自动化控制在启闭机电控的应用

自动化控制在启闭机电控的应用摘要：目前启闭机作为水库和水电站闸门起吊设备，是防洪泄洪的主要关键设备，由于闸门跨度较大，许多都采用双电机双吊点工作方式，如果在闸门起吊时两吊点的水平度超过5度，闸门将会被卡住；由于闸门在水下，容易堆积泥垢和滋生青苔，造成起吊时载荷成倍增加，这就需要电机的过载能力和电气的过载能力相应增加；由于闸门和中控室距离较远，许多都是几公里甚至十几公里，中控室或现场操作对水下闸门不能直观观察。为了防止以上问题发生，确保在关键时刻设备正常运行，现以独山排涝应急工程排涝闸TQ2*800kN台车式启闭机电控系统为例，详细讲解电气自动化对以上问题的解决方案。关键词：自动化；工程案例；调速方案1、工程案例1）本启闭设备型式为台车卷扬式启闭机，由主起升机构、行走机构、抓梁电缆卷筒、台车架、电气部分及其它附件组成。主起升构电动机通过联轴器驱动减速器、开式齿轮、使双联卷筒转动，以收放钢丝绳，钢丝绳通过滑轮组使动滑轮升降以达到闸门启闭的目的。本启闭机为满足工程对闸门启闭过程的时间要求，主起升机构采用先进的变频技术。启闭机在轻载空载运行过程中，电动机能以约1.8倍的速度运转，而在机构的启制动及速度变换时，又能用平缓的加减速过渡以减小冲击。主起升机构上设置有载荷检测装置，该装置可以在现控柜上显示荷载值并输出供中控，同时根据设定或调整，输出空轻载与重载接点，将启闭机荷载状态信号传递给PLC，用以改变启闭机的运行速度。启闭机采用机械同步方式2）设备基本特性与参数启闭机型式：双吊点台车卷扬式额定启门力：2X800kN扬程：15m电动机特性型式、功率、转速：YZP250M2-8,37kw,735r.p.m起升速度：额定2.2轻载4m/min吊点中心距:8.5m轨距：3.6m行走速度：16m/min最小行走携载：100t启闭机工作级别:Q3—中载荷传感器型式：HLF3型压式传感器高度传感器；旋转型绝对量编码器3）基本控制原理独山排涝应急工程排涝闸TQ2*800kN台车式启闭机供电电源为三相四线+PE制(AC380V,50HZ),其中PE线专门供给变频器及PLC等第三种接地用;设有短路保护、过流保护、失压保护、配电系统过电压保护、限位保护、超速保护和过载保护。总电源回路设有总断路器带有分励脱扣线圈,在紧急状况下,只要按下电控柜门上的紧停按钮或中控室急停,就可以切断电动机回路、制动器回路、冷却风机回路的动力电源。控制及信号电源为AC220V,设置了单相隔离变压器，分别为紧停回路、各机构控制回路、PLC提供电源。本机操作设柜门按钮操作，现地控制柜门上设有起升、下降、升降停止按钮、同时在端子排子上连接外部一组合按钮站，需要时可以在组合按钮站上来控制起升、下降、升降停止，现地控制柜上设有变频器故障复位按钮。设有动力电源断路器合闸、启闭机起升、启闭机下降、上极限、下极限、变频器故障、变频器超频运行、并设有综合故障报警蜂鸣器。PLC接受中控室的来的起升、下降、升降停止、变频器故障复位等命令。2、调速方案本机控制系统为变频器+PLC调速方案，整机控制系统采用西门子公司的S7300系列PLC，模块化结构。SIMATICS7-300通用控制器可以节省安装空间并且具有模块化设计的特点。大量的模块可根据手头的任务被用于扩展集中系统或创建分散结构的系统，并促进备件成本效益的经济性。凭借其令人印象深刻的创新系列，SIMATICS7-300通用控制器成为了一个可以有效节省用户额外投资和维护成本的综合系统。S7-300系列CPU由于具有高处理速度，可以实现非常短的机器循环时间。CPU可以为各种应用提供合适的解决方案，客户只需为特定任务实际需要的性能付款S7-300建立在模块式的组态上，无需I/O模块的插槽规则现有丰富的模块可用于集中组态和搭配ET200M实现分布式组态。集成的PROFINET接口可以实现控制器的简单网络化，与其它运行管理等级方便的进行数据交换模块宽度窄，可以实现紧凑式的模块设计或者小型控制柜。强大的CPU能够与工业以太网/PROFINET接口、集成的工艺功能或故障防护设计集成在一起，从而避免附加投资。PLC系统配备了西门子系统的模拟量模块（SM331）采集载荷显示仪、高度显示仪来的4∽20mA模拟量数据，以便同触摸屏经profibus-DP通讯交换数据，PLC系统配备了西门子系统的CP343-1通讯模块，可以同中控室实行以太网通讯功能。也便于同中控室经工业以太网总线交换数据。PLC输入接口除接受来自按钮、限位等控制信号外，还接受各断路器、接触器、变频器、载荷显示仪、高度显示仪等辅助接点和控制接点作为整机系统的联锁和保护。PLC硬件组态和模块组成•起升机构控制各选用一台ABB公司ACS800-01-0100-3变频器驱动。ACS800提升专用变频器专用提升软件适于各类位势负载要求，低频大力矩，满足重载起动要求，零速满转矩，停车平稳，准确，多种速度给定方式，方便使用，完整的保护功能，使用安全，可靠，强大的通讯及编程能力多种可选件，满足用户组态需要。此设备传动单元上带有编码器接口卡和通讯接口模块，采用DTC直接转矩控制模式。两台变频器之间采用主/从控制方式，信号传输介质采用光纤，防止干扰。主/从应用控制传动之间的负载分配。主机通过主/从总线将命令信号和给定值（速度和转矩给定）发送给从机。主机也可由从机读取返回的状态信息，以确认运行是否正常。系统具有足够的调速硬度和良好的低频转矩特性；起升机构闭环控制的速度反馈采用增量式脉冲编码器，其基本功能是在联动状态下将来自主机和从机的位置计数值作比较，在从机中其差值通过加入一个速度修正给定（正值或负值）被消减到零，保证同步运行的精度。传动单元与PLC之间采用Profibus-DP通讯方式。变频器速度给定、超频运行频率、故障复位命令都由PLC经Profibus-DP总线以地址码的形式给定。两台起升电气原理图本机的监控系统由PLC及触摸屏组成，触摸屏采用西门子TP277系列10寸彩色屏，该屏具有连续的功能性确保自由选择理想的显示屏，具有开孔完全相同框架的宽屏，最多可为客户增加40%的显示尺寸；空间增加后增加了可在显示屏中可视化的应用部分。可实现其他新的操作概念，例如，在显示屏侧面上符合人体工程学放置的菜单栏，可调光的显示屏提供节能潜力以及新应用，例如在造船方面，在空闲时间，规范化的PROFIenergy外形允许对设备进行协调而集中关闭由于在一个框架中映射具有TIA门户的HMI和控制器，WinCCV11减少了工程量，实现信息共享及数据传输，用图形和文字实时显示故障的位置及简单处理的方法,监控各主要电器元件运行或停止的状态,变频器运行参数，各机构位置及流程数据等。触摸屏有利于操作人员、维修人员正确掌握启闭机运行状况。触摸屏部分工作画面3、结束语通过以上方案整机PLC控制，降低了故障发生频率，提高了运行可靠性。PLC对变频器和触摸屏控制和数据传输通过DP通讯，减少设备的干扰，确保设备正常运行，同时减少电气线路降低维修难度和减少故障点；通过采用ABB变频器的主从控制协议可以保证两台电机的相对同步进而保证闸门的吊点水平度。通过采用高性能高品质的S7-300可编程控制器和ACC变频器保证了电气元件的较高过载性能和品质保证；通过配备的智能化电控监控系统监控各机构运行情况，并能对发生的故障进行及时反映，引导维修人员进行快速检修，同时也把相关的设备状态通过以太网通讯功能实时的反映到中控室。