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摘要：本文介绍了一种新型海工绕桩式起重机的电气控制系统，详细介绍了该系统的结构组成、电气控制、DP总线通信、系统主要功能以及控制方式等。该系统具有较高的智能性、易操作性、易维护性、易扩展性等特点。
关键词：起重机;电气控制;海工;繞桩;DP总线
引言：随着全球各国对海洋产业的不断开发，大型海工装备的需求也是越来越迫切。
目前在我国大力扶持海工装备的大环境下，我们的海洋产业布局已初步形成，但大型海工装备的产品设计开发能力与国外差距仍然较大，其核心技术，基本上仍然被欧美企业所垄断。
大型海工装备的发展与应用，必然离不开其电气控制系统的发展，因此，研发一种具备安全可靠、操作方便、技术先进、便于维护、易于扩展等特点的设备电气控制系统，尤为重要。
1 系统简述
该新型海工绕桩式起重机的电气控制系统，采用西门子最新控制器S7-1500 CPU，外加分布式单元ET200，配合其各扩展模块和各种外部传感器等，通过DP总线，硬件组网;同时，通过Profinet网络，连接西门子15’触摸屏和工控机;同时配有无线遥控器，其接收器通过DP总线接入控制器CPU;以上，共同组成较为先进的起重机电气控制系统。
2 系统优点
该起重机电气控制系统，设备的主要传感器采用数字化接口，通过DP工业总线和主控制器S7-1500 CPU组网;并在司机室内设有触摸显示屏，在机器房内设有工控机，通过PROFINET联网，接入CPU控制系统。
该电气控制系统可设置设备的主要技术参数，可实时显示设备的运行状态，实时监控设备的各项技术指标，同时，大大提高了系统的可操作性、可维护性、可扩展性，数据传输更高效，抗干扰能力更强，电气布线则更为简单，控制更为集中。
该起重机电气控制系统，起重机结构部分示意图见图一。
起重机电气控制系统示意图见图二。
3 系统组成
1.底座部分：采用大直径国内厂家研发的新型中心滑环，将海工平台上的动力电源/控制电源/控制信号等引入起重机司机室和机器房;中心滑环上设有Ethernet网口，将起重机上的CCTV监控视频信号，传输至海工平台上的中控室。闭路电视监控系统（英文：Closed-Circuit Television，缩写CCTV）
示图二中：A把船上动力电源传输给图二中C;A把动力电源传输给图二中C;A把船上控制电源传输给B，通过A，船上和B交互控制信号，并把CCTV信号传输给船上。
2.司机室：内设有控制箱CC1，配置有西门子最新控制器S7-1500 CPU以及扩展模块，多功能比例阀放大器，和其它电气控制元器件。外部的主要模拟量/开关量信号等（主要模拟量包含液压温度传感器/液位传感器，电手柄信号/风速传感器/电机温度传感器/电机电流信号等，主要开关量信号包含：系统开关/急停/电机启停/吊钩转换开关/吊人模式开关/冷却风扇自动和手动控制等），都接入该控制器，通过完善、可靠的电气控制系统软件，集中控制起重机的各执行机构动作。
内设有联动台LCD/RCD，配有既满足人体工程学又安全可靠的电比例操作手柄、以及按钮、指示灯等。
内设有触摸显示屏，通过PROFINET联网，接入S7-1500 CPU控制系统，可设置设备的主要技术参数（包含：主钩限位设置/副钩限位设置/回转限位设置/各动作延时设置/设备维护强制等），可实时显示设备的运行状态，实时监控设备的各项技术指标。并集成力矩仪功能，控制/保护起重机各工作半径下的负载吊重，具体是通过力传感器计算出吊钩实际负载，再通过变幅编码器算出起重机吊钩工作幅度，通过控制内部数据处理，比较当前幅度下的吊钩实际负载与额定负载，进而对起重机进行力矩超载保护。
设有CCTV监控屏，通过下设的各个监控摄像头，直观的画面监控起重机各主要部件的运行状态。
内设有无线遥控器接收器，通过DP总线，接入主控CPU。DP总线，用于现场层的高速数据传送点对点的通信
内设有冷暖空调、舒适的可调节座椅等其它设施，满足起重机操作员的人性化需求。
3.机器房：内设有控制箱CC2，配有分布式单元ET200及其扩展模块等，通过DP总线与司机室内的主控CPU联网。
内设有启动箱SC1/SC2，采用ABB全智型PST软启动器，控制启动主泵电机M1/M2，两主泵电机还可以一备一用，当一台故障时，另外一台可以降负荷运行。
内设有工控机，通过PROFINET联网，接入CPU控制系统，集中设置和监控起重机状态参数。同时，和司机室内的触摸屏，还具备冗余功能。当任一设备出现故障时，可以通过另外一台设备工作，不影响整机所有功能。
内设有冷暖空调，液压电磁阀/电比例阀/液压冷却风扇电机/各传感器/检测开关等辅助电气设备。
4.回转平台部分：设有主绞车编码器和凸轮限位开关，使主钩上限/下限，具有双重保护（编码器限位和凸轮开关限位，两套独立的限位），编码器还具备使系统显示主钩运行速度，超速保护，主钩起升高度，上限位减速/下限位减速等功能;
设有副绞车编码器和凸轮限位开关，使副钩上限/下限具有双重保护，编码器还具备使系统显示副钩运行速度，超速保护，副钩起升高度，上限位减速/下限位减速等功能;
设有回转编码器，具备使系统实时显示回转运行速度，回转角度，吊臂搁置位置确认，以及局部回转限位等功能;
设有变幅编码器，具备使系统实时显示变幅运行速度，变幅角度，变幅按需求减速，参与力矩仪控制等功能;
以上编码器，均通过DP总线与司机室内的主控CPU联网。
5.吊臂部分：设有主钩拉力传感器，副钩销轴力传感器，参与力矩仪控制等功能，具备使系统实时显示主钩/副钩实际吊重信息，并控制/保护超载，具备主钩/副钩钢丝绳防松等功能。 设有伸缩拉线编码器，具备使系统实时显示吊臂伸缩运行速度，吊臂伸缩到位检测，伸缩长度，按需求减速等功能;
设有插销位移传感器，具备使系统实时显示插销伸缩运行速度，插销伸缩到位检测，插销伸缩长度等功能;并结合伸缩拉线编码器，完成吊臂伸缩控制功能。
以上编码器，均通过DP总线与司机室内的主控CPU联网。
6.CCTV：设有绞车固定枪式高清摄像头，吊钩随动式枪式高清摄像头，机房球式可旋转角度摄像头，接入司机室CCTV主机，结合司机室内监控显示器，
直观的实时监控起重机各主要部件的运行状态。
7.其它：设有液压压力传感器若干/液压油箱液位传感器/液压油油温传感器，以及起重机照明系统等，为起重机提供完善的辅助功能服务。
8.无线遥控器：可移动式，可配有双电池，更换电池时，保证控制器不停机;控制器有线和无线模式，可选择切换，满足不同工况需求;具有控制器电池电量实时显示，低电量报警功能;控制使能开关，急停，实时通讯检测，等完善的保护功能;无极调速电手柄，可对液压比例阀精确、平稳控制;配置显示屏，显示系统状态、参数信息和报警信息等;人性化工程学设计，人性化背带，有效减少操作人员的疲劳感。
当有特殊吊重需要，在司机室内操作视线不够直观时，可使用该无线遥控器，近距离进行观察/吊重作业。
4 工作流程
以起重机主钩上升为例，说明工作流程如下：
起重机上电自检通过，准备启动完成，准备就绪后，操作员确认图二中B无异常报警发生，操作图二中B联动台RCD上的电手柄，手柄信号输入控制箱CC1内CPU1500控制器，通过控制器内部数据处理，输出信号到控制箱CC1内的比例阀放大器，放大器再输出信号到图二中C的对应比例阀，进而控制绞车马达，使主钩上升。图二中D绞车上的编码器信号，经过DP总线，进入图二中C的ET200分站单元，数据再通过DP网络进入图二中B的控制箱CC1内CPU1500控制器，经过控制器内部软件的数据处理后，在触摸屏上实时显示主钩高度/速度等信息，以及实现限位前预减速，限位停止控制等。图二中E主钩拉力传感器和图二中D变幅编码器信号，通过DP网络进入图二中B的控制箱CC1内CPU1500控制器，经过控制器内部软件的数据处理后，在触摸屏上实时显示主钩负载重量/幅度半径等信息，进行主钩的超载控制功能，保护起重机工作的安全性。
参考文献：
[1] 林韶东 简析起重机电气控制系统的设计 大科技. 2011（06）：380-381
[2] 瞿音;楊龙霞;邓梅;张晓群;陈琳 船用起重机制造技术探讨[J] 船舶标准化工程师 2018年06期
[3] 鲁金龙 大型船用起重机安全保护技术的研究[D] 大连海事大学 2012年
[4] 张兴 基于PLC的船用起重机电气控制系统研究与设计[D] 武汉工程大学 2017年
关键词：起重机;电气控制;海工;繞桩;DP总线
引言：随着全球各国对海洋产业的不断开发，大型海工装备的需求也是越来越迫切。
目前在我国大力扶持海工装备的大环境下，我们的海洋产业布局已初步形成，但大型海工装备的产品设计开发能力与国外差距仍然较大，其核心技术，基本上仍然被欧美企业所垄断。
大型海工装备的发展与应用，必然离不开其电气控制系统的发展，因此，研发一种具备安全可靠、操作方便、技术先进、便于维护、易于扩展等特点的设备电气控制系统，尤为重要。
1 系统简述
该新型海工绕桩式起重机的电气控制系统，采用西门子最新控制器S7-1500 CPU，外加分布式单元ET200，配合其各扩展模块和各种外部传感器等，通过DP总线，硬件组网;同时，通过Profinet网络，连接西门子15’触摸屏和工控机;同时配有无线遥控器，其接收器通过DP总线接入控制器CPU;以上，共同组成较为先进的起重机电气控制系统。
2 系统优点
该起重机电气控制系统，设备的主要传感器采用数字化接口，通过DP工业总线和主控制器S7-1500 CPU组网;并在司机室内设有触摸显示屏，在机器房内设有工控机，通过PROFINET联网，接入CPU控制系统。
该电气控制系统可设置设备的主要技术参数，可实时显示设备的运行状态，实时监控设备的各项技术指标，同时，大大提高了系统的可操作性、可维护性、可扩展性，数据传输更高效，抗干扰能力更强，电气布线则更为简单，控制更为集中。
该起重机电气控制系统，起重机结构部分示意图见图一。
起重机电气控制系统示意图见图二。
3 系统组成
1.底座部分：采用大直径国内厂家研发的新型中心滑环，将海工平台上的动力电源/控制电源/控制信号等引入起重机司机室和机器房;中心滑环上设有Ethernet网口，将起重机上的CCTV监控视频信号，传输至海工平台上的中控室。闭路电视监控系统（英文：Closed-Circuit Television，缩写CCTV）
示图二中：A把船上动力电源传输给图二中C;A把动力电源传输给图二中C;A把船上控制电源传输给B，通过A，船上和B交互控制信号，并把CCTV信号传输给船上。
2.司机室：内设有控制箱CC1，配置有西门子最新控制器S7-1500 CPU以及扩展模块，多功能比例阀放大器，和其它电气控制元器件。外部的主要模拟量/开关量信号等（主要模拟量包含液压温度传感器/液位传感器，电手柄信号/风速传感器/电机温度传感器/电机电流信号等，主要开关量信号包含：系统开关/急停/电机启停/吊钩转换开关/吊人模式开关/冷却风扇自动和手动控制等），都接入该控制器，通过完善、可靠的电气控制系统软件，集中控制起重机的各执行机构动作。
内设有联动台LCD/RCD，配有既满足人体工程学又安全可靠的电比例操作手柄、以及按钮、指示灯等。
内设有触摸显示屏，通过PROFINET联网，接入S7-1500 CPU控制系统，可设置设备的主要技术参数（包含：主钩限位设置/副钩限位设置/回转限位设置/各动作延时设置/设备维护强制等），可实时显示设备的运行状态，实时监控设备的各项技术指标。并集成力矩仪功能，控制/保护起重机各工作半径下的负载吊重，具体是通过力传感器计算出吊钩实际负载，再通过变幅编码器算出起重机吊钩工作幅度，通过控制内部数据处理，比较当前幅度下的吊钩实际负载与额定负载，进而对起重机进行力矩超载保护。
设有CCTV监控屏，通过下设的各个监控摄像头，直观的画面监控起重机各主要部件的运行状态。
内设有无线遥控器接收器，通过DP总线，接入主控CPU。DP总线，用于现场层的高速数据传送点对点的通信
内设有冷暖空调、舒适的可调节座椅等其它设施，满足起重机操作员的人性化需求。
3.机器房：内设有控制箱CC2，配有分布式单元ET200及其扩展模块等，通过DP总线与司机室内的主控CPU联网。
内设有启动箱SC1/SC2，采用ABB全智型PST软启动器，控制启动主泵电机M1/M2，两主泵电机还可以一备一用，当一台故障时，另外一台可以降负荷运行。
内设有工控机，通过PROFINET联网，接入CPU控制系统，集中设置和监控起重机状态参数。同时，和司机室内的触摸屏，还具备冗余功能。当任一设备出现故障时，可以通过另外一台设备工作，不影响整机所有功能。
内设有冷暖空调，液压电磁阀/电比例阀/液压冷却风扇电机/各传感器/检测开关等辅助电气设备。
4.回转平台部分：设有主绞车编码器和凸轮限位开关，使主钩上限/下限，具有双重保护（编码器限位和凸轮开关限位，两套独立的限位），编码器还具备使系统显示主钩运行速度，超速保护，主钩起升高度，上限位减速/下限位减速等功能;
设有副绞车编码器和凸轮限位开关，使副钩上限/下限具有双重保护，编码器还具备使系统显示副钩运行速度，超速保护，副钩起升高度，上限位减速/下限位减速等功能;
设有回转编码器，具备使系统实时显示回转运行速度，回转角度，吊臂搁置位置确认，以及局部回转限位等功能;
设有变幅编码器，具备使系统实时显示变幅运行速度，变幅角度，变幅按需求减速，参与力矩仪控制等功能;
以上编码器，均通过DP总线与司机室内的主控CPU联网。
5.吊臂部分：设有主钩拉力传感器，副钩销轴力传感器，参与力矩仪控制等功能，具备使系统实时显示主钩/副钩实际吊重信息，并控制/保护超载，具备主钩/副钩钢丝绳防松等功能。 设有伸缩拉线编码器，具备使系统实时显示吊臂伸缩运行速度，吊臂伸缩到位检测，伸缩长度，按需求减速等功能;
设有插销位移传感器，具备使系统实时显示插销伸缩运行速度，插销伸缩到位检测，插销伸缩长度等功能;并结合伸缩拉线编码器，完成吊臂伸缩控制功能。
以上编码器，均通过DP总线与司机室内的主控CPU联网。
6.CCTV：设有绞车固定枪式高清摄像头，吊钩随动式枪式高清摄像头，机房球式可旋转角度摄像头，接入司机室CCTV主机，结合司机室内监控显示器，
直观的实时监控起重机各主要部件的运行状态。
7.其它：设有液压压力传感器若干/液压油箱液位传感器/液压油油温传感器，以及起重机照明系统等，为起重机提供完善的辅助功能服务。
8.无线遥控器：可移动式，可配有双电池，更换电池时，保证控制器不停机;控制器有线和无线模式，可选择切换，满足不同工况需求;具有控制器电池电量实时显示，低电量报警功能;控制使能开关，急停，实时通讯检测，等完善的保护功能;无极调速电手柄，可对液压比例阀精确、平稳控制;配置显示屏，显示系统状态、参数信息和报警信息等;人性化工程学设计，人性化背带，有效减少操作人员的疲劳感。
当有特殊吊重需要，在司机室内操作视线不够直观时，可使用该无线遥控器，近距离进行观察/吊重作业。
4 工作流程
以起重机主钩上升为例，说明工作流程如下：
起重机上电自检通过，准备启动完成，准备就绪后，操作员确认图二中B无异常报警发生，操作图二中B联动台RCD上的电手柄，手柄信号输入控制箱CC1内CPU1500控制器，通过控制器内部数据处理，输出信号到控制箱CC1内的比例阀放大器，放大器再输出信号到图二中C的对应比例阀，进而控制绞车马达，使主钩上升。图二中D绞车上的编码器信号，经过DP总线，进入图二中C的ET200分站单元，数据再通过DP网络进入图二中B的控制箱CC1内CPU1500控制器，经过控制器内部软件的数据处理后，在触摸屏上实时显示主钩高度/速度等信息，以及实现限位前预减速，限位停止控制等。图二中E主钩拉力传感器和图二中D变幅编码器信号，通过DP网络进入图二中B的控制箱CC1内CPU1500控制器，经过控制器内部软件的数据处理后，在触摸屏上实时显示主钩负载重量/幅度半径等信息，进行主钩的超载控制功能，保护起重机工作的安全性。
参考文献：
[1] 林韶东 简析起重机电气控制系统的设计 大科技. 2011（06）：380-381
[2] 瞿音;楊龙霞;邓梅;张晓群;陈琳 船用起重机制造技术探讨[J] 船舶标准化工程师 2018年06期
[3] 鲁金龙 大型船用起重机安全保护技术的研究[D] 大连海事大学 2012年
[4] 张兴 基于PLC的船用起重机电气控制系统研究与设计[D] 武汉工程大学 2017年