电源频率限幅：
49.5Hz-50.5Hz
环境条件
我方在技术方案中已充分考虑了《设计依据及标准》中所列的气象和环境条件，完全能够满足招标书的各项要求。
引用标准
我方在技术方案中已充分考虑了设计院《设计依据及标准》中所列设计标准，我方承诺在本项目的设计、制造、安装、调试、检测中，将严格按照下列相关标准和规范执行：
●GB3811-83起重机设计规范
●GB/T232-82电气装置安装工程施工及验收规范:
起重机电气装置篇
●GB6067起重机械安全规程
●ISO国际标准化组织
●IEC国际电工委员会
●GB3811-83起重机设计规范
●中国船级社船舶与海上设施起重设备规范（2007）
●
●中国船级社内河钢质船舶建造规范（2009）
●GD01-2000船舶与海上设施用电气电子设备型式试验指南
●CB/T3909-1999船舶电气设备安装工艺标准
●GB6067－85起重机械安全规程
●GB5905－86起重机试验规范和程序
●GB/T13602-92船舶驾驶室集中控制屏（控制台）技术条件
并符合《内河船舶法定检验技术规则》（2011）及其它现行规范对起重船的要求及修改通报的有关条款以及《起重设备法定检验技术规则》（1999）的有关条款。
●CCS认证
负荷容量
基本参数
主钩
主钩机构
-额定拉力（最外层）：
200KN×2
-速度（最外层）：
11m/min
-配90kW船用变频起重电机2台
-变频调速
变幅
变幅机构
-额定拉力（最外层）：
220KN×2
-速度（最外层）：
10m/min
-配90kW船用变频起重电机2台
-变频调速
2.1.3副钩
-额定拉力（最外层）：
200KN×2
-速度（最外层）：
11m/min
-配90kW船用变频起重电机1台
-变频调速
本船配置二台变频器，主钩与变幅切换共用变频器，主钩与副钩切换共用变频器，副钩只用一台变频器，另一台变频器作为副钩的备用变频器。
系统原理单线图
供电单线图
参见详细设计
系统配置方案图
参见详细设计
网络通讯方案图
参见详细设计
主配电系统单线图
参见详细设计
辅助配电系统单线图
参见详细设计
主要设备选型
变频器选型
起重变频控制系统的变频器全部采用西门子公司力矩控制型全数字变频器或采用施耐德重载型AV71系列变频器。
变频器的功率容量高于电机功率容量二个等级。
变频器的型号见下表。
名称
数量
备注
配电保护柜
1套
施耐德低压电器
PLC控制柜
1套
SiemensS7-300系列PLC
主钩变频传动柜
2套
6SE系列变频器+无源谐波滤波器
或施耐德重载型AV71系列变频器
变幅变频传动切换柜
1套
与主钩变频传动柜切换共用
副钩变频传动切换柜
1套
与主钩变频传动柜切换共用
起重机就地操纵箱
3只
施耐德低压电器
起重机集中操控台
1套
制动电阻柜
3套
力矩限制器
1套
WTL-A（600）
考虑到谐波影响，所有逆变器输出侧均安装输出滤波器。
由于本船不设移相变压器，所以本船起重变频控制系统配施耐德生产的PM系列电力参数测量仪表，该仪表可以监测到电网的总谐波畸变率（THD及TDD），我公司承诺如果该船的电网总谐波畸变率（THD及TDD）高于国家规定，我公司补充设置施耐德生产的有源电力滤波器AccuSine以消除电网谐波。
PLC选型
本船起重控制系统采用西门子公司S7-300系列PLC。
它主要针对较大型项目和环境较恶劣的场所设计，因而其产品硬件的机械电气特性、通讯与联网的能力、系统开发环境和再开发的能力、整个系统的开放性及易维护性均有出色表现，保证控制系统能够长时间连续稳定可靠运行，并有很好的运算速度。
程序结构易模块化，编程界面直观友好，易学易用。
并有主任务和快速任务及中断任务的并行多任务结构，特别适合复杂程序的编制。
其强大的数字处理能力，灵活的编程方式，丰富的在线诊断与监控能力，深受编程者和用户的赞赏。
10.4”彩色触摸屏选型
采用西门子公司最新系列10.4’彩色触摸屏，色彩鲜艳，分辨率为640x480点。
特别适用于现场控制终端和人机对话终端。
该产品用于工业环境中，抗干扰能力强，在某些特别恶劣的环境中，如变频设备附近，也能正常工作。
在本系统中作为操纵室的信息显示单元，显示系统运行状态、故障列表、钢丝绳绳差与位置误差等基本数据，方便操作者了解系统状态和帮助维修人员正确定位故障。
由于本系统中选择的触摸屏与PLC均为西门子公司的产品，因此系统产品容易通讯和联系，自成体系。
不存在应用其它品牌触摸屏所产生的与该品牌PLC的兼容和通信联络问题。
称重传感器（力矩限制器）选型
称重传感器（力矩限制器）采用宜昌市微特电子设备有限公司生产的WTL-A（600）系列称重传感器（力矩限制器）。
称重传感器（力矩限制器）的详细要求见称重传感器（力矩限制器）技术协议书及技术规格书。
大型起重船机构较多，机构的抬吊工况复杂。
既有单钩的起吊工况和多个机构的同步运行工况等等。
除了需要控制单钩的起吊重量外，又要控制联合抬吊作业下整机的起吊重量。
同时，吊钩的起吊重量的精确获得是判断机构能否进行弱磁升速运行、提高作业效率的重要判据。
其它设备选型
包括断路器、接触器、继电器等重要设备，以及按钮指示灯转换开关等均采用施耐德产品。
5系统的控制功能设计
5.1通用控制逻辑
运动机构指主钩、变幅、副钩机构，这些机构的动作均由PLC的控制。
操纵者通过主令控制器给出运动方向和速度指令，由PLC处理过后送到变频器：
---零位保护：
当系统处于分闸状态时，如果手柄不在零位，按合闸按钮无效。
---PLC根据系统的当前状态来确定用户的指令是否有效；
---如果指令有效（无故障，并且工作模式正确），PLC向变频器发出启动命令；
---预加力矩：
对起升机构将进行开闸前的预加力矩控制，防止重物在开闸的短时间内下沉；预加力矩到达后，打开制动器，制动器打开信号反馈给PLC和变频器，这时速度斜坡指令开始工作，电机运转；
---电机运动以后如有故障出现，PLC将会进行停车过程处理，该过程取决于出现的故障的严重性，该故障亦将显示在操纵室触摸屏上。
---PLC记录故障后，操作者可以按“复位”按钮清除故障，并再按下“合闸”使机构重新上电。
---当操作者取消运动指令（主令回零），机构将进行电气制动，在制动器关闭前，PLC的速度指令将按斜坡逐渐变为0。
---风速保护，本船设风速风向仪，当风速达到风险设定值时，起重指令失效。
---本船设倾斜仪，当船纵倾、横倾达到风险设定值时，起重指令失效。
5.2制动器管理
每个机构的制动器都受到PLC的安全逻辑和变频器进行双重管理。
5.3急停保护
急停按钮设置在：
电气控制室主配电保护柜面板一个
操纵室操纵台一个
机房内各操作站各一个
所有急停开关有两付常闭触点，一付切断控制电源，一付进PLC报告急停发生位置。
急停事件为一级故障处理，进行机械制动。
5.4超速保护
超速保护共设置机械式和电子式双重保护。
任何一种保护在测量到最高转速达到115%时，将发生并锁定超速故障。
超速故障为1级故障，引起1级停车过程，进行机械抱闸停车，软件和硬件同时锁定该故障。
由于超速故障是十分严重的故障，联动台上的复位按钮不能复位该故障，必须使用位于保护控制柜面板上的超速复位按钮进行复位，以确保故障已经过特别的处理，而不是轻易地同其他故障同等处理。
5.5机械式保护
设置专门的超速开关，与编码器同轴安装于主电机非传动端。
超速开关为机械离心式，提供一组开关量信号作超速保护用。
超速开关的阈值可以整定。
5.6电子式保护
电子式超速信号可有两种途径获得。
一种为数字式调速器超速保护设置。
超速保护的阈值可以在一定范围内设定。
当达到动作值时，可通过调速器的继电器输出，联锁到系统的硬线保护回路中去。
另一种途径是通过监测电机和卷筒的编码器信号，送入PLC高速计数模块后，经复杂的数学处理，可以监测起升机构的运行速度，同样达到电子式保护的作用。
5.7超程保护
每个机构设置超程限位，正常情况下，超程限位不会动作。
如果超程限位动作，系统将置一类故障，引起一级停车过程。
5.8载荷称重
每个起升机构都有负荷传感器，负荷传感器提供4~20mA/0-10V的模拟量信号，该信号正比例于起升的负荷。
它用于：
---最大运行速度的计算，用于弱磁升速的判据
---单钩过载测定与报警
---吊钩联动过载测定和报警
---吊钩负荷差超差测定和报警
---在监控屏幕上显示负载数值
该负荷信号在PLC内部经过滤波处理，以避免负荷的振荡。
在用于计算最大运行速度时，该信号还经过较大的滞后处理，以避免最大速度的计算值出现振荡。
在负荷达到额定负荷的95%时，操纵室操纵台上的满载指示灯闪烁；
在负荷达到额定负荷的100%时，操纵室操纵台上的满载指示灯亮；
在负荷达到105%时，“过载”灯亮，引发2级停车请求，起升机构停止上升运动，但下降运行仍允许，并只能低速下降。
负载传感系统发生故障时（如PLCAI模块故障，传感器故障，传感器电源开关跳脱等），系统仍可工作。
监控屏幕的显示值为0，同时报告“称重系统故障”信息，并禁止弱磁升速功能。
5.9故障蜂鸣器（位于操纵台上）
在有新的故障出现时，蜂鸣器报警。
在按下“故障确认”按钮后，蜂鸣器停止报警（但故障仍未复位，故障指示灯仍亮）。
联动台上有两个蜂鸣器，一只备用。
5.10故障确认/故障复位/故障指示灯
当有新的故障出现时，故障指示灯闪烁，且蜂鸣器报警。
按下“故障复位”按钮后，如故障消除，则故障指示灯与蜂鸣器报警停止，如果故障仍存在，指示灯将持续闪烁，且蜂鸣器继续报警；对于非停车故障，有时仍可继续工作，则此时按下“故障确认”按钮后，蜂鸣器报停止警，但故障仍在，等待排除，故障指示灯亮
5.11高度测量编码器
高度测量采用编码器，安装在卷筒上，用于同步运行纠偏以及高度和高差的显示。
在发生下列任一情况时，即检测到编码器故障：
●速度斜坡已输出到额定速度的20%还未接收到计数脉冲；
●到达减速开关/编码器校验开关时,计数值与预设值超过预定的误差；
●脉冲编码器电源故障；
●计数模块故障。
编码器故障的后果
①如果机构不是运动在同步状态，则不影响其运动。
故障仅显示。
②如机构在同步状态工作，则两个机构都将发生1级故障和1级停车请求。
这时按下“复位”按钮，再按“合闸”按钮，机构又可运动，但只能限速运动，所有同步运行机构的速度给定相同，不进行同步调节。
5.12速度、加速度预测控制
在起重提升系统中，由于系统中某个电气元件失灵或故障引起的溜钩现象是最危险的故障，它造成系统失控，重物失去提升力，以近似自由落体的加速度下溜，直至超速故障信号产生后才被强行抱闸制动。
如果被吊重物重量较轻、下放速度不快，溜钩故障时产生的动能相应较小，这时只要机械制动性能良好，系统能很快制止溜钩，不会造成严重后果。
然而，在重载快速下放时，溜钩故障会在短期内产生很大的动能，一旦系统失控并进入高速运行，其携带的巨大能量会使强制制动很困难，造成对系统的巨大冲击，甚至损坏机械设备。
为了进一步保证系统安全性，避免出现溜钩故障，电气系统采用动态监测，对起升电机运行速度、加速度进行预测控制，在溜钩现象的初期发现失控的发生。
这样在系统失控还处于低速、低动能的状态下得到及时准确的判断，并在早期采取强行制动，避免机电设备造成重大损失。
速度和加速度的获得依赖于脉冲编码器。
实际重量和由于加速度引起的重量的信息的获得依赖于称重传感器。
经过复杂的动态数理分析，以预测可能的溜钩现象，防止由于溜钩造成严重的人身和设备事故。
在检测到超速或溜钩时，起升系统的安全制动器和工作制动器将同时进行制动。
该技术已在国外先进的高速或大型提升系统，如大型起重机和高速电梯行业得到应用，提高了系统的安全性。
5.13起升、副起升机构控制
每个起升机构各由两台电机驱动，每台电机由一台变频器控制，变频器之间通过DDCS连接，主从控制。
变频器内置进线电抗器，并有快速熔丝保护功率元件。
各起升机构既可单动运行，又可以联动运行，满足生产工况要求。
每个起升机构的两台电机在维护更换钢丝绳时亦可单动运行。
变频器采用编码器反馈的闭环直接力矩控制方式，调速比高。
变频器调速范围满载时优于1：
20，轻载时优于1：
40。
具备过流、短路、断相、欠压、过热、过载、不对称运行等各种保护功能。
接到起升或下放指令后，变频器首先进行零转速控制，使电机产生零速力矩。
这时放开抱闸，变频器锁定电机转子，使重物不会发生溜钩或提钩现象。
PLC系统收到制动器打开的信号后（安装在制动器上的限位开关动作），向变频器发出带有斜坡的转速指令，使电机平稳运行。
正常停车时，通过电气制动，电机速度平稳降至接近零速后，再进行机械无磨损抱闸。
每个起升机构各设以下限位信号：
●上升超程限位
●上升停车限位
●上升减速限位
●编码器信号校验开关
●下降减速限位
●下降停车限位
●下降超程限位
其中：
超程限位应是独立的开关，单独安装。
该开关如果动作，将激发严重故障处理程序，并切断桥机总电源。
它用作停车限位开关故障时的终极保护，需人工干预才能消除。
停车限位是正常的终点限位。
超程限位动作作一级停车保护，切断本机构主电源。
编码器校验开关安装在主起升机构全部行程的中间位置，用于监测位置计数器的误差。
每个主起升机构卷筒各安装一套凸轮限位开关。
副钩由一台电机驱动
5.14变幅机构控制
变幅机构四台电机驱动，每台电机由一台变频器控制，变频器之间通过DDCS连接，主从控制。
变频器内置进线电抗器，并有快速熔丝保护功率元件。
变幅构的四台电机在维护更换钢丝绳时亦可单动运行。
变频器采用编码器反馈的闭环直接力矩控制方式，调速比高。
变频器调速范围满载时优于1：
20，轻载时优于1：
40。
具备过流、短路、断相、欠压、过热、过载、不对称运行等各种保护功能。
接到起升或下放指令后，变频器首先进行零转速控制，使电机产生零速力矩。
这时放开抱闸，变频器锁定电机转子，使重物不会发生溜钩或提钩现象。
PLC系统收到制动器打开的信号后（安装在制动器上的限位开关动作），向变频器发出带有斜坡的转速指令，使电机平稳运行。
正常停车时，通过电气制动，电机速度平稳降至接近零速后，再进行机械无磨损抱闸。
每个起升机构各设以下限位信号：
●上升超程限位
●上升停车限位
●上升减速限位
●编码器信号校验开关
●下降减速限位
●下降停车限位
●下降超程限位
其中：
超程限位应是独立的开关，单独安装。
该开关如果动作，将激发严重故障处理程序，并切断桥机总电源。
它用作停车限位开关故障时的终极保护，需人工干预才能消除。
停车限位是正常的终点限位。
超程限位动作作一级停车保护，切断本机构主电源。
编码器校验开关安装在主起升机构全部行程的中间位置，用于监测位置计数器的误差。
每个主起升机构卷筒各安装一套凸轮限位开关。
5.15同步控制
起升同步
电机非传动轴侧安装脉冲编码器，做高度测量和同步运行的反馈。
可提供的同步运行：
－H1+H2
同步运行时由操纵台右侧手柄给出。
只有在同步运行机构均没有故障时，同步有效。
当同步运行的机构有一个机构发生故障或停车请求时，所有机构同时有效。
为了使同步修正信号能及时地响应，同步修正信号将不进行斜坡处理，直接叠加到主速度上。
1.CMS起重机信息管理系统
起重机信息管理系统（CMS）是广泛应用于现代起重设备上的一个很有用的工具，对设备的正常运行有很大的帮助，可以缩短设备的故障停机时间，提高使用可靠性，减小对操作维护人员的专业水平要求等。
并可在该系统上对桥机的控制心脏PLC进行在线编程和诊断，也深受高级的设备维护管理人员的欢迎。
该系统可以由触摸屏通过网络和PLC实现通讯，采集系统的工作信息，根据预先设定的程序做出判断。
它提供全面直观的设备工作状况显示及监控，速度与电流的动态曲线图形等；记录历史故障，分析故障原因，提示排除故障能够采取的可能步骤；记录分析每个电气设备的工作频率与故障频率，提出即将发生更换备件的时间计划记录设备操作时间，记录设备每次发生故障时的状态与工作参数，供进一步分析用。
全中文显示，正常时显示起重机运行参数，并可进行人机对话操作。
故障时显示并记录故障发生顺序、故障发生时间、可能故障点及可能故障原因。
既有图形显示也有文字显示。
电气系统的PLC软件设计
模块化、标准化是程序设计的基本思想，起重机电气控制系统的程序设计在吸收国外先进思想的基础上又进行了大步改进，使得本系统的PLC软件思路先进，可靠实用，并且有很好的可扩展性，使系统功能的增加与减少变得举手之劳。
以故障监测为中心，将故障分级管理，引出3个故障停车过程的概念和3个停车请求的概念，并有明确的物理含义和逻辑关系。
以下描述的故障保护与停车过程等概念对每个运动机构都是相同的。
故障保护的停车过程
系统定义有3种故障停车过程：
●ST1:
1级停车过程
●ST2:
2级停车过程
●ST3:
3级停车过程
3种停车过程各不相同，每个过程都只有在停车结束，且引起停车请求的故障消除后才能取消。
ST1停车过程：
⑴立即关闭制动器，停止机构的运动。
⑵使该机构相关的器件回复到安全状态。
该过程是机械停车过程，引起它的故障不允许进行电气停车，如调速器故障、熔丝断故障等。
发生ST1停车时电气元件的动作：
---机构的主继电器失电
---机构的主接触器失电
---制动器接触器失电
---关闭输入到变频器的所有信号。
ST2停车：
⑴关闭制动器，迅速停止机构的运动。
⑵零速度给定输入到变频器。
该过程是机械电气停车过程，这类故障与电气传动设备无关。
发生ST2停车时电气系统的动作：
—制动器接触器失电
—“斜坡复位”信号送往变频器，导致电机在电流限幅值下停车。
ST3停车过程:
⑴机构沿斜坡停止。
⑵停止后将变频器回复到安全状态。
该过程是电气斜坡制动过程。
ST3停车时电气系统的动作：
--变频器速度给定信号逐步复位到零（在马达转速接近零速时制动器自动关闭）
制动器关闭后：
--主继电器失电
--主接触器失电
--制动器接触器失电
--关闭到变频器的信号
停车请求
系统定义有3类停车请求：
●SR1：
一类停车请求
●SR2：
二类停车请求
●SR3：
三类停车请求
停车请求并非故障，不需要复位。
一类停车请求SR1:
引起一级停车过程ST1。
引起SR1请求的事件：
分闸按钮按下。
二类停车请求SR2:
引起二级停车过程ST2。
引起SR2请求的事件:
达到工作极限，如：
停车限位动作、起升超重，防撞开关动作等。
因工作极限有两个方向，因此该请求有两种情况：
SR2S2：
方向2（上升，前行，右行）停车请求，只有该方向的限位开关信号或超重信号复位后才解除。
SR2S3：
方向3（下降，后行，左行）停车请求，只有该方向的限位开关信号复位后才解除。
三类停车请求SR3:
将引起三级停车过程。
引起SR3请求的事件：
登机门限位开关动作，系统工作方式的改变，如并车控制切换，或手动、自动定位切换等。
故障等级
系统将故障划分成3个等级：
●FLT1：
一级故障
●FLT3：
三级故障
●FLT4：
四级故障
这三个等级是按故障的严重程度和紧急性而划分的，它们将导致相应等级的停车过程发生。
新发生的任意故障都将在监控屏幕上显示并打印出来。
系统记忆的故障，只有在相应的故障源消除，并按下“复位”按钮后才能消除。
一级故障FLT1:
FLT1将引发ST1停车过程，第一组（GROUP1）控制柜的FLT1故障将导致所有机构进行ST1停车，其他组（GROUP3-7）的FLT1故障
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