水電站壩頂門機控制系統(tǒng)的電氣改造

摘 要：起重機在吊裝深孔檢修門、吊裝高孔閘門及檢修門，以實現(xiàn)泄洪功能和配合閘門的檢修維護發(fā)揮了巨大作用，然而此門機運行時間較長，機械設(shè)備磨損嚴(yán)重、電氣設(shè)備老化嚴(yán)重，急需進行徹底改造。由于電氣方面存在著上述的許多缺陷及安全隱患，對起重機的安全運行直接構(gòu)成了威脅，文章從如何對整車電氣來一次徹底的大修改造，提高整車的可靠性、安全性，使起重機能夠安全運行進行闡述。

關(guān)鍵詞：電氣改造；電氣控制系統(tǒng)；起升機

1 門機電氣改造項目匯總

通過對現(xiàn)場的考察了解，以及通過對原始設(shè)計圖紙的分析，電氣改造項目匯總?cè)缦拢海?）起升電動機更換為變頻電機，包括底座及聯(lián)軸器的改造。（2）所有機構(gòu)控制屏及電源控制箱全部更換。更換為新式電控柜，變頻器、PLC、斷路器、接觸器、繼電氣等全部安裝于控制柜內(nèi)。控制柜主要包括：總隔離開關(guān)箱、總控制柜、PLC控制柜、起升控制柜、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)控制柜、大車控制柜、小車控制柜。變頻器采用西門子最新全數(shù)字矢量變頻器S120系列產(chǎn)品，PLC采用西門子S7-300產(chǎn)品，主要組件開關(guān)、繼電氣、接觸器等采用施耐德產(chǎn)品。（3）變頻器制動電阻全部采用不銹鋼制動電阻器。（4）所有限位器及聯(lián)鎖保護裝置全部更換。（5）門機梁內(nèi)外照明燈具及照明線路全部更換。所有燈具選用起重機專用防震燈具。（6）接線箱全部更換。（7）司機室內(nèi)聯(lián)動臺及電氣設(shè)備全部更換。（8）整車電線電纜全部更換。包括船用電纜、屏蔽電纜、通訊電纜等。（9）更換起升超載顯示限制器，使超載保護起到應(yīng)有的保護作用。（10）起重機設(shè)綜合監(jiān)測系統(tǒng)，具有完善的運行狀態(tài)及故障檢測顯示系統(tǒng)，采用10英寸液晶中文彩色觸摸屏顯示起重機工作狀態(tài)、顯示故障、監(jiān)控故障記錄等和觸摸屏功能選擇。

2 電氣改造方案說明

2.1 電氣改造方案總述

根據(jù)改造要求，起重機的所有機構(gòu)電氣系統(tǒng)改造為“PLC+變頻器傳動+邏輯控制+通訊控制”組成的控制系統(tǒng)。我公司將對起重機的整車電氣系統(tǒng)重新進行設(shè)計，變頻器及低壓組件選型將根據(jù)門機的工況特點重新進行計算、選型，要求質(zhì)量可靠、耐用，并且電氣設(shè)備要故障率低。使改造后的設(shè)備，無論從性能上，還是從技術(shù)含量上，都達到當(dāng)代起重機的技術(shù)水平。變頻器采用西門子最新全數(shù)字式矢量變頻器S120系列產(chǎn)品，PLC采用西門子S7-300產(chǎn)品。主要低壓電氣元件選用施耐德公司的產(chǎn)品，電阻器采用優(yōu)質(zhì)不銹鋼電阻。

起重機的起升和旋轉(zhuǎn)起升采用變頻調(diào)速加PLC可編程控制系統(tǒng)。運行機構(gòu)采用變頻調(diào)速加PLC可編程控制系統(tǒng)。起升及運行調(diào)速系統(tǒng)采用1：10的調(diào)速范圍，主令操作采用無級有檔調(diào)速控制方式。

變頻器采用全數(shù)字式參數(shù)設(shè)定，能夠?qū)﹄妱訖C參數(shù)自動識別，具有速度的附加給定功能，在全速度范圍進行±5%范圍內(nèi)的微調(diào)修正；調(diào)速裝置具有高轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度和零轉(zhuǎn)速時能夠輸出額定轉(zhuǎn)矩以防止抱閘制動時的溜鉤現(xiàn)象。變頻器內(nèi)部的保護功能應(yīng)設(shè)置完備（如短路保護、過流保護、過載保護、低電壓保護、過電壓保護、缺相保護、漏電流保護、過熱保護、掉電保護等）。對機械設(shè)備的沖擊小，噪聲和振動低等特性，且具有起重行業(yè)完備的各種保護功能，可靠性高。兩臺起重機的電氣控制水平，應(yīng)達到目前國內(nèi)起重機行業(yè)的先進水平。

所有電纜全部更換，固定電纜采用CFR船用電纜，信號線采用屏蔽電纜，通訊電纜采用專用通訊電纜，接地電纜采用黃綠接地線等。

整機基本采用變頻調(diào)速，PLC控制，司機室配置全中文綜合故障監(jiān)視儀。

起升機構(gòu)采用西門子公司生產(chǎn)的S120系列變頻調(diào)速系統(tǒng)，運行機構(gòu)采用西門子公司生產(chǎn)的S120系列變頻調(diào)速系統(tǒng)。采用西門子公司生產(chǎn)的S7-300系列PLC，控制各機構(gòu)執(zhí)行調(diào)速控制。

變頻器上帶有編碼器接口和通訊接口模塊，采用閉環(huán)矢量控制模式，速度反饋來自增量式脈沖編碼器；變頻器與PLC之間采用Profibus-DP通訊方式，PLC適時讀取變頻器的數(shù)據(jù)，并通過輸入給PLC的主令控制器信號控制變頻器的頻率及電動機的轉(zhuǎn)速。

大車、小車除控制端為PLC控制配合變頻控制，保證運行機構(gòu)運行穩(wěn)定。

2.2 電氣控制系統(tǒng)說明

2.2.1 配電系統(tǒng)。進線處設(shè)進線隔離開關(guān)，然后分兩路，一路為工作回路，設(shè)總斷路器、總電源接觸器及各機構(gòu)的由刀熔開關(guān)保護變頻器組成的動力回路、220V控制回路、24V控制回路等，另一路為照明輔助回路，包括380V、220V、36V檢修回路、梁內(nèi)照明、橋下照明、加熱器、控制柜內(nèi)照明、風(fēng)扇等。配電控制回路中，設(shè)有整機電源的起動、停止、電鎖、緊停開關(guān)、電源指示、安全開關(guān)及緊急限位開關(guān)等環(huán)節(jié)，設(shè)有相序監(jiān)測、缺相、短路、過流、過負(fù)荷、過欠壓、接地及失壓保護。當(dāng)供電電源中斷時自動斷開總回路。檢修及照明回路與工作回路分別供電，這樣主回路檢修時檢修電源可以正常供電。

2.2.2 主起升機構(gòu)改造方案。主起升機構(gòu)采用數(shù)字式的參數(shù)設(shè)定和帶編碼器的閉環(huán)控制變頻調(diào)速系統(tǒng)；變頻器采用西門子S120變頻器并且?guī)ㄓ嵃?。變頻器的其他配套件包括帶快熔保護的刀熔開關(guān)、制動單元、進線電抗器等。加裝主起升上、下限旋轉(zhuǎn)限位開關(guān)，更換、調(diào)整重錘限位開關(guān)，并增設(shè)主起升超速保護開關(guān)。

起升機構(gòu)設(shè)三級限位保護，第一級為減速限位保護，變頻器減速運行；第二級為停車限位保護，變頻器停車；第三級為緊急限位保護（重錘限位），動力回路斷電，確保制動器斷電抱閘。

制動器的控制實現(xiàn)三級控制，變頻器控制+PLC控制+急停控制，確保制動器的安全動作，檢測到故障迅速抱閘。

制動器的監(jiān)測除了控制回路斷路器開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測、主回路斷路器開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測、接觸器動作監(jiān)測之外，增加制動器的打開及閉合狀態(tài)監(jiān)測。

主令控制器采用四檔給定。變頻器的速度給定范圍為10%至100%之間，對應(yīng)頻率為5Hz至50Hz。

本方案，變頻器配有制動單元、制動電阻器，可實現(xiàn)四象限運行。在下降運行時，負(fù)載的位能將全部轉(zhuǎn)換為熱能消耗在制動電阻器上。

2.2.3 運行機構(gòu)改造方案。主令控制器采用無級有檔給定，控制信號傳輸給PLC，由PLC對變頻器實現(xiàn)檔位控制。

系統(tǒng)設(shè)有以下保護：前后限位保護、零位保護、電源電壓斷相保護、失壓保護、裝置過熱保護、裝置過流保護、接地故障保護、測速機故障保護、電動機缺相保護、電機I2t過載保護、瞬時掉電保護等。

2.2.4 司機室內(nèi)設(shè)備?？刂婆_更換為新式聯(lián)動控制臺，此臺比較先進，它由左右兩個控制箱及中間一把航空座椅組成，視野開闊，占地面積小，結(jié)構(gòu)非常緊湊，并且內(nèi)部配置PLC模塊，主令控制器采用新式主令控制器，操作輕巧，司機坐在座椅上只要輕輕地操作左右兩個控制箱上的手柄即可全部完成操作過程，性能良好，安全可靠，操作靈活。

2.2.5 起重機電氣監(jiān)控系統(tǒng)。司機室內(nèi)設(shè)置起重機電氣監(jiān)控系統(tǒng)，電氣監(jiān)控系統(tǒng)能與PLC進行通訊，實現(xiàn)PLC信息的輸出、顯示。

起重機電氣監(jiān)控系統(tǒng)采用西門子10′彩色觸摸屏，安裝在司機室內(nèi)。

起重機電氣監(jiān)控系統(tǒng)具備以下功能：（1）全中文菜單界面，操作方便；（2）能對進入PLC的各種開關(guān)量及模擬量實現(xiàn)實時監(jiān)控；（3）以文本形式給出故障部位，通過文本畫面指出故障內(nèi)容及排除故障的方法，隨時查找，排除故障點，通過子畫面查閱詳細(xì)內(nèi)容，不用查閱手冊就能排除故障；（4）應(yīng)具有靈活的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能，可隨時變換監(jiān)視內(nèi)容；（5）能夠顯示各機構(gòu)的運行狀態(tài)、運行速度（頻率）、起吊重量；（6）聲音輸出，故障發(fā)生時及時提醒。