模塊化分布式卷揚機集成控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及模塊化分布式卷揚機集成控制系統(tǒng)，包括多卷揚機集成控制計算機、單卷揚機操作控制臺和整個單卷揚機控制和數(shù)據(jù)采集執(zhí)行機構，其中多卷揚機集成控制計算機通過有線無線工業(yè)以太網(wǎng)與單臺卷揚機操作控制臺相連，并通過單卷揚機控制和數(shù)據(jù)采集執(zhí)行機構中的變頻控制柜控制大功率變頻電機工作，同時通過儲繩筒力矩電機控制器控制力矩電機完成鋼絲繩同步收放?，F(xiàn)場的設備運行狀態(tài)通過螺旋編碼器和負荷傳感器采集鋼絲繩的收放速度信號和絕對位移量信號，經(jīng)過現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集變送器將采集到的數(shù)據(jù)送入單卷揚機操作控制臺后，再由操作控制臺通過工業(yè)以太網(wǎng)傳送至多卷揚機集成控制計算機，由集成控制計算機按照工藝要求對多臺卷揚機進<行實時同步控制。
【專利說明】模塊化分布式卷揚機集成控制系統(tǒng)

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種懸索橋施工中主纜架設、橋面架設上使用的卷揚機牽引控制系統(tǒng)。特別是模塊化分布式卷揚機集成控制系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002]隨著我國公路交通等基礎建設的突飛猛進，作為跨越能力最大的懸索橋，逐漸成為跨江、跨海、跨越峽谷的首選橋型之一。懸索橋的主纜是其主要受力件，現(xiàn)代懸索橋一般采用平行鋼絲主纜，由預制高強度鍍鋅平行鋼絲束(PWS俗稱“索股”)組成，主纜架設要使用由多臺卷揚機組成的牽引系統(tǒng)、通過空中牽引的施工工藝來完成；對于位于山區(qū)峽谷的懸索橋，橋面架設施工也需要采用一種由多臺卷揚機組成的牽引、吊裝系統(tǒng)，稱之為“纜索吊”的吊裝設備來完成。這些牽引、吊裝系統(tǒng)在使用中都要求對多臺卷揚機進行同步操作，以保證施工安全和工程質量要求。目前，各臺卷揚機的同步，是指揮人員通過無線對講設備與各卷揚機操作人員直接溝通實現(xiàn)的，因現(xiàn)場通訊干擾較大、加之人為因素影響，影響同步精度。


【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種模塊化分布式卷揚機集成控制系統(tǒng)，以便確保施工質量和安全規(guī)范要求。實現(xiàn)對牽引和吊裝系統(tǒng)中所有卷揚機的集中同步控制。
[0004]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，模塊化分布式卷揚機集成控制系統(tǒng)，其特征是:多卷揚機集成控制計算機通過公共通信網(wǎng)與多臺卷揚機控制和數(shù)據(jù)采集執(zhí)行機構網(wǎng)絡連接，每臺卷揚機控制和數(shù)據(jù)采集執(zhí)行機構包括單臺卷揚機操作控制臺、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集變送器、儲繩筒力矩電機控制器、變頻控制柜、負荷傳感器、螺旋編碼器、力矩電機和大功率變頻電機，螺旋編碼器固定在大功率變頻電機驅動的卷揚機的卷繩筒轉軸上，以獲取卷揚機卷繩筒的轉數(shù)，用以計算卷揚機運行速度；負荷傳感器固定在鋼絲繩引出卷揚機后的第一個導向輪上，以獲取鋼絲繩張力；負荷傳感器、螺旋編碼器分別與現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集變送器的輸入接口連接；現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集變送器與單臺卷揚機操作控制臺接口電連接；單臺卷揚機操作控制臺通過變頻控制柜與大功率變頻電機電連接，對大功率變頻電機進行控制；通過單臺卷揚機操作控制臺對現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集變送器、螺旋編碼器、負荷傳感器實時信號采集和控制，通過對變頻控制柜監(jiān)控，獲取大功率變頻電機的轉速和旋轉方向，使對多臺卷揚機連接的貓道承重索牽引同步控制進行架設。
[0005]所述的集成控制計算機采用臺式或便攜式微型計算機。
[0006]所述的單臺卷揚機操作控制臺采用可編程序控制器。
[0007]所述的公共通信網(wǎng)采用有線和無線工業(yè)以太網(wǎng)。
[0008]所述的貓道承重索采用對拉連接，在兩岸各設置一臺大噸位卷揚機單線往復對拉，牽引同步控制要求兩臺卷揚機一拉一放，每對卷揚機速度相同，旋轉方向相反。
[0009]所述的主纜索股架設施工采用雙線往復式同步牽引系統(tǒng)施工，是位于懸索橋同側同一錨碇的兩臺卷揚機的牽引鋼絲繩，在兩岸適當?shù)奈恢糜脙蓚€拽拉器連接起來，同步控制兩臺卷揚機一收、一放，實現(xiàn)對主纜索股的往復架設。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點是:通過對卷揚機的模塊化改造，采用計算機分布式控制原理和計算機網(wǎng)絡技術，將位于江河、海峽和峽谷兩岸的大型卷揚機連接在一起，用于對兩岸卷揚機牽引或吊裝系統(tǒng)進行同步控制。由于采用了模塊化分布式設計，使系統(tǒng)大小可依據(jù)工程要求靈活組合，同步功能也可根據(jù)需要靈活配置。經(jīng)過模塊化改造的卷揚機，既可多臺由計算機集成控制使用，也可單臺獨立手動操作。大大提高了設備利用率，有效改善了施工環(huán)境，提高了施工效率、施工質量和施工安全。主控計算機采用圖形化控制界面，在此界面下實時顯示出系統(tǒng)中各臺卷揚機及整套牽引系統(tǒng)各部位的運行狀態(tài)，在此控制環(huán)境下，主控計算機既可同步控制整個系統(tǒng)的全部卷揚機，又可單獨控制系統(tǒng)中的每一臺卷揚機，以便在全系統(tǒng)同步運行前，對系統(tǒng)中的每臺卷揚機進行狀態(tài)設定，使其滿足同步運行的狀態(tài)要求。[0011 ] 下面結合實施附圖對本發(fā)明進一步說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明實施原理框圖說明。
[0013]圖中:1、大功率變頻電機；2、力矩電機；3、螺旋編碼器；4、負荷傳感器；5、變頻控制柜；6、儲繩筒力矩電機控制器；7、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集變送器；8、單卷揚機操作控制臺；9、單卷揚機控制和數(shù)據(jù)采集執(zhí)行機構；10、多卷揚機集成控制計算機；11、工業(yè)以太網(wǎng)。

【具體實施方式】
[0014]如圖1所示，模塊化分布式卷揚機集成控制系統(tǒng)，其特征是:多卷揚機集成控制計算機10通過公共通信網(wǎng)11與多臺單卷揚機監(jiān)控執(zhí)行模塊9網(wǎng)絡連接，每臺單卷揚機監(jiān)控執(zhí)行模塊9包括單臺卷揚機操作控制臺8、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集變送器7、儲繩筒力矩電機控制器
6、變頻控制柜5、負荷傳感器4、螺旋編碼器3、力矩電機2、大功率變頻電機I。螺旋編碼器3固定在大功率變頻電機I驅動的卷揚機的卷繩筒轉軸上，負荷傳感器4安裝在鋼絲繩導向定滑輪上，以獲取多臺卷揚機運行速度和鋼絲繩張力；負荷傳感器4、螺旋編碼器3分別與現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集變送器7接口電連接；現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集變送器7與單臺卷揚機操作控制臺8接口電連接；單臺卷揚機操作控制臺8通過變頻控制柜4與大功率變頻電機I電連接，對大功率變頻電機I進行控制；單臺卷揚機操作控制臺8通過儲繩筒力矩電機控制器6與力矩電機2電連接，對儲繩筒力矩電機2進行控制，實現(xiàn)對牽引鋼絲繩的收放控制；單臺卷揚機操作控制臺8對現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集變送器7、螺旋編碼器3、負荷傳感器4進行實時信號采集，通過對變頻控制柜4獲取大功率變頻電機I的轉速和旋轉方向，使對多臺卷揚機連接的貓道承重索或懸索橋主纜實現(xiàn)牽引同步控制，完成貓道承重索或懸索橋主纜的架設。從而滿足橋梁施工中需采用多臺卷揚機同步牽引控制的施工工藝要求。如:懸索橋貓道承重索架設中采用的雙機對拉連接牽引施工工藝，主纜索股架設施工中采用的雙線往復式同步牽引系統(tǒng)施工工藝，及其它一些需采用多臺卷揚機進行同步作業(yè)的施工工藝等。
[0015]整個牽引過程中按照貓道承重索牽引施工或懸索橋主纜架設牽引的要求，可根據(jù)牽引拽拉器所處的物理位置不同，采用不同的同步牽引速度，同時根據(jù)負荷傳感器4檢測到的鋼繩拉應力大小，按照預先設定的控制策略，微調從動卷揚機的速度，確保整個牽引運行過程的安全、高效。貓道承重索架設或懸索橋主纜架設牽引過程中，主控計算機控制系統(tǒng)可分別對兩條貓道或兩根懸索橋主纜的兩對卷揚機牽引系統(tǒng)進行控制，兩對卷揚機相互獨立運行，之間沒有同步要求。
[0016]多卷揚機集成控制計算機10通過采集螺旋編碼器3和負荷傳感器4采集鋼絲繩的收放速度、絕對出繩圈數(shù)信號和鋼絲繩張力信號數(shù)據(jù)，經(jīng)計算機中預先建立的數(shù)學模型，計算出卷揚機實時出繩長度及被牽引構件的當前位置，在大型液晶顯示器上以圖形方式直觀顯示出整個系統(tǒng)的實時狀態(tài)，使系統(tǒng)工況形象直觀，設備狀態(tài)一目了然，整體操作簡單易學，操作控制安全可靠。
[0017]多卷揚機集成控制計算機10是指配有大型液晶顯示屏的主控計算機，采用臺式或便攜式微型計算機。主控計算機通過工業(yè)以太網(wǎng)11與系統(tǒng)中的多個單卷揚機操作控制臺8相連，主控計算機采用圖形化控制界面，在此界面下實時顯示出系統(tǒng)中各臺卷揚機及整套牽引系統(tǒng)各部位的運行狀態(tài)，在此控制環(huán)境下，主控計算機既可同步控制整個系統(tǒng)的全部卷揚機，又可單獨控制系統(tǒng)中的每一臺卷揚機，以便在全系統(tǒng)同步運行前，對系統(tǒng)中的每臺卷揚機進行狀態(tài)設定，使其滿足同步運行的狀態(tài)要求。
[0018]多種施工工藝的作業(yè)流程:
1、單線往復式同步牽引系統(tǒng)控制流程:單線往復式同步牽引施工工藝，一般采用位于懸索橋兩錨碇之間的兩臺卷揚機一收、一放對拉單根牽引鋼絲繩實現(xiàn)。開始牽引前，先將兩臺卷揚機兩根牽引鋼絲繩利用拽拉器連接成一根，調整拽拉器到存放有被牽引的鋼絲繩的卷揚機一側；位于兩錨碇間的兩臺牽引卷揚機同時啟動，速度相同方向相反。單線往復式同步牽引作業(yè)流程如下:將拽拉器調整到相應起點位置，并與安裝在放索機構內的被牽引架設貓道承重索(或主纜)前端錨頭臨時連接固定一同步啟動兩臺牽引卷揚機(一臺收繩、另一臺放繩)一低速跨越散索鞍門架導輪組一同步加速至允許牽引速度，上行至主塔頂部前同步減速一低速通過主塔頂部門架導輪組一同步加速至允許牽引速度跨越主跨，接近對面主塔前減速一低速通過對面主塔頂部門架導輪組一同步加速至允許牽引速度，下行至對面散索鞍前減速一低速通過散索鞍門架導輪組一停止牽引，將被牽到位的貓道承重索(或主纜)前端錨頭與對應的錨固系統(tǒng)連接錨固。牽引結束后以相反的順序使拽拉器返回原牽引起點，完成下一根牽引準備工作。通常貓道承重索的架設，大多采用單線往復式同步牽引系統(tǒng)進行施工。
[0019]2、雙線往復式同步牽引系統(tǒng)控制流程:雙線往復式同步牽引施工工藝采用位于懸索橋同一錨碇的兩臺卷揚機一收、一放對拉牽引鋼絲繩實現(xiàn)。每套雙線往復牽引系統(tǒng)由三根牽引鋼絲繩組成，開始牽引前，先將兩臺卷揚機安裝在同一錨碇的同側，其中1#卷揚機含未拉出的1#牽引鋼絲繩，2 #卷揚機內的2#牽引鋼絲繩已被拉出，一端繩頭與2 #卷揚機連接，另一端繩頭在對岸錨碇處；對岸錨碇同側設置水平導向輪和放索機構；架設第三根3#牽引鋼絲繩，將其兩端繩頭分別置于兩岸錨碇處；利用兩個拽拉器分別在兩岸錨碇適當位置將三根牽引鋼絲繩連接起來，其中I #拽拉器在卷揚機岸將I #牽引鋼絲繩與3#牽引鋼絲繩連接，2 #拽拉器在對岸將2#牽引鋼絲繩與繞過水平導向輪的3#牽引鋼絲繩連接，形成雙線往復式牽引系統(tǒng)。雙線往復式牽引系統(tǒng)工作流程如下:安裝在放索機構內的被牽引架設貓道承重索(或主纜)前端錨頭，與水平導向輪前的拽拉器臨時連接固定，同時啟動兩臺牽引卷揚機(一臺收繩、另一臺同步放繩)一低速跨越散索鞍門架導輪組一同步加速至允許牽引速度，上行至主塔頂部前同步減速一低速通過主塔頂部門架導輪組一同步加速至允許牽引速度跨越主跨，接近對面主塔前減速一低速通過對面主塔頂部門架導輪組一同步加速至允許牽引速度，下行至對面散索鞍前減速一低速通過散索鞍門架導輪組一停止牽引，將被牽引被牽到位的貓道承重索(或主纜)前端錨頭與對應的錨固系統(tǒng)連接錨固，完成單根牽引架設。與此同時，原設置在牽引卷揚機錨碇處的拽拉器被放到對岸水平導向輪前，與下一根被牽引架設的貓道承重索(或主纜)前端錨頭臨時連接固定，同時啟動兩臺卷揚機，以相同的流程和相反的旋轉方向牽引下一根貓道承重索(或主纜)，形成雙線往復式循環(huán)架設。雙線往復式同步牽引系統(tǒng)施工配置比單線往復式同步牽引施工工藝復雜，但此施工效率較單線往復式同步牽引提高了一倍，能耗也降低了近一半。主纜的架設因牽引數(shù)量較大，通常采用雙線往復式同步牽引系統(tǒng)施工。
[0020]在這兩種牽引系統(tǒng)中，兩臺卷揚機的同步都必須通過本項目研發(fā)的“卷揚機集成控制系統(tǒng)”來實現(xiàn)，在整個牽引過程中，要確保兩臺對拉卷揚機在牽引過程能同步啟動，并以一臺卷揚機為基準，控制另一臺卷揚機同速收放。為了確保運行過程中設備和人員的安全，系統(tǒng)通過對牽引鋼絲繩運行中鋼繩張力的動態(tài)檢測和對被動卷揚機速度的動態(tài)調整，保證在整個牽引過程中鋼絲繩的張力控制在允許的安全范圍內；特別是當放索系統(tǒng)和被牽引的貓道繩(主纜索股)出現(xiàn)卡索時，能夠及時控制牽引系統(tǒng)緊急停止，預防系統(tǒng)出現(xiàn)安全事故。同時，在牽引過程中，通過螺旋編碼器和計算機，將拽拉器運行的位置信息計算出來，計算機將按照預先設定的牽引速度一位置數(shù)據(jù)，控制兩臺牽引卷揚機的牽引速度，確保整個牽引過程中，尤其是跨越主塔頂部門架導輪組時系統(tǒng)運行的安全。
【權利要求】
1.模塊化分布式卷揚機集成控制系統(tǒng)，其特征是:多卷揚機集成控制計算機通過公共通信網(wǎng)與多臺卷揚機控制和數(shù)據(jù)采集執(zhí)行機構網(wǎng)絡連接，每臺卷揚機控制和數(shù)據(jù)采集執(zhí)行機構包括單臺卷揚機操作控制臺、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集變送器、儲繩筒力矩電機控制器、變頻控制柜、負荷傳感器、螺旋編碼器、力矩電機和大功率變頻電機，螺旋編碼器固定在大功率變頻電機驅動的卷揚機的卷繩筒轉軸上，以獲取卷揚機卷繩筒的轉數(shù)，用以計算卷揚機運行速度；負荷傳感器固定在鋼絲繩引出卷揚機后的第一個導向輪上，以獲取鋼絲繩張力；負荷傳感器、螺旋編碼器分別與現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集變送器的輸入接口連接；現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集變送器與單臺卷揚機操作控制臺接口電連接；單臺卷揚機操作控制臺通過變頻控制柜與大功率變頻電機電連接，對大功率變頻電機進行控制；通過單臺卷揚機操作控制臺對現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集變送器、螺旋編碼器、負荷傳感器實時信號采集和控制，通過對變頻控制柜監(jiān)控，獲取大功率變頻電機的轉速和旋轉方向，使對多臺卷揚機連接的貓道承重索牽引同步控制進行架設。
2.根據(jù)權利要求1所述的模塊化分布式卷揚機集成控制系統(tǒng)，其特征是:所述的集成控制計算機采用臺式或便攜式微型計算機。
3.根據(jù)權利要求1所述的模塊化分布式卷揚機集成控制系統(tǒng)，其特征是:所述的單臺卷揚機操作控制臺采用可編程序控制器。
4.根據(jù)權利要求1所述的模塊化分布式卷揚機集成控制系統(tǒng)，其特征是:所述的公共通信網(wǎng)采用有線和無線工業(yè)以太網(wǎng)。
5.根據(jù)權利要求1所述的模塊化分布式卷揚機集成控制系統(tǒng)，其特征是:所述的貓道承重索架設采用對拉連接，在兩岸各設置一臺大噸位卷揚機單線往復對拉，牽引同步控制要求兩臺卷揚機一拉一放，每對卷揚機速度相同，旋轉方向相反。
6.根據(jù)權利要求1所述的模塊化分布式卷揚機集成控制系統(tǒng)，其特征是:所述的主纜索股架設施工采用雙線往復式同步牽引系統(tǒng)施工，是位于懸索橋同側同一錨碇的兩臺卷揚機的牽引鋼絲繩，在兩岸適當?shù)奈恢糜脙蓚€拽拉器連接起來，同步控制兩臺卷揚機一收、一放，實現(xiàn)對主纜索股的往復架設。
【文檔編號】B66D1/46GK104210977SQ201410385730
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月7日 優(yōu)先權日:2014年8月7日
【發(fā)明者】陳慧明, 吳建強, 王君, 喻勝剛, 李青, 姜濤, 彭武, 李金余, 薛埃祥, 梁勁達, 趙強, 薛勝偉, 齊鵬 申請人:中交二公局第二工程有限公司