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摘要：客运专线百米定尺长钢轨是建立一流高速铁路的关键，也是高速铁路轨道技术的重要标志之一。挂梁起重机在百米定尺长钢轨的吊装过程中起到重要的作用，提高生产效率，圆满完成装车任务。
关键词：百米钢轨；挂梁起重机；联动；通讯
项目使用于轨梁厂，设备名为25t+25t A6 40m挂梁起重机。钢轨有不同的规格，轻型钢轨，钢轨材料：Q235，55Q 30kg/m，24kg/m，22kg/m,18kg/m,15kg/m，12kg/m,8kg/m;重型钢轨型号，钢轨材质：45Mn，U71Mn,钢轨规格：50kg/m，43kg/m，38kg/m，33kg/m。
钢厂按照国际上最严格的质量标准，生产高强度、高平直度、高表面质量的百米长的钢轨，为了确保百米钢轨顺利出厂，钢厂联合铁道部采用铁道部专用列车运输。25t+25t A6 40m挂梁起重机就是应用在百米钢轨装上列车时的设备。
25t+25t A6 40m挂梁起重机共两台，1#起重机在北侧，2#起重机在南侧。由于起重机吊载的是长度为百米的钢轨，怎样要把生产出来的钢轨用起重机起吊上火车成为一个难题，对于普通的起重机要实现这种作业显然不易实现，因此本次设计中使用的起重机是在传统工艺的基础上加长挂梁的长度并使用两台起重机联动的方式来实现的。
这里主要对两台挂梁起重机的电气控制进行相关设计，首先介绍下起重机的运动机构组成，起重机的运动机构包括1#起升机构、2#起升机构、大车走行机构、小车走行机构。
两起升机构用于吊载挂梁，挂梁长40米，每个起升机构的额定载荷为25吨，起升机构的吊钩定位在小车上，位于小车平台的两侧，小车盘与主梁垂直，伸出主梁一部分，这样下面的挂梁可以得到更好的稳定性，两起身机构的驱动装置采用ABB ACC800变频器,ACC800变频器的输出状态继电器分READY、RUNNING、FAULT-N三种状态，
READY在变频器不运行且准备好时为1状态，在运行时为1状态，在停止时为0状态；
RUNNING在变频器不运行且准备好时0状态，在运行时为1状态，在停止时为0状态；
FAULT-N在变频器不运行且准备好时为1状态，在运行时为1状态，在停止时为1状态,在故障时为0状态；
通过在PLC程序中使用以上状态可以控制设备安全稳定启动、运行和故障报警，并能控制抱闸安全的打开和关闭。为了使抱闸更安全，在起重机设计时要将PLC程序控制与硬件回路的控制相结合，一旦PLC软件问题导致错误硬件仍能断开抱闸电源，而且当抱闸接触器触点粘连时要控制上一级接触器断电，防止挂梁坠落。抱闸上设置限位开关，通过限位开关的状态判断抱闸的打开与否，而且也要编入逻辑控制。
两起升机构的马达一同吊载挂梁时，要求速度同步，垂直距离变化率一致，负载分担均衡，因两起升同时吊载挂梁，如任意起升力矩输出偏小另一起升必然重载运行。本系统中使用变频器主从控制方式，在输出控制上以力矩跟随为主，通过光纤通讯使两台变频器实现快速的力矩数据的传输，使从机跟随主机的转矩运行。在高度上使用绝对值编码器计量位置，当偏差值大于某值时，通过对速度的调节实现位置的调整，而且可以实现不同的偏差范围采用不同的速度调节，这样可以更快的使位置纠正回垂直高度相近。
小车机构采用ABB ACS800变频器SCALAR控制，为开环控制，实现挂梁的纵向移动，如果带单电机工作时要用DTC控制方式。
大车机构采用ABB ACS800变频器SCALAR控制，为开环控制，实现起重机主梁的横向移动。同样起升机构一样，小车和大车机构也有位置编码器和速度纠偏功能，在编程中对某位置设置运行限制，比如小车减速限位和起升减速限位及司机室位置上升限位，还可以在联动时实现两起重机的同步。大车限位保护开关包括机械开关和激光防撞装置，机械开关用于固定位置的减速和停车，激光防撞装置用于两台起重机在同一轨道上走行时保持相对距离，确保会车安全。
变频器上的通讯模块上有拨码开关，要拨STEP7硬件组态中的地址，通讯模块上面的终端电阻选择开关位于中间位置的变频器要拨到OFF，位于位于终端的变频器要拨到ON。变频器采用DP通讯控制，其速度也是以控制字的方式进行给定。为什么没有用模拟给定，主要是考虑模拟给定的控制精度不够精确，尤其是在本设备中对两台车的同步性要求较高的情况下模拟给定不适应工艺要求。
控制系统分为：司机室PLC主站、主梁内电气室PLC从站及挂梁PLC从站。通讯部分：两车联动通讯、PLC主站与PLC从站的通讯、PLC与变频器的通讯、PLC与行程编码器的通讯、PLC与变频器的通讯。
两车联动通讯采用无线工业以太网通讯技术，司机室PLC主站与主梁电气室内PLC从站的通讯为PROFIBUS DP通讯，主梁电气室内PLC从站与小车上终端的通讯为光纤通讯、小车上终端到挂梁PLC从站的通讯为PROFIBUS DP通讯。
联动作业用于完成吊载钢轨的操作，两起重机的同一机构以相同的速度完成同步操作。因联动是在一处控制两台起重机，即在一个司机室控制两台起重机或用一台遥控器控制两台起重机，进行同步操作。要保证联动时两车的安全性，在通讯中断时保证不会产生误动作,在系统中设计了两车互相确认通讯状态的环节，并考虑了出现通讯错误或中断时的故障报警及安全环节的处理办法。通讯中断后系统会自动启动备用通讯方式--有线通讯，使作业更加安全，当主备用通讯方式均失效时发出通讯中断报警，操作员还可以进行手动单独控制。
主梁内电气室到小车盘的走线因使用工字钢、小车、电缆滑线，要走的线包括信号线、动力线，电流类型分交流电、直流电。考虑滑线长度、干扰、通讯速度及小车上有大量数据信息和控制信号等因素，将电气室到小车盘的通讯方式选为光纤通讯，使用两根光纤，一用一备，当一根光纤损坏时另一根光纤自动投入通讯。小车盘上通讯盒电源线出于保证电源的纯净的原因用两芯屏蔽线，因为小车盘上的行程编码器、中继器、OLM的电源都是取自这里。
有线通讯是将两起重机的CP342-5模块通过DP通讯线相连接，然后分配好地址，在联动中实现数据通讯。当建立通讯连接时CP342-5的状态指示灯为RUN状态，将各个机构的速度给定信号、位置信号、故障信号等传送给主起重机，两起重机一个做主机，另一个就为从机，反之亦可。
无线工业以太网由SCALANCE W788和SCALANCE W744组成，W788做主，W744做从。要先调有线的通讯，用软件RST设置这两个站的IP地址及相关参数。通讯正常后在电脑上这两个站上应能看到对方，两边能互相PING到。
下面挂梁采用CPU子站而非IM153，此子站有自己的控制程序，可实现独立控制或联机子站的功能。此子站可以在挂梁和小车盘通讯中断时将主站与从站分开操作，一旦通讯中断，主站仍可以操作起升机构、大车机构、小车机构，这样可以顺利把吊钩放下去，从站可以将安全钩打开将钢轨放在安全的地方，如果有对速度要求较高的模块要处理时从站也要用CPU进行处理。
钢轨是轨道交通的重要部件，是保证列车安全、平稳、舒适、快捷运输的基础，客运专线百米定尺长钢轨是建立一流高速铁路的关键，采用百米定尺钢轨，可以比采用25米定尺钢轨减少焊接接头少3/4，也是高速铁路轨道技术的重要标志之一。挂梁起重机亦将在这一行业中发挥它的作用，提高生产效率，圆满完成装车任务。
参考文献
[1]张质文等.起重机设计手册.—北京：中国铁道出版社，1997
[2]裘为章等.实用起重机电气技术手册.—北京：机械工业出版社，2001
[3]ACS800标准应用程序7.X—北京：ABB电气传动系统有限公司,2004
关键词：百米钢轨；挂梁起重机；联动；通讯
项目使用于轨梁厂，设备名为25t+25t A6 40m挂梁起重机。钢轨有不同的规格，轻型钢轨，钢轨材料：Q235，55Q 30kg/m，24kg/m，22kg/m,18kg/m,15kg/m，12kg/m,8kg/m;重型钢轨型号，钢轨材质：45Mn，U71Mn,钢轨规格：50kg/m，43kg/m，38kg/m，33kg/m。
钢厂按照国际上最严格的质量标准，生产高强度、高平直度、高表面质量的百米长的钢轨，为了确保百米钢轨顺利出厂，钢厂联合铁道部采用铁道部专用列车运输。25t+25t A6 40m挂梁起重机就是应用在百米钢轨装上列车时的设备。
25t+25t A6 40m挂梁起重机共两台，1#起重机在北侧，2#起重机在南侧。由于起重机吊载的是长度为百米的钢轨，怎样要把生产出来的钢轨用起重机起吊上火车成为一个难题，对于普通的起重机要实现这种作业显然不易实现，因此本次设计中使用的起重机是在传统工艺的基础上加长挂梁的长度并使用两台起重机联动的方式来实现的。
这里主要对两台挂梁起重机的电气控制进行相关设计，首先介绍下起重机的运动机构组成，起重机的运动机构包括1#起升机构、2#起升机构、大车走行机构、小车走行机构。
两起升机构用于吊载挂梁，挂梁长40米，每个起升机构的额定载荷为25吨，起升机构的吊钩定位在小车上，位于小车平台的两侧，小车盘与主梁垂直，伸出主梁一部分，这样下面的挂梁可以得到更好的稳定性，两起身机构的驱动装置采用ABB ACC800变频器,ACC800变频器的输出状态继电器分READY、RUNNING、FAULT-N三种状态，
READY在变频器不运行且准备好时为1状态，在运行时为1状态，在停止时为0状态；
RUNNING在变频器不运行且准备好时0状态，在运行时为1状态，在停止时为0状态；
FAULT-N在变频器不运行且准备好时为1状态，在运行时为1状态，在停止时为1状态,在故障时为0状态；
通过在PLC程序中使用以上状态可以控制设备安全稳定启动、运行和故障报警，并能控制抱闸安全的打开和关闭。为了使抱闸更安全，在起重机设计时要将PLC程序控制与硬件回路的控制相结合，一旦PLC软件问题导致错误硬件仍能断开抱闸电源，而且当抱闸接触器触点粘连时要控制上一级接触器断电，防止挂梁坠落。抱闸上设置限位开关，通过限位开关的状态判断抱闸的打开与否，而且也要编入逻辑控制。
两起升机构的马达一同吊载挂梁时，要求速度同步，垂直距离变化率一致，负载分担均衡，因两起升同时吊载挂梁，如任意起升力矩输出偏小另一起升必然重载运行。本系统中使用变频器主从控制方式，在输出控制上以力矩跟随为主，通过光纤通讯使两台变频器实现快速的力矩数据的传输，使从机跟随主机的转矩运行。在高度上使用绝对值编码器计量位置，当偏差值大于某值时，通过对速度的调节实现位置的调整，而且可以实现不同的偏差范围采用不同的速度调节，这样可以更快的使位置纠正回垂直高度相近。
小车机构采用ABB ACS800变频器SCALAR控制，为开环控制，实现挂梁的纵向移动，如果带单电机工作时要用DTC控制方式。
大车机构采用ABB ACS800变频器SCALAR控制，为开环控制，实现起重机主梁的横向移动。同样起升机构一样，小车和大车机构也有位置编码器和速度纠偏功能，在编程中对某位置设置运行限制，比如小车减速限位和起升减速限位及司机室位置上升限位，还可以在联动时实现两起重机的同步。大车限位保护开关包括机械开关和激光防撞装置，机械开关用于固定位置的减速和停车，激光防撞装置用于两台起重机在同一轨道上走行时保持相对距离，确保会车安全。
变频器上的通讯模块上有拨码开关，要拨STEP7硬件组态中的地址，通讯模块上面的终端电阻选择开关位于中间位置的变频器要拨到OFF，位于位于终端的变频器要拨到ON。变频器采用DP通讯控制，其速度也是以控制字的方式进行给定。为什么没有用模拟给定，主要是考虑模拟给定的控制精度不够精确，尤其是在本设备中对两台车的同步性要求较高的情况下模拟给定不适应工艺要求。
控制系统分为：司机室PLC主站、主梁内电气室PLC从站及挂梁PLC从站。通讯部分：两车联动通讯、PLC主站与PLC从站的通讯、PLC与变频器的通讯、PLC与行程编码器的通讯、PLC与变频器的通讯。
两车联动通讯采用无线工业以太网通讯技术，司机室PLC主站与主梁电气室内PLC从站的通讯为PROFIBUS DP通讯，主梁电气室内PLC从站与小车上终端的通讯为光纤通讯、小车上终端到挂梁PLC从站的通讯为PROFIBUS DP通讯。
联动作业用于完成吊载钢轨的操作，两起重机的同一机构以相同的速度完成同步操作。因联动是在一处控制两台起重机，即在一个司机室控制两台起重机或用一台遥控器控制两台起重机，进行同步操作。要保证联动时两车的安全性，在通讯中断时保证不会产生误动作,在系统中设计了两车互相确认通讯状态的环节，并考虑了出现通讯错误或中断时的故障报警及安全环节的处理办法。通讯中断后系统会自动启动备用通讯方式--有线通讯，使作业更加安全，当主备用通讯方式均失效时发出通讯中断报警，操作员还可以进行手动单独控制。
主梁内电气室到小车盘的走线因使用工字钢、小车、电缆滑线，要走的线包括信号线、动力线，电流类型分交流电、直流电。考虑滑线长度、干扰、通讯速度及小车上有大量数据信息和控制信号等因素，将电气室到小车盘的通讯方式选为光纤通讯，使用两根光纤，一用一备，当一根光纤损坏时另一根光纤自动投入通讯。小车盘上通讯盒电源线出于保证电源的纯净的原因用两芯屏蔽线，因为小车盘上的行程编码器、中继器、OLM的电源都是取自这里。
有线通讯是将两起重机的CP342-5模块通过DP通讯线相连接，然后分配好地址，在联动中实现数据通讯。当建立通讯连接时CP342-5的状态指示灯为RUN状态，将各个机构的速度给定信号、位置信号、故障信号等传送给主起重机，两起重机一个做主机，另一个就为从机，反之亦可。
无线工业以太网由SCALANCE W788和SCALANCE W744组成，W788做主，W744做从。要先调有线的通讯，用软件RST设置这两个站的IP地址及相关参数。通讯正常后在电脑上这两个站上应能看到对方，两边能互相PING到。
下面挂梁采用CPU子站而非IM153，此子站有自己的控制程序，可实现独立控制或联机子站的功能。此子站可以在挂梁和小车盘通讯中断时将主站与从站分开操作，一旦通讯中断，主站仍可以操作起升机构、大车机构、小车机构，这样可以顺利把吊钩放下去，从站可以将安全钩打开将钢轨放在安全的地方，如果有对速度要求较高的模块要处理时从站也要用CPU进行处理。
钢轨是轨道交通的重要部件，是保证列车安全、平稳、舒适、快捷运输的基础，客运专线百米定尺长钢轨是建立一流高速铁路的关键，采用百米定尺钢轨，可以比采用25米定尺钢轨减少焊接接头少3/4，也是高速铁路轨道技术的重要标志之一。挂梁起重机亦将在这一行业中发挥它的作用，提高生产效率，圆满完成装车任务。
参考文献
[1]张质文等.起重机设计手册.—北京：中国铁道出版社，1997
[2]裘为章等.实用起重机电气技术手册.—北京：机械工业出版社，2001
[3]ACS800标准应用程序7.X—北京：ABB电气传动系统有限公司,2004