受黑龙江省航务管理局委托，交通部水运科学研究院为其设计 500t 内河龙海号浮式起重机，该大型起重船体长 60.50m 、型宽 26m 、吊臂高 47m 、起升高度 25m ，双钩最大起重量为500t , 该浮式起重机是黑龙江省政府为开辟黑龙江省哈尔滨一大庆一齐齐哈尔地区制造的大型设备水上运输通道，确保经济持续稳定发展而采取的举措。
1.结构特点
500t 浮式起重机属于非回转型结构，见图1，系统主要由起重机和船体 2 部分组成
2.主要技术参数
总长 60.50m
型宽 26.00m
型深 3.4Om
空载吃水 1.25m
作业平均吃水 2.15m
起重量 50Ot
全程变幅时间 28 min
主起升速度 14m/min
副起升速度 50m/ min
作业范围（水上） 25m
3.电气系统设计
50Ot 浮式起重机按照重大件装备研制开发的，集机械、电气、液压、光电、计算机、信息、通讯于一体，组成 1 套人机协调的复杂系统。该起重机主要由船体、前臂架、人字架、吊钩平台等金属结构及变幅机构、起升机构、索具机构、锚定机构等组成，其中电气控制系统包括运动控制和通讯管理 2 部分，涵盖了变幅起升作业系统、安全保护系统、通讯传输系统。 500t 浮式起重电气传动与控制单线图如图 2 所示。
3.1 自动作业系统
该机作业系统需控制较多的机构有时序的动作，其必然要求控制准确、反馈迅速、安全可靠，同时，为了提高工作效率及工作性能，电气核心主体采用 PLC 、变频控制方案。 PLC 控制可实现设备的控制、数据监测、数据处理、数据传送等多种功能，在电气室、司机室的触摸屏上可实时显示工作状态、船体数据、故障信息等，实现作业系统的信息管理。变频调速范围广、调速精度高、动态响应好，变频器控制正在精确速度控制与节能应用中发挥着提升工艺质量和生产效率的显著作用。
本项目中PLC为西门子的 SIMATIC S7 - 300CP315一 2DP 用于整个系统的流程控制， PLC 与 PC 之间的通讯通过 CPU 模块上的通讯口采用MPI电缆与PC的通讯连接；变频器为安川电机公司的矢量型 G7 系列，控制系统采用闭环矢量控制方案，配备的制动单元、制动电阻、编码器、 SI - P 通讯卡共同构成变频控制系统。 PLC 控制系统框图如图 3 所示
3.2 安全保护系统
鉴于此内河 500t 浮式起重机的起重量大，船体型宽、型深较小，稳定性较弱，因此，安全性能是电气设计和研制的一个重点。设备的运行稳定性、可靠性、检修的时效性是衡量其安全性的主要内容。电气设计中，着重考虑了机构的安全保护、行程保护、防风装置、船体倾覆装置及操作安全装置。
( 1 ）为了防止误触操作手柄而使设备行走，换挡开关附带有零位锁定装置；为了防止设备远距离操作的失误，在其主要机构处均安装有急停开关及现场操作，且急停开关直接硬线接人电路，不输入到 PLC 系统，这样可以确保急停时准确、可靠；主要机构均设置有减速、停止等行程保护装置，使得变幅、起升等动作及时停车，确保每个机构操作安全到位。
( 2 ）为了达到防风安全要求，装船机上安装有数字风速仪，实时检测风速，并将信号输人至 PLC 系统中。当有大风袭来，风速仪预警，并将自动启动 PI 尤防风保护程序；在风速超过安全操作规程规定范围后， PLC 切断相关供电回路，使起重设备无法启动，进一步确保安全；必要时需牢系船体锚机、进入船泊等措施进行防风。
( 3 ）防止起重机在吊载的过程中由于重物的原因，船体前部受力下沉，后部上扬，为了提高浮式起重机的整体稳定胜及操作安全性，通常需要在船体后部船舱加水配重找平。因此，在机构及电气设计时，增加船体纵横检测设备及船体后部船舱加水配重系统。该浮式起重机采用船体纵横信号输人 PLC 综合控制，当船体达到纵倾、横倾的设计预制角度后，显示系统会自动显示需要配重的船舱，并及时通知浮式起重机水手进行船舱注水、排水工作，从而提高船体的稳定性，达到了整体安全性要求。
3.3 通讯传输系统
50Ot 浮式起重机通讯传输系统是 l 个包含船体及起重机前后方设备的集成控制域，涵盖有船体系统及起重机设备运行、监控系统。通讯传输系统采用设备级现场总线 PROFIBUS 一 DP 作为通讯总线， RS双线 PROfIBUS 电缆、波特率 19 600 Kbit/S 的传输技术，使得船体系统的操作、起重机指令实时传送控制系统及显示系统，接收设备即刻显示当前状态。为提高双方控制指令的质量，部分关键信号同时采取硬接线方式传输，一旦前方设备出现故障，后方操作人员可及时切断后方运行指令，确保安全运行的要求。图 4 为通讯传输系统拓扑图。
4.制造及调试
4.1 变频器容量与负载相匹配
变频器容量的大小与电动机及负载性质有关联。相同容量的变频器驱动电动机的能力因电动机所带负载性质的不同而不同，相同功率的电动机，因负载性质不同所需变频器的容量也不相同。变频器已直接地给出了适合驱动电动机的额定功率和其视在功率，对于平方转矩类负载，例如风机、水泵，所需的变频器的容量可按电动机功率来选择相应的变频器；对于具有位势提升类负载，安全胜能要求高的设备，在变频器容量的选择及确定时必须进行核算，包括制动方式、制动单元、制动电阻，同时还需校验电动机短时间起动机械惯量较大的负载；电动机频繁进行加、减速；在短的加减速时间内，电机最大电流与变频器的过载容量。
4.2 制动单元及制动电阻的选用
为变频系统配备制动单元、制动电阻的方法可以根据变频器的指导经验公式来获得，通常提升负载类制动功率为变频器功率的 45 % ，机械传动负载制动功率为变频器功率的 20 ％。一般在施工图设计时必须根据负载转动惯量、制动时间、制动速度等具体数据来核算其制动性能，该核算都是从工程的角度来考虑的。因此，在实际的应用时需要结合现场的具体情况进行适当的改动，最终形成较经济适用的选择方案 。
4.3 自学习的重要性
变频器自学习功能也称作自识别功能和优化功能。自识别是对受控电机的内部参数进行检测，然后建模，优化功能是对受控电机做动态的测试，以确定闭环传递函数，使变频器与受控电机组成的传动系统，获得最佳的动静态指标。在条件允许的情况下，有恒定输出特性的电机和有高精度用途要求时，脱开机械负载的旋转型自学习是非常必要的。通过自学习，变频器可获得绕组电阻、线间电阻、电感、转差率、漏电抗等参数，这样，可以充分保证负载在高速（额定旋转数的 90 ％以上）范围内达到速度及力矩的精度，从而避免电磁噪声、电机振动等控制不稳定的问题。
5.结束语
目前， 500t 浮式起重机已经交付用户使用。 2008 年 8 月，首次在哈尔滨港务局码头吊装货物，将哈尔滨电机厂制造的 438t 发电设备成功吊运到内河驳船上，通过近 1 000 km 的内河运输， 龙海号 被成功托运到黑龙江抚远港； 9 月 3 日在抚远水城，龙海号又将该发电设备成功地从内河驳船吊运到江海运输船 木兰号 上，使用和运营清况良好该机电气系统的研制充分吸收了成熟技术，并认真听取了用户的反馈意见，使产品在使用的可靠性、安全睦和操纵的舒适性以及维修的方便 J 险等方面均有了很大提高，其系统设计和制作工艺均达到国内先进水平。