摘要：本文以廣西南寧大橋施工中所采用的4×100t纜索起重機(jī)為例，重點(diǎn)介紹PLC電氣集中控制、纜索索力過程監(jiān)測、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控等關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，為提高纜索式起重機(jī)規(guī)范化、自動化設(shè)計(jì)與施工提供參考。
　　關(guān)鍵詞：纜索式起重機(jī)，集中控制，自動化管理
　　1.前言
　　纜索式起重機(jī)是拱橋無支架施工中的常用設(shè)備和大型臨時設(shè)施，一般起吊重量在5～80噸范圍，塔頂索鞍采用固定或小距離橫移式，起重、牽引等動力卷揚(yáng)機(jī)數(shù)量少，以人工單機(jī)操作為主。
　　南寧大橋主橋設(shè)計(jì)為300m跨徑的曲線鋼箱梁、非對稱外傾式鋼箱拱結(jié)構(gòu)，上部拱梁結(jié)構(gòu)采用大節(jié)段預(yù)制，無支架纜索吊裝工藝。纜索吊機(jī)布置4組，單組凈起吊能力為110t，總吊重440t。塔頂索鞍橫向移動范圍達(dá)2×40m,臨時索塔為“吊扣合一”的組合式鋼結(jié)構(gòu)。起重、牽引卷揚(yáng)機(jī)共32臺,節(jié)段吊裝過程中，需要同時啟動8臺起重卷揚(yáng)機(jī)或8臺牽引卷揚(yáng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)單機(jī)微動或多機(jī)聯(lián)動，吊裝工況異常復(fù)雜。如何保證纜索吊裝安全，實(shí)現(xiàn)多機(jī)操作同步性、系統(tǒng)關(guān)鍵部位受力可控性成為關(guān)鍵。
　　通過對動力系統(tǒng)PLC控制技術(shù)、纜索索力過程監(jiān)測技術(shù)、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控等關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，順利實(shí)現(xiàn)了以上目標(biāo)。
　　2.動力系統(tǒng)PLC電氣集中控制技術(shù)
　　2.1PLC電氣集中控制原理
　　纜索起重機(jī)電氣控制為“綜合監(jiān)測（CMMS，人機(jī)界面）＋PLC＋ABB變頻傳動”組成的三級系統(tǒng)，三級之間的數(shù)據(jù)交換通過PROFIBUSDP總線通訊實(shí)現(xiàn)。
　　2.1.1綜合監(jiān)測系統(tǒng)（CMMS）
　　通過在電氣控制房工控機(jī)上安裝工業(yè)WINCC軟件以及卷揚(yáng)機(jī)調(diào)速裝置和PLC、其他檢測元件可構(gòu)成起重機(jī)的綜合監(jiān)測系統(tǒng)，其通過MPI口與PLC的CPU通訊獲取所需信息從而監(jiān)控整車的運(yùn)行狀態(tài)和故障信息，實(shí)現(xiàn)故障自診斷，便于起重機(jī)的日常維護(hù)和檢修。
　　2.1.2工業(yè)軟件－WINCC軟件
　　WINCC是WindowsContronCenter的縮寫，能高效控制自動化過程的過程可視化系統(tǒng)。WINCC可方便地與用戶程序組合在一起，建立人機(jī)界面，精確地滿足現(xiàn)場操作需要。PLC通過通訊直接讀取現(xiàn)場檢測元件及驅(qū)動系統(tǒng)內(nèi)部地信息，通過起重機(jī)中控室工控機(jī)可進(jìn)行多畫面操作，完成起重機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的圖形顯示、故障顯示、報(bào)警顯示、過程記錄等。
　　2.1.3ABB變頻器變頻調(diào)速
　　本纜索起重機(jī)各卷揚(yáng)機(jī)采用ABB變頻器變頻調(diào)速，從而實(shí)現(xiàn)鼠籠式異步電機(jī)的速度控制。驅(qū)動系統(tǒng)采用ABB公司ACS800-01系列變頻裝置，ABB整流/回饋單元通過公用直流母線與各機(jī)構(gòu)逆變器相連實(shí)現(xiàn)各機(jī)構(gòu)驅(qū)動電動機(jī)轉(zhuǎn)矩和速度的精確控制。
　　2.2PLC自動控制系統(tǒng)操作工況
　　纜索系統(tǒng)共布置A、B、C、D四組索道，每組索道在南北岸各布置了2臺JM-12.5起重卷揚(yáng)機(jī)（Q）和2臺JM10牽引卷揚(yáng)機(jī)(Y)。起重系統(tǒng)布置見圖1所示。
　　
　　外傾式拱肋采用兩組索道聯(lián)合，四吊點(diǎn)起吊，為完成拱肋吊裝及姿態(tài)調(diào)整，同時需控制8臺起重卷揚(yáng)機(jī)及8臺牽引卷揚(yáng)機(jī)運(yùn)行，需完成的工況如下：
　　1）單機(jī)構(gòu)運(yùn)行
　　2）多機(jī)構(gòu)聯(lián)動
　　3）多機(jī)構(gòu)微動
　　2.3PLC電氣集中控制系統(tǒng)布置
　　南岸和北岸分別由兩岸獨(dú)立的變電站供電，但系統(tǒng)控制采用單邊集中控制。電氣控制系統(tǒng)從變電站取電后，經(jīng)主機(jī)電纜，送入兩岸電源綜合保護(hù)柜。電源綜合保護(hù)柜內(nèi)主要由總斷路器、總接觸器、分路斷路器、繼電器及其他安全保護(hù)元器件組成。
　　現(xiàn)場設(shè)控制室，控制室內(nèi)由人機(jī)界面、上游控制臺、下游控制臺、計(jì)算機(jī)綜合管理系統(tǒng)（CMMS）,電視監(jiān)視系統(tǒng)和硬盤刻錄設(shè)備，PLC主控制柜組成，PLC主控制柜主要由PLC、中間繼電器、PLC供電電源等組成。主站PLC與從站PLC之間采用PROFIBUS－DP通訊，南岸與北岸之間PLC主站與從站之間由于距離遠(yuǎn)，因此采用光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，避免信號衰減和外界條件干擾。
　　集中控制系統(tǒng)布置見圖2，CMMS操作控制臺見圖3，動力卷揚(yáng)機(jī)系統(tǒng)布置見圖4，PLC變頻控制柜見圖5所示。
　　
　　圖2PLC電氣集中控制系統(tǒng)布置圖
　　
　　圖3CMMS控制臺
　　
　　圖4動力卷揚(yáng)機(jī)系統(tǒng)                                                        圖5PLC變頻控制柜
　　2.4系統(tǒng)功能
　　（1）同步控制：系統(tǒng)通過對卷揚(yáng)機(jī)變頻器的調(diào)節(jié)控制，使卷揚(yáng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到同步。
　　（2）集中控制：采用光纖通訊電纜,把兩岸控制系統(tǒng)連為一體，由操作室主站控制全部卷揚(yáng)機(jī)動力系統(tǒng)。
　　（3）單點(diǎn)或多點(diǎn)微動控制：系統(tǒng)通過對卷揚(yáng)機(jī)轉(zhuǎn)速變頻控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)連續(xù)、平穩(wěn)運(yùn)行和單點(diǎn)或多點(diǎn)微動控制，實(shí)現(xiàn)節(jié)段精確姿態(tài)調(diào)整和對位連接。
　　（4）故障響應(yīng)控制：在主電路中設(shè)置欠壓、過流及短路保護(hù)，出現(xiàn)故障自動報(bào)警并停止工作。
　　南寧大橋纜索起重機(jī)電氣集中控制系統(tǒng)利用PLC抗干擾能力強(qiáng)，適用于施工現(xiàn)場的特點(diǎn)，WinCC組態(tài)軟件的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理和圖形表現(xiàn)能力，實(shí)時性、可靠性高的PROFIBUS現(xiàn)場總線和以太網(wǎng)相結(jié)合的通信網(wǎng)絡(luò)，以及變頻器的調(diào)速性能；融合了先進(jìn)的自動化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)故障診斷技術(shù)和軟件技術(shù)，具有可靠性高、維護(hù)容易等特點(diǎn)。此系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的集中管理、自動控制和手動控制相結(jié)合、故障檢測等多方面的功能，為吊裝系統(tǒng)的連續(xù)、穩(wěn)定、安全運(yùn)行提供了保障。
　　3.超大噸位纜索起重機(jī)索力實(shí)時監(jiān)控技術(shù)
　　3.1主索磁通量法索力監(jiān)測技術(shù)
　　纜索起重機(jī)主索采用密封式鋼絲繩，一般通過矢高法測量邊跨及中跨主索垂度來分析判定索力，南寧大橋采用磁通量法對主索鋼絲繩的索力進(jìn)行測量，并與矢高法測量結(jié)果校核。磁通量傳感器結(jié)構(gòu)布置見圖6所示，它由激磁線圈和測量線圈兩層線圈
　　
　　圖6磁通量傳感器結(jié)構(gòu)簡圖
　　組成，中間為需測量索力的主索。
　　磁通量測試系統(tǒng)見圖7，主要由傳感器和配套磁彈儀組成。便攜式磁彈儀自身帶有操作平臺及LCD顯示器，能實(shí)現(xiàn)多通道測量，可直接操作讀數(shù)，也可通過儀器上的通訊接口與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連，實(shí)現(xiàn)自動數(shù)據(jù)采集或遠(yuǎn)程操控。
　　
　　圖7：磁通量測試系統(tǒng)圖
　　3.2起重索索力實(shí)時監(jiān)控技術(shù)
　　索力監(jiān)控系統(tǒng)由軸銷式傳感器、無線發(fā)射器、接線盒、蓄電池組及無線控制器構(gòu)成，系統(tǒng)組成見圖8，索力監(jiān)控系統(tǒng)安裝步驟如下：
　　1）將起重小車上掛橫梁中間滑輪的軸銷用同樣規(guī)格尺寸的軸銷傳感器代替，傳感器引出信號線至儀表保護(hù)箱。
　　2）通過無線發(fā)射器將傳感器信號傳送到地面無線接收器，再通過有線聯(lián)接將力值傳送到電氣集中控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)中。
　　3）由控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而對索力實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)測及控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集，當(dāng)索力超過預(yù)先設(shè)定的數(shù)值后，系統(tǒng)要發(fā)出報(bào)警信號，提醒操作人員對目前的吊裝狀態(tài)采取應(yīng)對措施，避免吊裝系統(tǒng)發(fā)生事故。

　　圖9起重索力監(jiān)測系統(tǒng)布置圖
　　3.3遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控技術(shù)
　　現(xiàn)場設(shè)計(jì)4個視頻監(jiān)控點(diǎn)，其中3個點(diǎn)采用模擬微波、無線傳輸圖像和無線控制快球；1點(diǎn)為模擬有線傳輸?shù)母咚偾颍�用于ADSL遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，發(fā)射端連接見圖10，接收端連接圖見11。對纜索起重機(jī)的關(guān)鍵部位和吊裝工況進(jìn)行全過程監(jiān)測。
　　
　　圖10前端-發(fā)射端連接圖圖11后端-接收端連接圖
　　四個監(jiān)控點(diǎn)拍攝到的視頻圖像，可通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸，在任何裝有DVP實(shí)時監(jiān)控軟件的電腦上，均可進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控操作，可全過程、多方位地對施工進(jìn)展情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，方便了獲取建筑工地施工現(xiàn)場的視頻圖像，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控功能，提高了管理效率，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對整個橋梁吊裝工作進(jìn)行監(jiān)控和管理，為鋼箱拱、鋼箱梁的吊裝施工提供了安全保障。
　　4．結(jié)語
　　通過PLC電氣集中控制技術(shù)和纜索索力過程監(jiān)測、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控技術(shù)的綜合應(yīng)用，不僅實(shí)現(xiàn)了動力卷揚(yáng)機(jī)群組的集中自動控制，達(dá)到了單機(jī)微動和多機(jī)聯(lián)動的同步性，同時，對提高纜索吊裝系統(tǒng)的操作安全性具有重要作用。