开启桥智能控制系统及其关键技术

余巍

摘要：本文介绍一种采用双叶竖转式结构形式的开启桥旧桥电气系统改造，分析了开启桥的结构特点，介绍了电气系统包括控制系统、驱动系统、视频监控系统的组成，并提出了双叶竖转式开启桥在同步控制、角度和速度控制等方面的关键技术，通过改造降低了开启时噪音，提高了开闭速度，降低了系统的故障和维修率，确保开启桥的安全稳定运行。

关键词：双叶竖转式 电气系统 同步控制 速度控制

中图分类号：TM921 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）12-0015-01

1 概述

现代开启桥的设计不仅是为满足陆地和水运两方面的通行需求，而且也是作为一种地方性的建筑景观。岐江开启桥位于中山市区横跨岐江水道，东接孙文西路与长堤路平交，西与西堤路平交，建于上世纪七十年代末期，为能便利船舶通航和车辆通行，该桥通过改造采用钢桁结构、开启形式仍采用原来双叶竖转式。

2 机构组成

开启桥机构主要由设在两个塔楼内的二台卷扬提升机构、钢桥桁架、滑轮机构、锁定机构以及电气系统组成。通过卷扬机收放钢丝绳，带动动滑轮使活动桥绕其固定轴旋转，来实现整桥的开启和合拢。

当开启桥合拢到位时，通过锁定机构锁定，保证活动桥在正常使用时的安全和平稳。锁定机构包括拱接点装配及拱座装配两部分。当开启桥的活动桥合拢到位后，拱接点装配及拱座装配的配对凹凸半圆组自动定心，使两半活动桥构成一个稳定承载结构。（如图1）

3 电气系统

开启桥电气系统主要由控制系统、驱动系统、视频监控以及安全保护等组成。

3.1 控制系统

控制系统采用AB公司的1769系列可编程控制器PLC作为系统的控制核心，PLC具备强大的数据处理能力和通讯功能。系统采15寸触摸屏作为监控系统，具有良好的可视性和操作性，用于实现开启桥状态显示、参数设置、故障检测等功能。

3.2 驱动系统

采用变频驱动，选用AB公司PowerFlex755变频器，通过电机上带有的速度传感器实现高性能矢量控制。变频器与PLC之间通过的DeviceNet通讯，实现电机的无极调速，并将电机的转速、电流、电压、报警等信息传递给PLC进行数据处理和显示。

3.3 视频监控系统

开启桥两岸各设有三台高清摄像头，并带有夜视功能和自动变焦摄功能，。操控台设有硬盘录像机和控制键盘，视频记录周期时间为15天。操作室内设一台19〃彩色液晶监视器，画面可分割切换。摄像头分别用于卷扬机房监测，路面状况监测以及水面状况监测，扩大操作人员的视野，方便安全操作运行（如图2）。

4 关键技术

4.1 同步控制技术

由于开启桥采用凹凸半圆式锁定机构，要求在打开或关闭的过程中两个桥片同步运行，旋转角度精度≤0.5°。其同步控制采用速度同步和位置同步两种方式：

速度同步通过速度编码器反馈电机速度信号给变频器，变频器通过内部处理，实现给定速度与实际速度一致（如图3）。

位置同步先建立开启桥运行虚拟主轴，两个桥片运行角度和速度跟随虚拟主轴运行，出现偏差实时修正，确保同步精度。

4.2 角度控制

开启桥的绕固定轴运行，其开启角度决定了开启的程度。开启桥运行过程中的变量只有角度和钢丝绳的长度，两者之间成函数关系，通过安装在卷扬机上的绝对值编码器对钢丝绳的长度进行计算，其公式如下：

第一步计算钢丝绳长度：

L1-----钢丝绳长度；

n1-----第一层钢丝绳圈数；

n2-----第二层钢丝绳圈数；

n3-----第三层钢丝绳圈数；

m1-----钢丝绳到2层时为1；

m2-----钢丝绳到第三层时为1；

r-----卷筒直径；

-----多层直径修正值。

第二步计算角度：

B----开启角度；

L2----桥吊点支回转中心距离；

L3----滑轮中心至回转中心距离；

L4----钢丝绳长度与滑轮组倍率比；

4.3 速度控制

开启桥运行过程中其重心与回转中心的距离将发生变化，为提高开启桥的运行效率，设定开启桥的运行速度曲线，当距离远时速度降低，当距离近时提高运行速度。

5 结语

目前，岐江开启桥的改造工作已经完成，通过现代电气控制技术改造，不仅降低了开启时噪音，提高了开闭速度，并且大大降低了系统的故障和维修率，确保了开启桥的安全稳定运行。

参考文献

[1]栾昌信.天津滨海双叶立转式开启桥施工关键技术[J].建筑机械，2012（9）：838-890.

[2]肖亮亮，李晓明，毛晓靖.基于虚轴法控制的多轴同步运动系统分析[J].电气自动化，2009（6）：5-7.