動(dòng)信號(hào)、各限位開關(guān)信號(hào)、安全信號(hào)(如超載信號(hào)和大風(fēng)報(bào)警信號(hào))。PLC的輸出控制點(diǎn)輸出電壓為AC220V，輸出信號(hào)包括：變頻器控制端子信號(hào)、各制動(dòng)信號(hào)、報(bào)警信號(hào)。
3、變頻器在各系統(tǒng)中的應(yīng)用
3.1變頻器在主起升/變幅系統(tǒng)中的應(yīng)用
(1)變頻器的選用。
變頻器應(yīng)滿足起升系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)，即具有高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、低速滿轉(zhuǎn)矩、快速的轉(zhuǎn)矩上升時(shí)間和制動(dòng)順序控制等功能的高性能工程型變頻器，并且?guī)в嗅槍?duì)起升機(jī)構(gòu)的起重控制板。起升系統(tǒng)的慣量較小，負(fù)載變化較人，屬于位能性負(fù)載。為了獲得快速的動(dòng)態(tài)響直，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)矩的快速凋節(jié)，獲得理想的動(dòng)態(tài)性能，故采用矢量控制方式。因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)不需要較大的調(diào)速比，所以選用矢量開環(huán)控制方式。
(2)變頻器控制。
采用端子控制方式。PLC的輸出指令通過中間繼電器傳遞給變頻器的外部控制端子，通過外部端子閉合的組合，控制變頻器輸出的頻率和電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。變頻器接線電路如圖2所示。
如圖2所示，主起升電機(jī)和變幅電機(jī)共用1臺(tái)變頻器，平時(shí)交流接觸器KM11處于閉合狀態(tài)，KM12處于斷開狀態(tài)，主起升電機(jī)接人變頻器；當(dāng)變幅機(jī)構(gòu)工作時(shí)，首先KM12閉合、KM11斷開，此時(shí)變幅電動(dòng)機(jī)接人變頻器，同時(shí)，變頻器外部端子S10和SC閉合，給變頻器第二電機(jī)參數(shù)信號(hào)，變頻器按第二電機(jī)參數(shù)工作。
中間繼電器K1閉合時(shí)。為起升/減幅工作，K2閉合時(shí)，為下降/增幅工作；K1閉合而K2斷開時(shí)，為1擋速度，K1斷開而K2閉合時(shí)，為2擋速度，K1和K2同時(shí)閉合時(shí)，為3擋速度。因該變頻器是專門針對(duì)起升機(jī)構(gòu)的，所以對(duì)制動(dòng)時(shí)序要求很嚴(yán)，需要外部給予制動(dòng)的確認(rèn)信號(hào)，這個(gè)信號(hào)由電機(jī)所帶制動(dòng)器的控制接觸器輔助觸點(diǎn)來提供，當(dāng)控制制動(dòng)器的接觸器閉合時(shí)，S5和SC導(dǎo)通，即為制動(dòng)確認(rèn)信號(hào)。
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