（海南核电有限公司维修处海南省570000）
摘要：人桥吊车作为核电厂转运燃料的专用起重设备，在核电厂装卸料期间起着至关重要的作用。它采用PLC及变频器等电控设备控制吊车工作。本文结合核电站人桥吊车，浅析电控技术在起重设备上的应用，望能够对相关工作人员有一定的借鉴作用。
关键词：人桥吊车；PLC；变频器；电气控制
Abstract：asaspecialliftingequipmentofthenuclearpowerplant,thebridgecraneisaspecialliftingequipment,whichplaysanimportantroleintheloadingandunloadingofthenuclearpowerplant.ItusesPLCandfrequencyconverterandotherelectroniccontrolequipmenttocontroltheworkofthecrane.Inthispaper,combinedwiththenuclearpowerplantbridgecrane,applicationofelectroniccontroltechnologyinliftingequipment,hopetohaveacertainreferencetorelatedstaff.
Keywords：bridgecrane;PLC;inverter;electriccontrol
1.人桥吊车概述
人桥吊车为2t双梁桥式起重机，属核级起重机，主要用于换料作业期间吊运、周转、装卸燃料组件及乏燃料组件，服务于燃料水池与燃料转运仓之间。人桥吊车主要由桥架、大车运行机构、小车、电气设备和悬挂走台五大部份组成。其类似于桥式吊车，用于在燃料厂房中沿X、Y、Z三个方向水下操作燃料组件和相关组件，它在充满水的乏燃料贮存水池上方工作，池中装有直立的乏燃料贮存格架和相关设备。利用悬挂在吊钩上的长杆工具，在各种不同高度位置操作燃料组件及相关组件。其电气控制部分主要集中在操作台及吊车顶部安装的电气控制柜内。
2.人桥吊车电气控制
在人桥吊车的电气控制系统中，其电源从PMC系统的动力配电盘配电，动力电源是三相三线制380V，50Hz。用于仪表、控制、信号的电气设备，按其所要求的电压供电，电源从PMC系统配电柜配电柜配出的380V经降压、整流而来。吊车采用变频器作为变频调速电源，用PLC作为控制及保护装置，用鼠笼式三相异步电动机做为驱动设备。这种模式提高了设备的操作精度、可靠性和稳定度。
操作人员通过按钮盒或吊车控制台控制吊车的各项操作。控制台与悬挂按钮控制盒不能同时操作，在控制柜上设置转换开关，互相联锁。
2.1伺服电机驱动
人桥吊车大车、小车和起升机构采用SEW伺服电机驱动装置，SEW伺服驱动装置采用SEW软件MotionStudio,通过USB11P编程电缆，连接驱动装置前面的XT口进行编程。一部分的电机驱动装置的参数是由PLC发送到驱动装置。驱动装置设置由驱动装置上的应用程序和PLC程序中的驱动装置参数共同组成的。
大车、小车运行电机采用Stearns电气制动器。Stearns制动器采用弹簧紧闸和电气释放结构形式，能够锁住电机轴。
设计采用PLC控制变频器操作吊车大车、小车及起升机构电机的运行，四台变频器的输入口均接在PLC上，再由四台变频器分别控制相应的电动机。吊车的PLC控制原理如图1所示。
图1吊车的PLC控制原理
大车、小车和起升吊钩位置各采用两个编码器来监测，两个编码器位置信息通过profibus电缆输入PLC。PLC始终监测所有位置编码器。此信息用于设置大车和小车可以在其中运行的安全边界区域。如果起升机构在上限位（倘若满足所有联锁条件），大车和小车可以无任何危险的以快速正常运行。在边界之前的慢速区，是当接近边界时为操作人员提供更安全的控制区域。
通过PLC监测所有位置编码器的位置及考虑吊车运行安全，人桥吊车设置下列联锁：
（1）大、小车运行和起升运行连锁、三个方向中的任意两个运动不能同时进行；
（2）不准大车和起升运行在高速挡启动；
（3）当吊钩不在上部位置时，不准大、小车运动；
（4）当超载、钢丝绳松弛开关、上部限位开关、安全上部限位开关、下部限位开关动作和安全制动器释放（制动）时，起升运行停止；
（5）当手动装置从其存放位置上移开或进行手动操作时，自动切断吊车电；。
（6）当走台门和舱盖打开时，禁止吊车电动操作；
（7）当运行到与相邻辅助吊车相接触时，吊车运动自动停止。
2.2控制台
人桥吊车采用24V直流供电模块。一个24V直流（10安培）电源用来为控制柜中的控制电路、紧急停车监控继电器、大车、小车、起升机构驱动装置和PLC输入/输出模块提供电力。第二个24V直流（5安培）电源用来为profibus网络系统和以太网交换机提供电力。第三个24V直流（5安培）电源用来为控制台中的触摸屏提供电力。
在人桥吊车控制台上采用“操纵手柄”形式来控制大车、小车和起升机构的运动。操纵手柄设计为对电机驱动器进行变速控制，操纵手柄与中心位置（关）偏移越远速度越快。在给控制台通电之前需要检查操纵手柄的平稳操作。手柄处在零位时，如果不拔起手柄底部的按钮，手柄无法动作。为防止外部材料/碎片进入操纵手柄内部，在每次操作之前都应该检查橡胶保护罩是否有裂痕、撕破和创孔。
人桥吊车控制采用SIEMENSSTEP-7300可编程逻辑控制器该控制程序用SimaticManager软件写成，与操作人员图形界面软件直接通讯。当控制柜通电，PLC通电，并且所有条件满足，PLC的CPU模块的两个系统状态指示灯显示为绿色。当有总线故障或者系统故障，PLC的CPU模块的BF和SF灯会显示为红色。
使用SIEMENS的PLC和一个SIEMENS操作面板执行控制系统。PLC是完全固态并执行所有控制和联锁。SIEMENS触摸屏执行操作员的所有不需要机械开关处理的接口功能。控制系统包括几个硬接线的继电器和内部PLC继电器。
大车大车、小车和起升运行分别由各自的电机驱动装置控制。在正常操作中，PLC通profibus总线网络对驱动装置进行控制。在互锁旁路状态下，PLC被旁路，此时通过继电器控制驱动装置。驱动装置的输入由旁路继电器接触激活。当启动操作手柄，此输入使驱动装置以固定的慢速进行操作。
2.3互锁旁路
起升机构、大车和小车的所有三个运动的联锁装置和边界极限可以通过触发一个钥匙开关（S112）来设置旁路。在此模式下，各种限位保护以及联锁功能失效，各机构只能在固定的慢速条件下运行。该钥匙开关的原理是如果PLC失灵，用此开关旁路PLC并将人桥吊车置于安全的工况。
3.人桥吊车常见问题分析
（1）问题现象：某电厂在装料前演练阶段，人桥吊车抓取组件时出现欠载报警；装料阶段，人桥吊仅带抓具时出现欠载报警。
问题原因及处理方法：在吊车调试阶段PLC程序中输入的燃料组件重量值为燃料组件本身重量，应该输入燃料组件在水中的重量，在PLC程序中修改燃料组件重量值，欠载报警就能消除。
人桥吊车PLC程序中有一个空载与带载的逻辑判断，在操作过程中，如果操作员放下一组燃料组件后没有将钩子降至松绳报警就起升吊钩，PLC程序仍然判定吊钩带载，而实际吊钩已处于空载状态，故出现欠载报警，此报警需通过松绳或通过人桥吊控制箱中量程选择（1t转2t）来复位。
（2）问题现象：某电厂在进行装料前演练时，假组件触碰到转运水闸门底面，装料期间人桥吊车多次出现起升干涉报警。
问题原因：为了在燃料转运过程中更好的保护燃料组件，防止人因失误引起的燃料组件磕碰等事件的发生。在设计PLC程序时，PLC根据监测到的位置编码器信息，设置人桥吊车空载情况下，起升吊钩高度在0-4030mm，不会触发起升干涉报警，其他位置则会触发起升干涉报警；
带载时，起升吊钩必须升到上限位才不会触发起升干涉，其他位置均会出现起升干涉报警，防止在燃料组件未完全吊起的情况下平移燃料组件，从而减小燃料组件误碰的风险。
4.结语
随着电控技术在吊车设备中应用的普及，提高了吊车设备的操作精度、可靠性、安全性和稳定度，但也由此带来了一些电气方面的故障。熟悉吊车电控元件的工作原理对解决吊车电气故障至关重要。
参考文献
[1]崔维群，S7-300/400可编程控制原理与运用。北京：北京航空航天大学出版社，2008
[2]EJ/1801-1993核电厂用起重机设计准则【S】.1993