黑龙江省内河500t浮式起重机集机械、电气、液压、光电、计算机、信息、通讯于一体，组成一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、走道平台等金属结构及变幅机构、主起升机构、副起升机构、索具机构等组成，其中电气控制系统包括运动控制和通讯管理两大部分，涵盖了变幅起升作业系统、安全保护系统、通讯传输系统。内河500t浮式起重电气传动与控制单线图如图2所示。
2．1自动作业系统
500t浮式起重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Siemens的SIMATIC S7-300 CP315-2DP，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YASKAWA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。
2．2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、防船体倾覆装置及操作安全装置。
2．2．1行程保护装置
为了防止误触操作手柄而使设备行走，换档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，急停开关直接硬线接入电路，不输人到PLC系统，这样可以确保急停时准确、可靠；主要机构处均设置有减速、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。
2．2．2防风装置
为了达到防风安全要求，装船机上安装有数字风速仪，其实时检测风速，并将信号输入至PLC系统中，当有大风袭来，风速仪预警，通知操作人员注意，并自动启动PLC防风保护程序；在风速超过安全操作规程规定范围外后，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；有必要时可采用牢系船体锚机、进入船泊等措施进行防风。
2．2．3防船体倾覆装置
为了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性及操作安全性，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倾信号输入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，达到整体安全性要求。
2．3通讯传输系统
内河500t浮式起重机通讯传输系统是一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-DP作为通讯总线，RS双线PROFIBUS电缆、波特率19600kbit／s的传输技术，使得船体系统的操作及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。
3.制造及调试
3．1变频器容量与负载相匹配
根据经验可知，变频器容量的大小与电动机及负载性质是有关联的。通常而言，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的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，安全性能要求高的设备，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，同时还需校验以下情况：(1)电动机短时间起动机械惯量较大的负载；(2)电动机频繁进行加、减速；(3)在短的加减速时间内，电机最大电流与变频器的过载容量。
3．2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，最终形成一个经济适用的选择方案。
3．3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。
4.结束语
黑龙江省内河500t浮式起重机 龙海号 已经交付用户使用。2008年8月18日， 龙海号 浮式起重船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1000km的内河运输， 龙海号 被成功托运到黑龙江抚远港；9月3日在我国 东方第一港 抚远港， 龙海号 又将该发电设备成功的从内河驳船吊运到江海运输船 木兰号 上， 龙海号 使用和运营情况良好。随后， 龙海号 浮式起重船一直在抚远作业。
内河500t浮式起重机 龙海号 的电气系统的研制充分吸收了已有成熟技术，并认真听取了用户的反馈意见，使产品在使用的可靠性、安全性和操纵的舒适性以及维修的方便性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。