摘要：本文以廣西南寧大橋施工中所采用的4×100t纜索起重機為例，重點介紹PLC電氣集中控制、纜索索力過程監測、遠程視頻監控等關鍵技術的研發和應用，為提高纜索式起重機規范化、自動化設計與施工提供參考。
　　關鍵詞：纜索式起重機，集中控制，自動化管理
　　1.前言
　　纜索式起重機是拱橋無支架施工中的常用設備和大型臨時設施，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、牽引等動力卷揚機數量少，以人工單機操作為主。
　　南寧大橋主橋設計為300m跨徑的曲線鋼箱梁、非對稱外傾式鋼箱拱結構，上部拱梁結構采用大節段預制，無支架纜索吊裝工藝。纜索吊機布置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2×40m,臨時索塔為“吊扣合一”的組合式鋼結構。起重、牽引卷揚機共32臺,節段吊裝過程中，需要同時啟動8臺起重卷揚機或8臺牽引卷揚機，實現單機微動或多機聯動，吊裝工況異常復雜。如何保證纜索吊裝安全，實現多機操作同步性、系統關鍵部位受力可控性成為關鍵。
　　通過對動力系統PLC控制技術、纜索索力過程監測技術、遠程視頻監控等關鍵技術的研發和應用，順利實現了以上目標。
　　2.動力系統PLC電氣集中控制技術
　　2.1PLC電氣集中控制原理
　　纜索起重機電氣控制為“綜合監測（CMMS，人機界面）＋PLC＋ABB變頻傳動”組成的三級系統，三級之間的數據交換通過PROFIBUSDP總線通訊實現。
　　2.1.1綜合監測系統（CMMS）
　　通過在電氣控制房工控機上安裝工業WINCC軟件以及卷揚機調速裝置和PLC、其他檢測元件可構成起重機的綜合監測系統，其通過MPI口與PLC的CPU通訊獲取所需信息從而監控整車的運行狀態和故障信息，實現故障自診斷，便于起重機的日常維護和檢修。
　　2.1.2工業軟件－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。WINCC可方便地與用戶程序組合在一起，建立人機界面，精確地滿足現場操作需要。PLC通過通訊直接讀取現場檢測元件及驅動系統內部地信息，通過起重機中控室工控機可進行多畫面操作，完成起重機運行狀態的圖形顯示、故障顯示、報警顯示、過程記錄等。
　　2.1.3ABB變頻器變頻調速
　　本纜索起重機各卷揚機采用ABB變頻器變頻調速，從而實現鼠籠式異步電機的速度控制。驅動系統采用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構逆變器相連實現各機構驅動電動機轉矩和速度的精確控制。
　　2.2PLC自動控制系統操作工況
　　纜索系統共布置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起重卷揚機（Q）和2臺JM10牽引卷揚機(Y)。起重系統布置見圖1所示。
　　
　　外傾式拱肋采用兩組索道聯合，四吊點起吊，為完成拱肋吊裝及姿態調整，同時需控制8臺起重卷揚機及8臺牽引卷揚機運行，需完成的工況如下：
　　1）單機構運行
　　2）多機構聯動
　　3）多機構微動
　　2.3PLC電氣集中控制系統布置
　　南岸和北岸分別由兩岸獨立的變電站供電，但系統控制采用單邊集中控制。電氣控制系統從變電站取電后，經主機電纜，送入兩岸電源綜合保護柜。電源綜合保護柜內主要由總斷路器、總接觸器、分路斷路器、繼電器及其他安全保護元器件組成。
　　現場設控制室，控制室內由人機界面、上游控制臺、下游控制臺、計算機綜合管理系統（CMMS）,電視監視系統和硬盤刻錄設備，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，因此采用光纖進行數據傳輸，避免信號衰減和外界條件干擾。
　　集中控制系統布置見圖2，CMMS操作控制臺見圖3，動力卷揚機系統布置見圖4，PLC變頻控制柜見圖5所示。
　　
　　圖2PLC電氣集中控制系統布置圖
　　
　　圖3CMMS控制臺
　　
　　圖4動力卷揚機系統                                                        圖5PLC變頻控制柜
　　2.4系統功能
　　（1）同步控制：系統通過對卷揚機變頻器的調節控制，使卷揚機轉速達到同步。
　　（2）集中控制：采用光纖通訊電纜,把兩岸控制系統連為一體，由操作室主站控制全部卷揚機動力系統。
　　（3）單點或多點微動控制：系統通過對卷揚機轉速變頻控制，實現系統連續、平穩運行和單點或多點微動控制，實現節段精確姿態調整和對位連接。
　　（4）故障響應控制：在主電路中設置欠壓、過流及短路保護，出現故障自動報警并停止工作。
　　南寧大橋纜索起重機電氣集中控制系統利用PLC抗干擾能力強，適用于施工現場的特點，WinCC組態軟件的強大數據處理和圖形表現能力，實時性、可靠性高的PROFIBUS現場總線和以太網相結合的通信網絡，以及變頻器的調速性能；融合了先進的自動化技術、計算機技術、通信技術故障診斷技術和軟件技術，具有可靠性高、維護容易等特點。此系統實現了數據的集中管理、自動控制和手動控制相結合、故障檢測等多方面的功能，為吊裝系統的連續、穩定、安全運行提供了保障。
　　3.超大噸位纜索起重機索力實時監控技術
　　3.1主索磁通量法索力監測技術
　　纜索起重機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行測量，并與矢高法測量結果校核。磁通量傳感器結構布置見圖6所示，它由激磁線圈和測量線圈兩層線圈
　　
　　圖6磁通量傳感器結構簡圖
　　組成，中間為需測量索力的主索。
　　磁通量測試系統見圖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，能實現多通道測量，可直接操作讀數，也可通過儀器上的通訊接口與計算機系統相連，實現自動數據采集或遠程操控。
　　
　　圖7：磁通量測試系統圖
　　3.2起重索索力實時監控技術
　　索力監控系統由軸銷式傳感器、無線發射器、接線盒、蓄電池組及無線控制器構成，系統組成見圖8，索力監控系統安裝步驟如下：
　　1）將起重小車上掛橫梁中間滑輪的軸銷用同樣規格尺寸的軸銷傳感器代替，傳感器引出信號線至儀表保護箱。
　　2）通過無線發射器將傳感器信號傳送到地面無線接收器，再通過有線聯接將力值傳送到電氣集中控制系統的計算機中。
　　3）由控制系統進行數據處理，從而對索力實現實時監測及控制，實現數據的自動采集，當索力超過預先設定的數值后，系統要發出報警信號，提醒操作人員對目前的吊裝狀態采取應對措施，避免吊裝系統發生事故。

　　圖9起重索力監測系統布置圖
　　3.3遠程視頻監控技術
　　現場設計4個視頻監控點，其中3個點采用模擬微波、無線傳輸圖像和無線控制快球；1點為模擬有線傳輸的高速球，用于ADSL遠程監控系統，發射端連接見圖10，接收端連接圖見11。對纜索起重機的關鍵部位和吊裝工況進行全過程監測。
　　
　　圖10前端-發射端連接圖圖11后端-接收端連接圖
　　四個監控點拍攝到的視頻圖像，可通過互聯網傳輸，在任何裝有DVP實時監控軟件的電腦上，均可進行遠程監控操作，可全過程、多方位地對施工進展情況進行實時監控，方便了獲取建筑工地施工現場的視頻圖像，實現了遠程視頻監控功能，提高了管理效率，實現遠程對整個橋梁吊裝工作進行監控和管理，為鋼箱拱、鋼箱梁的吊裝施工提供了安全保障。
　　4．結語
　　通過PLC電氣集中控制技術和纜索索力過程監測、遠程視頻監控技術的綜合應用，不僅實現了動力卷揚機群組的集中自動控制，達到了單機微動和多機聯動的同步性，同時，對提高纜索吊裝系統的操作安全性具有重要作用。