CN101565930A - 垂直升降开启桥的活动桥跨升降装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种垂直升降开启桥的活动桥跨升降装置，包括控制模块、位移检测模块和变频器、电机、卷筒组成的升降机构，所述升降机构为四组且分别设置在活动桥跨的四个角，与每组升降机构相对的桥跨塔架上均设置一个位移检测模块，每个位移检测模块的输出端均连接控制模块的输入端。本发明结构简单、易于安装维护，其自动化水平高，可以与以PLC、和微处理器为核心的各种控制模块组成更复杂的控制系统，其应用范围广，性价比高。由于其为四吊点均衡同步提升，不仅可以应用在垂直升降桥活动桥跨的提升或下降，也可以应用在大型运架起重船对数千吨桥梁实施多组独立卷扬抬吊作业、大型闸门组或大型铁路起重机控制系统中。

Description

垂直升降开启桥的活动桥跨升降装置

技术领域

本发明属于垂直升降开启桥活动桥跨均衡提升技术领域，尤其是一种垂直升降开启桥的活动桥跨升降装置。

背景技术

随着社会的发展，人们在流经城市的河流上修建很多的跨河桥梁，但为了满足河流航运的需要，这些跨河桥梁采用的是可开启式的桥梁，比如：平旋式、竖旋式和垂直升降式等不同开启形式的桥梁，其中，垂直升降开启桥因其结构简单、施工方便、成本低得到了广泛的应用。早期的垂直升降开启桥完全由操作人员手工操作进行活动桥跨的升降，但为了实现活动桥跨的均衡提升，靠手工操作非常的困难。为了解决活动桥跨的均衡同步提升问题，人们提出了一种“电轴”提升装置，如图5所示，其主要由两组设置在桥跨塔架上的升降机构组成，在活动桥跨两个窄边上分别连接一升降机构，每个升降机构的结构是：活动桥跨4窄边上的两个角均通过缆绳连接一卷筒2，该两个卷筒的主轴刚性连接且同步转动并通过减速器与一主电机连接，该主电机的输出轴与辅电机的输出轴刚性连接且同步转动，该两组升降机构中的辅电机转子线圈相互连接。其控制过程是：两组升降机构的运行速度不一致时，两台辅电机转子线圈中的感应电动势出现差值，速度较慢的辅电机进入电动状态，增加拖动功率，使该组升降机构的运行速度加快；速度较快的辅电机进入发电状态，辅电机动力特性转变成负载特性，增加拖动阻力，使另一组升降机构运行速度降低，通过这样的调整，使两组升降机构的运行速度趋于一致。但该结构并不能完全实现两组升降机构对活动桥跨的均衡同步提升，而且每组升降机构中设置的两台电机使整体结构变的复杂，而且两根刚性连接的主轴要求特殊材料制成，其整体建造成本较高。

随着变频器、PLC等新型控制器件的出现，人们对上述结构进行了改进，如图6所示，主要是去掉了辅电机，增加了以光电编码器为核心的位移检测模块3和由速度设定模块、比较放大模块和偏差调整模块组成的控制模块，升降机构的每个电机均连接一变频器，该变频器的控制端连接控制模块。位移检测模块设置在桥跨塔架上，活动桥跨通过采样钢缆和采样轮将活动桥跨的竖直运动量转换为光电编码器的转动计数量，并输送至比较放大模块，该比较放大模块将活动桥跨两窄边分别设置的位移检测模块输入的位移数据进行比较放大，然后输送至偏差调整模块，该偏差调整模块将比较放大后的位移数据和速度设定模块给定的右侧升降机构的主电机速度信号合成为左侧升降机构中变频器的频率信号，该频率信号使左侧主电机改变速度，并最终使两侧升降机构主电机运行速度的偏差值控制在允许范围内。该结构严格来说，依然是一个两点均衡同步提升装置，虽然其控制性能较“电轴”提升装置有很大的提高，但由图中可知，活动桥跨每窄边连接的两个卷筒的主轴为刚性连接，这意味着其整体结构复杂、制造成本高，而且每个主电机的输出轴较长，几乎与开启桥同宽，其工作扭矩大，对电机输出轴本身的材料要求高，接头连接件要求高，轴的同心度不易保证。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单、易于安装维护且能精确控制活动桥跨均衡同步提升的垂直升降开启桥的活动桥跨升降装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种垂直升降开启桥的活动桥跨升降装置，包括控制模块、位移检测模块和变频器、电机、卷筒组成的升降机构，所述位移检测模块的输出端连接控制模块的输入端，控制模块电连接变频器，变频器的输入端连接市电，变频器的输出端电连接电机，其特征在于：所述升降机构为四组且分别设置在活动桥跨的四个角，与每组升降机构相对的桥跨塔架上均设置一个位移检测模块，每个位移检测模块的输出端均连接控制模块的输入端，所述每组升降机构均为以下结构：卷筒通过其上缠绕的缆绳连接活动桥跨的一个角，卷筒的主轴通过减速器连接电机的输出轴，变频器电连接控制模块。

而且，所述变频器内置有PG反馈卡，所述电机输出轴连接一测速发电机的输入轴，该测速发电机的电力输出端通过电压变换模块连接变频器的频率设定电位器输入接口，该变频器的频率设定电流输入接口连接控制模块的输出端。

而且，所述控制模块为工控计算机，该工控计算机内置有PC-7412和SSC-5X86H板卡，工控计算机与每个位移检测模块和每个升降机构中变频器之间均为以下连接关系：

工控计算机中的SSC-5X86H的RS485接口连接位移检测模块的输出端；

工控计算机中的PC-7412的D/A接口通过电压/电流变换模块连接变频器的频率设定电流输入接口。

而且，所述工控计算机还连接有显示模块和按键模块，该显示模块连接SSC-5X86H板卡的VGA端口，该按键模块电连接工控计算机内置的PC-7505板卡的输入端口。

而且，所述测速发电机与电压变换模块的连接关系是：

测速发电机的X输出端连接第三二极管D3和第六二极管D6的一端，第三二极管D3的另一端连接第二二极管D2、第一二极管D1、第二电阻R2、第二电容C2、第一电容C1和第一滑动变阻器RX1的一端，第二二极管D2的另一端连接测速发电机的Y输出端和第五二极管D5的一端，第一二极管D1的另一端连接测速发电机的Z输出端和第四二极管D4的一端，第六二极管D6、第五二极管D5、第四二极管D4、第二电阻R2、第二电容C2和第一滑动变阻器RX1的另一端均连接变频器第11引脚，第一电容C1的另一端连接第一滑动变阻器RX1的滑动端和第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端连接变频器的第12引脚。

而且，所述变频器的型号是5000G11S。

本发明的优点和有益效果为：

1.本装置在活动桥跨的四个角均设置一组升降机构，每组升降机构均由卷筒、电机、变频器组成，该四组升降机构由工控计算机进行集中控制和偏差调整，与传统的升降机构比较，每组的升降机构结构简单、易于安装维护，其控制过程自动化水平高、精度高。

2.本装置中与每组升降机构相对的桥跨塔架上均设置一个位移检测模块，每个位移检测模块将活动桥跨一个角的竖直位移数据转换为光电编码器的转动数据并输入至控制模块，该控制模块根据桥跨塔架上设置的四个位移检测模块输入数据的偏差输出四组电流控制信号，该四组控制信号分别输入至每组升降机构中的变频器并与每组升降机构中的测速发电机通过电压变换模块输入变频器频率设定电位器输入接口的反馈信号进行减运算，该运算结果由变频器输出后调整每个电机的转速。上述控制过程实现了活动桥跨的四吊点均衡同步升降，其偏差小，对活动桥跨制造材料的扭矩小。

3.本发明结构简单、易于安装维护，其自动化水平高，可以与以PLC、和微处理器为核心的各种控制模块组成更复杂的控制系统，其应用范围广，性价比高。由于其为四吊点均衡同步提升，不仅可以应用在垂直升降桥活动桥跨的提升或下降，也可以应用在大型运架起重船对数千吨桥梁实施多组独立卷扬抬吊作业、大型闸门组或大型铁路起重机控制系统中。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为控制模块与每组升降机构中的变频器及该升降机构相对应的位移检测模块的电路连接方框图；

图3为一组升降机构中变频器、电机和测速发电机的电路连接原理图；

图4为控制模块预存储的控制软件的工作流程图；

图5为现有技术中的一种提升装置的结构示意图；

图6为现有技术中的另一种提升装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种垂直升降开启桥的活动桥跨升降装置，如图1～3所示，包括控制模块、位移检测模块3和变频器、电机1、卷筒2组成的升降机构，该位移控制模块的输出端连接控制模块的输入端，控制模块电连接变频器，变频器的输入端连接市电，变频器的输出端电连接电机，本发明的创新在于：前述升降机构为四组且分别设置在活动桥跨4的四个角，与每组升降机构相对的桥跨塔架(图1中未画出)上均设置一个位移检测模块，四个位移检测模块的输出端均连接控制模块的输入端。

每组升降机构均为以下结构：

如图1所示，卷筒通过其上缠绕的缆绳连接活动桥跨的一个角，卷筒的主轴通过减速器连接电机的输出轴；如图2所示，图中虚线内的部分为升降机构1中变频器、电机和控制模块的连接关系，其它升降机构省略，电机的电力输入端连接内置有PG反馈卡的变频器的输出端，该变频器的频率设定电流输入接口连接控制模块的输出端，该变频器的频率设定电位器输入接口通过电压变换模块连接测速发电机的电力输出端，该测速发电机的输入轴连接电机的输出轴。

控制模块为工控计算机，该工控计算机内置有8位独立8路光隔电压电流D/A转换板PC-7412和工控主板ICP SSC-5X86H两块板卡，工控计算机与每个位移检测模块和每个升降机构中变频器之间均为以下连接关系：

工控计算机中的SSC-5X86H的RS485接口连接位移检测模块的输出端；

工控计算机中的PC-7412的D/A接口通过电压/电流变换模块连接变频器的频率设定电流输入接口。

在工控计算机还连接有显示模块和按键模块，该显示模块连接SSC-5X86H板卡的VGA端口，该按键模块电连接工控计算机内置的光电隔离16入/16出开关量板PC-7505板卡的输入端口，该PC-7505板卡输出活动桥跨的上升控制信号、下降控制信号和开启/关闭电源等信号，该PC-7505板卡还可以与由微处理器或PLC为核心的下位控制模块组成复杂的控制系统，比如：可通过PLC接收开启桥两端入口处的安全门栅的开启/关闭信号、活动桥跨的到顶/到底信号和活动桥跨下降到最低位时的锁紧信号等，然后该PLC将系列信号通过PC-7505板卡反馈到工控计算机中的显示模块供操作人员浏览及分析判断。

本实施例中，电机为11KW的三相交流异步电机，变频器为带有PG反馈卡的5000G11S，如图3所示，市电的三相交流电分别输入至变频器的L1/R、L2/S和L3/T端口，控制模块通过一电压/电流变换模块连接变频器的C1和第11引脚，变频器的三相交流输出端U、V和W电连接电机的电力输入端，该电机的输出轴连接测速发电机的输入轴，该测速发电机、电压变换电路和变频器的连接关系是：

测速发电机的X输出端连接第三二极管D3和第六二极管D6的一端，第三二极管D3的另一端连接第二二极管D2、第一二极管D1、第二电阻R2、第二电容C2、第一电容C1和第一滑动变阻器RX1的一端，第二二极管D2的另一端连接测速发电机的Y输出端和第五二极管D5的一端，第一二极管D1的另一端连接测速发电机的Z输出端和第四二极管D4的一端，第六二极管D6、第五二极管D5、第四二极管D4、第二电阻R2、第二电容C2和第一滑动变阻器RX1的另一端均连接变频器第11引脚，第一电容C1的另一端连接第一滑动变阻器RX1的滑动端和第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端连接变频器的第1 2引脚。

控制模块预存储的控制软件的工作流程图如图4所示：

1.程序开始；

2.硬件通电，准备工作；

3.A01：工控计算机的显示模块显示目前状态；

4.根据按键判断：

(1)起桥

A03：工控计算机控制活动桥跨四角分别设置的升降机构，电压负反馈回路：

工控计算机输出电流信号If经每个变频器转换为Ui，每个电机同轴的测速发电机转动发出的电力经电压变换模块变换得到Uf，变频器中的PG反馈单元将(Ui-Uf)作为电机转速的控制信号以实现电机转速稳定；电流负反馈回路：

工控计算机接收四个位移检测模块实时得到的活动桥跨位移信号经计数器通讯接口模块转换的符合485规范的信号，接收完毕后对该四个信号进行高度偏差分析处理，分析处理后工控计算机输出经调整后的If分别至四个变频器的频率调整电流输入接口以实现活动桥跨的均衡同步提升。

上升是否完成？

上升动作完成，程序跳转至A01处继续执行；

上升动作未完成，程序跳转至A03处继续执行。

(2)降桥

A02：工控计算机控制活动桥跨四角分别设置的升降机构，电压负反馈回路：

工控计算机输出电流信号If经每个变频器转换为Ui，每个电机同轴的测速发电机转动发出的电力经电压变换模块变换得到Uf，变频器中的PG反馈单元将(Ui-Uf)作为电机转速的控制信号以实现电机转速稳定；电流负反馈回路：

工控计算机接收四个位移检测模块实时得到的活动桥跨位移信号经计数器通讯接口模块转换的符合485规范的信号，接收完毕后对该四个信号进行高度偏差分析处理，分析处理后工控计算机输出经调整后的If分别至四个变频器的频率设定电流输入接口以实现活动桥跨的均衡同步下降。

下降是否完成？

下降动作完成，程序跳转至A01处继续执行；

下降动作未完成，程序跳转至A02处继续执行。

本发明中活动桥跨四吊点均衡同步提升是通过双闭环控制回路实现的，下面分别对两个闭环控制回路的原理进行描述：

1.电压负反馈回路

每一组升降机构中的变频器接收来自工控计算机的控制信号If，该If信号被变频器内部电路变换为Ui；电机同轴的测速发电机发出的电力经电压变换模块变换为Uf并输入至变频器的频率设定电位器输入接口，变频器内部的PG反馈卡以(Ui-Uf)作为电机转速的实际控制信号以实现电机转速稳定。

2.电流负反馈回路

每一组升降机构外侧的桥跨塔架上设置的位移检测模块均输出一活动桥跨的位移信号，该信号经计数器通讯接口模块转换的符合485规范的信号并输入至工控计算机内，工控计算机对四个位移信号的高度偏差分析处理，分析处理完成后，工控计算机将调整后的If分别输入至四个变频器的频率设定电流输入接口以实现活动桥跨的均衡同步提升或下降。

由上述电压负反馈回路和电流负反馈回路组成的双闭环控制回路有效地保证了活动桥跨提升或下降时的四吊点的偏差较小，使活动桥跨所受扭力减小，提高了使用寿命，而且该控制系统中的各电器均为市售且安装、维护方便。

Claims (6)

1、一种垂直升降开启桥的活动桥跨升降装置，包括控制模块、位移检测模块和变频器、电机、卷筒组成的升降机构，所述位移检测模块的输出端连接控制模块的输入端，控制模块电连接变频器，变频器的输入端连接市电，变频器的输出端电连接电机，其特征在于：所述升降机构为四组且分别设置在活动桥跨的四个角，与每组升降机构相对的桥跨塔架上均设置一个位移检测模块，每个位移检测模块的输出端均连接控制模块的输入端，所述每组升降机构均为以下结构：卷筒通过其上缠绕的缆绳连接活动桥跨的一个角，卷筒的主轴通过减速器连接电机的输出轴，变频器电连接控制模块。

2、根据权利要求1所述的垂直升降开启桥的活动桥跨升降装置，其特征在于：所述变频器内置有PG反馈卡，所述电机输出轴连接一测速发电机的输入轴，该测速发电机的电力输出端通过电压变换模块连接变频器的频率设定电位器输入接口，该变频器的频率设定电流输入接口连接控制模块的输出端。

3、根据权利要求1或2所述的垂直升降开启桥的活动桥跨升降装置，其特征在于：所述控制模块为工控计算机，该工控计算机内置有PC-7412和SSC-5X86H板卡，工控计算机与每个位移检测模块和每个升降机构中变频器之间均为以下连接关系：

工控计算机中的SSC-5X86H的RS485接口连接位移检测模块的输出端；

工控计算机中的PC-7412的D/A接口通过电压/电流变换模块连接变频器的频率设定电流输入接口。

4、根据权利要求2所述的垂直升降开启桥的活动桥跨升降装置，其特征在于：所述工控计算机还连接有显示模块和按键模块，该显示模块连接SSC-5X86H板卡的VGA端口，该按键模块电连接工控计算机内置的PC-7505板卡的输入端口。

5、根据权利要求1所述的垂直升降开启桥的活动桥跨升降装置，其特征在于：所述测速发电机与电压变换模块的连接关系是：

测速发电机的X输出端连接第三二极管D3和第六二极管D6的一端，第三二极管D3的另一端连接第二二极管D2、第一二极管D1、第二电阻R2、第二电容C2、第一电容C1和第一滑动变阻器RX1的一端，第二二极管D2的另一端连接测速发电机的Y输出端和第五二极管D5的一端，第一二极管D1的另一端连接测速发电机的Z输出端和第四二极管D4的一端，第六二极管D6、第五二极管D5、第四二极管D4、第二电阻R2、第二电容C2和第一滑动变阻器RX1的另一端均连接变频器第11引脚，第一电容C1的另一端连接第一滑动变阻器RX1的滑动端和第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端连接变频器的第12引脚。

6、根据权利要求1或2或或3或5所述的垂直升降开启桥的活动桥跨升降装置，其特征在于：所述变频器的型号是5000G11S。

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