大跨度起重機(jī)行走機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)往往是采用兩側(cè)加裝主動(dòng)電動(dòng)機(jī)，通過(guò)一臺(tái)變頻器同時(shí)拖動(dòng)兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。電動(dòng)機(jī)廠家在電動(dòng)機(jī)制作過(guò)程中因制作工藝受限而不能保證各電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速完全一致。這樣就帶來(lái)了兩側(cè)行走機(jī)構(gòu)一側(cè)運(yùn)行快一側(cè)運(yùn)行慢的情況，起重機(jī)運(yùn)行會(huì)出現(xiàn)偏斜現(xiàn)象，即兩側(cè)產(chǎn)生速度差，使車(chē)輪在運(yùn)行過(guò)程中與軌道產(chǎn)生摩擦，加速輪緣的磨損。

當(dāng)速度差累積到一定程度便會(huì)出現(xiàn)車(chē)輪啃軌現(xiàn)象，輕者會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)車(chē)輪及行走軌道損壞或報(bào)廢，導(dǎo)致起重機(jī)不能正常運(yùn)行，更為嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)發(fā)生人身及機(jī)械安全事故。對(duì)此GB/T 3811-2008《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》也明文規(guī)定：跨度大于40m的門(mén)式起重機(jī)和裝卸橋應(yīng)裝設(shè)偏斜指示器或限制器。當(dāng)兩側(cè)支腿運(yùn)行不同步而發(fā)生偏斜時(shí)，能向司機(jī)指示偏斜情況，在達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定值時(shí)，還應(yīng)使運(yùn)行偏斜得到調(diào)整和糾正。

為了解決上述這一問(wèn)題，必須從兩側(cè)的速度控制入手，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)運(yùn)行的速度同步，消除兩側(cè)的速度差，抑制偏斜。本文就自動(dòng)糾偏控制系統(tǒng)的原理起始，列舉了幾種自動(dòng)糾偏控制系統(tǒng)，配合簡(jiǎn)圖詳細(xì)介紹了各控制系統(tǒng)的硬件組成及其實(shí)現(xiàn)方法。提供給起重機(jī)電氣研發(fā)（設(shè)計(jì)）人員及現(xiàn)場(chǎng)操作人員作為參考。

自動(dòng)糾偏系統(tǒng)的控制原理

下面以采用PLC控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)為例，來(lái)介紹自動(dòng)糾偏系統(tǒng)的控制原理。

自動(dòng)糾偏控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)是采用兩臺(tái)變頻器對(duì)起重機(jī)行走機(jī)構(gòu)兩側(cè)的電動(dòng)機(jī)分別加以驅(qū)動(dòng)，通過(guò)在行走機(jī)構(gòu)兩側(cè)增設(shè)的一些列檢測(cè)裝置，直接或間接檢測(cè)兩側(cè)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度或力矩，將兩側(cè)檢測(cè)裝置檢測(cè)的結(jié)果經(jīng)過(guò)PLC相應(yīng)的程序算法進(jìn)行比較運(yùn)算，分別控制各側(cè)的變頻器，對(duì)兩側(cè)的行走機(jī)構(gòu)運(yùn)行進(jìn)行速度補(bǔ)償控制，形成兩側(cè)的速度閉環(huán)控制。

當(dāng)兩側(cè)行走出現(xiàn)偏斜導(dǎo)致行走輪輪緣與軌道摩擦?xí)r，變頻器通過(guò)檢測(cè)的結(jié)果進(jìn)行速度的調(diào)節(jié)。通過(guò)速度控制，降低相對(duì)位置超前一側(cè)車(chē)輪的轉(zhuǎn)速，提高相對(duì)位置在后一側(cè)車(chē)輪的轉(zhuǎn)速，或者保持一側(cè)車(chē)輪的轉(zhuǎn)速不變，提高或降低另一側(cè)車(chē)輪的轉(zhuǎn)速，使兩側(cè)車(chē)輪的行程差始終在允許的范圍內(nèi)。這樣就可以有效的防止啃軌現(xiàn)象的發(fā)生。實(shí)現(xiàn)兩側(cè)行走機(jī)構(gòu)的同步運(yùn)行，達(dá)到自動(dòng)糾偏控制的目的。

自動(dòng)糾偏控制系統(tǒng)方案

1 雙側(cè)行走梁自由輪編碼器方案

1）硬件組成及安裝簡(jiǎn)圖

此方案的硬件組成主要包括：兩臺(tái)變頻器、一臺(tái)PLC、兩只增量型編碼器、兩臺(tái)自由輪、總線通訊組件、兩只清零/復(fù)位傳感器、對(duì)位點(diǎn)若干等。

安裝簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1雙側(cè)行走梁自由輪編碼器方案簡(jiǎn)圖。

圖1 雙側(cè)行走梁自由輪編碼器方案簡(jiǎn)圖

2）控制方法

下面結(jié)合圖1雙側(cè)行走梁自由輪加裝編碼器方案簡(jiǎn)圖對(duì)控制方法加以說(shuō)明。

在雙側(cè)行走梁上分別加裝自由輪、增量型旋轉(zhuǎn)編碼器、清零/復(fù)位開(kāi)關(guān)等。用PLC控制兩側(cè)的變頻器，兩側(cè)電動(dòng)機(jī)通過(guò)安裝在自由輪上的編碼器與變頻器組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，兩側(cè)編碼器分別檢測(cè)各側(cè)行走電機(jī)的運(yùn)行速度，并將此速度值反饋至各自變頻器。同時(shí)，PLC通過(guò)總線系統(tǒng)檢測(cè)兩側(cè)變頻器的反饋的力矩，經(jīng)過(guò)程序的比較運(yùn)算過(guò)程，將力矩值折算成速度設(shè)定值，動(dòng)態(tài)控制變頻器力矩輸出，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)糾偏控制。

其基本控制流程見(jiàn)圖2兩側(cè)編碼器方案控制流程圖。

圖2 雙側(cè)編碼器方案控制流程圖

這里有兩點(diǎn)注意問(wèn)題：

一是自由輪不能出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，可以加裝配重、彈簧頂緊等措施，保證其與軌道面接觸良好。不能用從動(dòng)輪代替自由輪，更不能以電機(jī)主動(dòng)輪作為自由輪，否則編碼器檢測(cè)值不準(zhǔn)確。

二是由于起重機(jī)行走運(yùn)行一段時(shí)間后，編碼器檢測(cè)到的位置信號(hào)可能會(huì)產(chǎn)生較大的累積誤差，對(duì)此，系統(tǒng)配置時(shí)在兩側(cè)行走梁上分別設(shè)置了一只清零/復(fù)位傳感器，配合一組或幾組對(duì)位點(diǎn)，用于消除累積誤差，確保系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。清零/復(fù)位傳感器盡量不要使用光電開(kāi)關(guān)等受外界干擾產(chǎn)生誤動(dòng)作的傳感器。

3）方案的優(yōu)缺點(diǎn)

采用兩側(cè)行走梁自由輪加裝編碼器是一種實(shí)際應(yīng)用中較常用的解決糾偏的方案，其控制性能穩(wěn)定，配置簡(jiǎn)單。但不能檢測(cè)到兩側(cè)的行走梁同時(shí)偏斜所導(dǎo)致的整臺(tái)起重機(jī)偏斜（即俗稱(chēng)的橫移）。

2 單側(cè)模擬量（間隙）傳感器方案

1）硬件組成及安裝簡(jiǎn)圖

這一方案的硬件組成主要包括：兩臺(tái)變頻器、一臺(tái)PLC、兩只模擬量間隙傳感器、總線通訊組件等。

安裝簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖3單側(cè)模擬量（間隙）傳感器方案簡(jiǎn)圖。

圖3 單側(cè)模擬量（間隙）傳感器方案簡(jiǎn)圖

2）控制方法

結(jié)合圖3可以看出，在單側(cè)行走梁接近首尾兩端位置分別加裝一個(gè)模擬量傳感器，這兩個(gè)模擬量接近傳感器用來(lái)測(cè)量端梁相應(yīng)側(cè)與軌道之間的間隙，通過(guò)檢測(cè)到的間隙大小信號(hào)傳遞至PLC，通過(guò)PLC內(nèi)部一系列的運(yùn)算來(lái)判斷起重機(jī)的偏斜及橫移狀態(tài)，以改變變頻器的輸出速度，校正運(yùn)行姿態(tài)。實(shí)現(xiàn)糾偏與校正橫移的自動(dòng)控制。

3）方案的優(yōu)缺點(diǎn)

采用此方案，即可檢測(cè)偏斜，又可以檢測(cè)整臺(tái)起重機(jī)橫移，控制效果更好。但是，此方案通過(guò)檢測(cè)行走梁與軌道之間的間隙實(shí)現(xiàn)自動(dòng)糾偏控制，這就對(duì)起重機(jī)行走軌道鋪設(shè)的要求非常高。

3 行走梁端部模擬量（測(cè)距）傳感器方案

1）硬件組成及安裝簡(jiǎn)圖

這一方案的硬件組成主要包括：兩臺(tái)變頻器、一臺(tái)PLC、兩只激光測(cè)距傳感器、總線通訊組件等。

安裝簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖4行走梁端部模擬量（激光測(cè)距）傳感器方案簡(jiǎn)圖。

圖4 行走梁端部模擬量（測(cè)距）傳感器方案簡(jiǎn)圖

2）控制方法

在兩側(cè)行走梁的同一首端或尾端分別加裝一個(gè)測(cè)距傳感器，測(cè)距傳感器根據(jù)行走機(jī)構(gòu)實(shí)際運(yùn)行的最大距離選擇相應(yīng)的量程，長(zhǎng)距離時(shí)建議選擇長(zhǎng)距離激光測(cè)距傳感器。此方案與單側(cè)模擬量（間隙）傳感器方案相比，只是檢測(cè)裝置安裝位置不同，其控制原理相同，在此不再介紹。

3）方案的優(yōu)缺點(diǎn)

采用此方案，糾偏控制效果好，但不能實(shí)現(xiàn)整機(jī)橫移糾偏，其配置成本較高。并且當(dāng)測(cè)距傳感器選擇不當(dāng)，易受環(huán)境因素的影響，不能達(dá)到糾偏的效果。如選用遠(yuǎn)紅外測(cè)距傳感器，當(dāng)遇到大霧、粉塵等惡劣環(huán)境場(chǎng)合，會(huì)出現(xiàn)糾偏效果不好，或根本實(shí)現(xiàn)不了自動(dòng)糾偏的目的。

結(jié)論

本文介紹的三種自動(dòng)糾偏控制方案在大跨度門(mén)機(jī)、橋機(jī)行走糾偏應(yīng)用中較為常見(jiàn)。

針對(duì)在采用方案一“雙側(cè)行走梁自由輪編碼器方案”和方案三“行走梁端部模擬量（測(cè)距）傳感器方案”時(shí)均可能出現(xiàn)整臺(tái)起重機(jī)橫移的現(xiàn)象，可以考慮在原方案配置不變的情況下在一側(cè)行走梁增加一組間隙檢測(cè)傳感器，即與方案二“單側(cè)模擬量（間隙）傳感器方案”組合使用，以達(dá)到更完善的自動(dòng)糾偏控制效果。另外可以考慮在行走輪的左右兩側(cè)加裝水平導(dǎo)向輪，也可以有效的避免橫移現(xiàn)象的發(fā)生。

除了文中介紹的三種糾偏方案外，還有其它幾種糾偏控制方案：如主梁和行走梁之間加裝角位移傳感器、選用帶糾偏卡的變頻器、利用全球GPS定位系統(tǒng)等。起重機(jī)電氣設(shè)計(jì)人員及現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員在方案選用時(shí)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況、控制需求、成本核算等方面選擇適合的方案，以達(dá)到最優(yōu)的自動(dòng)糾偏控制效果，從而避免啃軌現(xiàn)象及事故的發(fā)生。

本文編自《電氣技術(shù)》，標(biāo)題為“起重機(jī)行走機(jī)構(gòu)自動(dòng)糾偏系統(tǒng)的研究”，作者為王進(jìn)峰。