2_1250_250kN门式启闭机的控制系统

2 1250/250kN门式启闭机的控制系统

水利部郑州水工机械厂 陆纪国 夏文彦

随着起重机械的不断发展,传统的控制技术已不能满足某些重要行业对起重设备的要求。为此,对现代控制技术的合理利用,己逐渐成为现今行业内生产厂及各相关企业普遍关注的问题。同时,新的控制系统更在不断地被研发出来。下面就长江三峡左岸电站起重设备的设计进行叙述。

1 系统组成

三峡2 1250/250kN双向门式启闭机(以下简称启闭机)安装在左岸电站厂房尾水平台82m 高程。启闭机设有独立运行的主小车,主小车起升机构的启闭力为2 1250kN,在 型启闭机下游左侧, 型启闭机上游右侧各设有1台250kN的回转起重机。

根据启闭机的用途及其机构设置情况,其主要控制系统由主小车起升机构、小车运行机构、回转起升机构控制系统、回转运行机构、大车运行机构、PLC、开度载荷信号检测系统、自动挂钩梁及大车夹轨器等控制系统组成。

2 控制技术

如图1所示,该启闭机的控制系统采用了PLC +触摸显示面板+现场总线+变频调速等一系列先进的控制技术。PLC是整个控制系统的核心,全面控制启闭机的运行;触摸显示面板对启闭机进行全面监控,包括启闭机各机构的运行指示信号、起升机构实时载荷检测、即时闸门开度显示、自动挂钩梁穿脱销行程显示及故障诊断显示等;主起升机构采用变频调速,变频器和PLC通过PROFIB US-DP 现场总线通讯,其他机构为普通电机转子串电阻调速。

2 1 变频器

变频器选用西门子6ES70系列工程型变频器,采用速度闭环及能耗制动。由于水利启闭机与普通起重机运行工况有差异,变频器制动单元和制动电阻的选型亦有所不同,故其功率为200kW。2 2 PLC

该系统中的PLC采用西门子S7-300,中央处理单元为CPU315。其中S7-300是模块化中小型PLC系统,能满足中等性能要求的应用。其显著特点是结构紧凑、功能强、速度快、扩展灵活,加上多界面的网络能力,

应用十分灵活。

图1 门机控制系统硬件组成图

2 3 HMI人机接口

启闭机控制系统中配置的人机接口为西门子的SI MATIC TP系列彩色触摸操作面板。

由于使用了触摸操作面板,使启闭机的监控与操作更简便,可随时观察启闭机各机构的运行状况,并由输入域随时修改运行参数或通过触摸按钮起动某些机构。触摸操作面板的画面采用网页式设计,浏览画面像上网一样简单。

2 4 现场总线与变频调速

为了使启闭机控制系统作出快速响应,系统中采用了现场总线通讯技术,用PROFIBUS-DP总线将PLC、变频器、人机接口连接起来,实现用数字连接的分布式控制系统。主要特点如下:

(1)由于变频器的控制信号、状态信号及给定值、实际值均通过总线以数字量的方式和PLC进行传输,可提高信号传输精度和响应速度,降低现场信号连接的工作量及费用,使安装、调试和设备维护更方便。

(2)由于水利启闭机的扬程较高,传统的定速启闭机在空载、满载时采用同一速度,效率很低。采用变频调速后,满载时为额定速度,空载时速度

增加1倍,效率大大提高。

(3)PLC和变频器配合使用,起动时变频器先运行,待起升转矩建立起来后PLC使制动器松闸;制动时PLC检测电机的转速,待转速为零时使制动器合闸。这样,实现了软起制动,增加了起制动的安全性,提高了制动器使用寿命。

(4)变频器本身具有完善的保护功能,可保证启闭机的主起升机构安全可靠地运行。

2 5 自动挂钩梁控制

在自动挂钩梁控制系统中,采用了水平传感器,检测挂钩梁的水平度。一旦挂钩梁倾斜超过水平仪的设定值,水平仪即报警,要求调整,在调平之后方可继续运行。挂钩梁就位传感器采用新型接近开关,能准确反应挂钩梁的就位状况;穿脱销行程检测传感器具有双重保护,既有接近开关的动作信号指示,又有穿脱销行程位置检测的数字信号显示,提高了信号检测的可靠性。同时,其全新的密封技术,可保证它在水下更可靠地工作。

3 程序设计

PLC程序设计包括PROFIB US-DP总线网络通讯程序、继电器逻辑控制程序、载荷监控显示程序和起升开度监控显示程序。网络通讯程序实现PLC 和变频器的通讯;逻辑控制程序控制小车运行机构、回转起升与运行机构、大车运行机构、自动挂钩梁与大车夹轨器、防撞机构、集中润滑等机构的运行,以及系统保护、故障诊断报警等。系统PLC 编程环境为西门子的STEP5V5 1软件,控制程序采用梯形图设计,简单、直观,可读性强,便于维护。H MI人机接口的编程环境为PROTOOLV5 1组态软件。软件设计的主要特点如下:

(1)设有PLC故障保护接点,启闭机运行中一旦PLC出现故障,控制回路立即断电,切断启闭机各机构的控制电源,停止运行。

(2)启闭机紧急停车时,设有硬件保护使变频器关断和软件保护。

(3)变频器的运行频率及故障信号以通讯方式传送到触摸显示面板,操作人员可随时了解变频器的运行情况。一旦变频器报故障,即停止运行。当故障处理完毕后操作人员可通过触摸面板上的按钮 故障复位 清除故障。

(4)起升机构开度信号由卷筒轴上的绝对值编码器直接进入PLC模块,由开度处理子程序对其进行修正,处理后直接送触摸显示面板显示。

(5)操作人员可通过触摸显示面板上的 设定开度 输入域设定任意开度值,当起升机构上升至设定开度时,即自动停止上升。

(6)自动挂钩梁的就位、穿销到位、脱销到位及穿销行程信号直接进入PLC的数字量模块和模拟量模块,经程序处理后的信号动态的显示在自动挂钩梁画面的相应位置处。

(7)启闭机运行过程中的保护信号、终端限位信号以及故障诊断信号均以报警信息或事件信息的方式用动态窗口形式弹出提醒操作人员。

(8)启闭机的操作注意事项、日常维护准则以帮助的形式显示在触摸显示面板上。

4 结束语

现代控制技术在起重机上的应用,使操作人员在司机室通过触摸显示面板即可掌握整机的运行情况,并随时作出相应的操作,调整设备的工作状态,及时发现并解决故障,提高了设备的可操作性和可维护性。同时,起升开度信号、自动挂钩梁检测信号直接进入PLC,减少了中间环节,提高了系统的可靠性。三峡左岸电站尾水启闭机经过近2个月的运行,各项技术得以验证并取得了良好效果。

作 者:陆纪国

地 址:郑州市棉纺路22号

邮 编:450052

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