烏江渡發(fā)電廠(chǎng)400T門(mén)機(jī)電氣控制系統(tǒng)升級(jí)改造

【摘 ?要】壩頂400t/80t/32t門(mén)機(jī)產(chǎn)于1978年，主要用于烏江渡發(fā)電廠(chǎng)啟閉進(jìn)水口機(jī)組檢修門(mén)、左右泄檢修門(mén)、中孔檢修門(mén)、欄污柵及壩上機(jī)電設(shè)備附件，是烏江渡發(fā)電廠(chǎng)引水發(fā)電系統(tǒng)、泄洪系統(tǒng)檢修的重要設(shè)備，400t門(mén)機(jī)于2003年進(jìn)行過(guò)一次控制系統(tǒng)改造至今已連續(xù)運(yùn)行16年，門(mén)機(jī)電纜已嚴(yán)重老化局部破損較嚴(yán)重，控制系統(tǒng)電氣元件老化，故障日益增多，備品備件難以購(gòu)置，已嚴(yán)重影響到400t門(mén)機(jī)的正常操作，需進(jìn)行升級(jí)改造。

【關(guān)鍵詞】門(mén)機(jī);電氣控制系統(tǒng);PLC控制;控制裝置;保護(hù);

1 ?前言

烏江渡發(fā)電廠(chǎng)位于貴州省遵義市播州區(qū)烏江鎮(zhèn)，是烏江流域?qū)嵤┨菁?jí)開(kāi)發(fā)興建的第一座大型水電廠(chǎng)，總設(shè)計(jì)裝機(jī)容量1250MW，隸屬于中國(guó)華電集團(tuán)有公司下屬烏江水電開(kāi)發(fā)有限公司的大型水力發(fā)電企業(yè)。也是我國(guó)在大陸巖溶地區(qū)修建的第一座大型水電工程，壩高165米，壩頂全長(zhǎng)395.6米，水庫(kù)面積47.5平方公里，水庫(kù)總?cè)萘?1.4億立方米。400T門(mén)機(jī)安裝在烏江渡發(fā)電廠(chǎng)的大壩壩面。

2 ?工程簡(jiǎn)介

400t/80t/32t門(mén)機(jī)主要包括400t主起升機(jī)構(gòu)、400t小車(chē)機(jī)構(gòu)、80t起升機(jī)構(gòu)、80t回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、32t起升機(jī)構(gòu)、32t回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、大車(chē)行走機(jī)構(gòu)、進(jìn)線(xiàn)滑線(xiàn)和自動(dòng)抓梁系統(tǒng)等。

本次改造主要對(duì)400T門(mén)機(jī)的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行全面的改造。電氣部分：更換所有的控制柜及控制器件、聯(lián)動(dòng)臺(tái)、動(dòng)力電纜和控制電纜、照明控制系統(tǒng)、門(mén)機(jī)綜合監(jiān)控系統(tǒng)、荷重傳感器、手動(dòng)應(yīng)急控制裝置改造安裝等。本文主要介紹電氣控制PLC可編程控制在門(mén)式起重機(jī)控制上的運(yùn)用，并配備門(mén)機(jī)綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)門(mén)機(jī)的運(yùn)行情況和深水自動(dòng)抓梁的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3 ?電氣控制方案

3.1 ?概述

新系統(tǒng)采用單臺(tái)PLC作為基本配置和靈活的擴(kuò)展模塊，再加上信號(hào)檢測(cè)、操作、報(bào)警等設(shè)備組成起重機(jī)自動(dòng)控制操作系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有如下功能：

①起重機(jī)的運(yùn)行操作與控制;②信號(hào)資料的采集和控制;③各種運(yùn)行信號(hào)、保護(hù)信號(hào)的顯示;

④安全制動(dòng)與工作制動(dòng)的互換控制;⑤各機(jī)構(gòu)的電動(dòng)控制;⑥具有自我診斷能力及緊急情況發(fā)生時(shí)的快速報(bào)警，使操作者能監(jiān)視、控制、記錄運(yùn)行故障⑦有較嚴(yán)格的防誤操作系統(tǒng)，當(dāng)運(yùn)行人員誤操作時(shí)拒絕執(zhí)行，并發(fā)出警告信號(hào)，最大限度地減少由于誤操作給設(shè)備造成的損害;

3.2 ?方案選擇

本系統(tǒng)選用SEIMENS S7-1500系列的PLC作為控制核心來(lái)實(shí)現(xiàn)門(mén)機(jī)各機(jī)構(gòu)的自動(dòng)控制，CPU模塊可以適用于在多個(gè)基本組件間的連接，模擬控制，定位控制等用途，是一套可以滿(mǎn)足多樣化廣泛需要的PLC，系統(tǒng)配置既固定又靈活。在基本單元上連接擴(kuò)展單元或擴(kuò)展模塊，可進(jìn)行16-32點(diǎn)的靈活輸入輸出組合，智能化的診斷系統(tǒng)可連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行，多級(jí)口令保護(hù)可保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行，當(dāng)控制任務(wù)增加時(shí)，可隨時(shí)使用附加模塊進(jìn)行擴(kuò)展。

3.3 ?控制方案的實(shí)施

3.3.1 ?PLC控制部分

本系統(tǒng)由1套西門(mén)子S7-1500系列PLC及大車(chē)PLC控制柜內(nèi)采用ET200SP采集大車(chē)機(jī)構(gòu)信號(hào)、1臺(tái)12寸西門(mén)子觸摸屏、相關(guān)檢測(cè)元件（電氣設(shè)備狀態(tài)反饋等等）、相關(guān)執(zhí)行元件（各機(jī)構(gòu)執(zhí)行元件）構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)。

門(mén)機(jī)主起升機(jī)構(gòu)以各種高度限位、電機(jī)過(guò)載、過(guò)流信號(hào)、各種保護(hù)信號(hào)如斷路器監(jiān)視信號(hào)及相關(guān)接觸器反饋點(diǎn)作為控制條件輸入PLC，當(dāng)所有執(zhí)行條件都滿(mǎn)足時(shí)，PLC將執(zhí)行主令控制器的命令，經(jīng)由PLC數(shù)字量模塊輸出命令到機(jī)構(gòu)的相應(yīng)執(zhí)行元件。

門(mén)機(jī)大車(chē)機(jī)構(gòu)以大車(chē)限位、電機(jī)過(guò)流、過(guò)載信號(hào)、制動(dòng)器斷路器及相關(guān)接觸器反饋點(diǎn)作為控制條件輸入PLC，當(dāng)所有運(yùn)行條件都滿(mǎn)足時(shí)，PLC將執(zhí)行主令控制器的命令，經(jīng)由數(shù)字量模塊輸出命令到相應(yīng)的執(zhí)行元件。

所有控制條件如限位狀況、是否超載、電機(jī)是否過(guò)載、制動(dòng)器斷路器是否打開(kāi)、各控制接觸器狀態(tài)都同時(shí)在觸摸屏上顯示，同時(shí)各機(jī)構(gòu)運(yùn)行狀態(tài)也在聯(lián)動(dòng)臺(tái)上進(jìn)行信號(hào)燈顯示。

3.3.2 ?總電源控制部分

控制部分：電源進(jìn)線(xiàn)處設(shè)置進(jìn)線(xiàn)隔離開(kāi)關(guān)，正常情況下該隔離開(kāi)關(guān)始終閉合，僅在維修時(shí)斷開(kāi)，以保障檢修安全;刀閘下面是總電源斷路器，總電源斷路器內(nèi)部有一個(gè)脫扣線(xiàn)圈，脫扣線(xiàn)圈受安裝于主令操作臺(tái)和總電源控制柜柜門(mén)上的紅色蘑菇頭急停按鈕控制，在緊急情況發(fā)生時(shí)，按下急停按鈕，可直接令總電源斷路器脫扣，脫扣后需手動(dòng)復(fù)位。在總電源斷路器的下端是總電源接觸器，該接觸器受安裝于主令操作臺(tái)和總電源控制柜柜門(mén)上的電源啟動(dòng)、電源停止按鈕控制其吸合或斷開(kāi)，在正常情況下，操作人員對(duì)電源的控制主要通過(guò)它來(lái)完成。

保護(hù)部分：對(duì)于總電源的保護(hù)，設(shè)計(jì)有一個(gè)電源檢測(cè)繼電器，通過(guò)對(duì)總電源的缺相及相序等電源故障進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，當(dāng)出現(xiàn)上述電源故障時(shí)，該繼電器控制接點(diǎn)動(dòng)作，使總電源接觸器斷開(kāi)，從而實(shí)現(xiàn)電源保護(hù)。

3.3.3 ?主起升機(jī)構(gòu)

起升機(jī)構(gòu)采用上升五檔，下降三檔調(diào)速。上升時(shí)，電機(jī)工作在正向電動(dòng)狀態(tài);下降時(shí)一檔工作在倒拉反接制動(dòng)狀態(tài)，二檔工作在單相制動(dòng)狀態(tài)，三檔工作在反向回饋制動(dòng)狀態(tài)。起升機(jī)構(gòu)采用轉(zhuǎn)子串電阻切電阻調(diào)速，各檔之間采用延時(shí)切換，以保證平滑調(diào)速。

1）起升和下降接觸器采用在PLC程序及電氣控制回路設(shè)置電氣聯(lián)鎖回路。

2）起升電機(jī)上升時(shí)，電機(jī)啟動(dòng)后經(jīng)過(guò)短暫的延時(shí)，再松開(kāi)制動(dòng)器，以保證電機(jī)在制動(dòng)器松開(kāi)前建立足夠的力矩，防止溜鉤。

3）制動(dòng)器控制中設(shè)計(jì)有制動(dòng)器接觸器狀態(tài)檢測(cè)邏輯，防止因制動(dòng)器接觸器出現(xiàn)故障，導(dǎo)致電機(jī)堵轉(zhuǎn)或溜鉤現(xiàn)象。一旦出現(xiàn)上述故障，PLC將直接控制起升主斷路器脫扣。

3.3.4 ?32T回轉(zhuǎn)應(yīng)急手動(dòng)控制裝置

應(yīng)急手動(dòng)控制裝置是作為主操作系統(tǒng)（PLC控制系統(tǒng)）出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，為能維持門(mén)機(jī)起升機(jī)構(gòu)短時(shí)間內(nèi)的運(yùn)行的重要方式，并設(shè)置有起升和狀態(tài)轉(zhuǎn)換。

1、主操作系統(tǒng)（PLC控制系統(tǒng)）運(yùn)行時(shí)，將狀態(tài)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)2GK2撥至0位;應(yīng)急運(yùn)行時(shí)將狀態(tài)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)2GK2撥至1位;

2、應(yīng)急狀態(tài)時(shí)，應(yīng)急上升，將起升開(kāi)關(guān)2GK1撥至右方，此時(shí)起升機(jī)構(gòu)在上升一速下運(yùn)行;

3、依次將2GK1撥至2～4檔，轉(zhuǎn)速依次增加。停止時(shí)撥至0位即可;

4、應(yīng)急下降時(shí)，將2GK1撥至左方。1位是反接制動(dòng)，2位是單相制動(dòng)，3位是反向電動(dòng)。停止回0位即可。

5、操作完畢后，一定要將2GK2撥回0位。

4 ?TP1200人機(jī)智能監(jiān)控終端——門(mén)機(jī)綜合監(jiān)測(cè)儀

當(dāng)門(mén)機(jī)控制系統(tǒng)中出現(xiàn)故障報(bào)警時(shí)，操作人員可以通過(guò)點(diǎn)擊門(mén)機(jī)主監(jiān)控畫(huà)面下方的的“實(shí)時(shí)報(bào)警”按鈕，此時(shí)觸摸屏?xí)M(jìn)入實(shí)時(shí)報(bào)警畫(huà)面，其中表格記錄著當(dāng)前系統(tǒng)中所有存在的故障報(bào)警信息，包括報(bào)警產(chǎn)生的日期和時(shí)間，并用中文描述故障內(nèi)容，以方便門(mén)機(jī)操作維護(hù)人員及時(shí)排除故障。

4.1 PLC及400T門(mén)機(jī)信號(hào)及觸摸屏通訊

門(mén)機(jī)的信號(hào)采集：先將門(mén)機(jī)的主鉤高度信號(hào)通過(guò)編碼器采集后，傳輸?shù)皆?00T門(mén)機(jī)綜合監(jiān)控儀中進(jìn)行計(jì)算處理;將主鉤有兩個(gè)重量傳感器采集的重量信號(hào)輸入到原400T門(mén)機(jī)綜合監(jiān)控儀中進(jìn)行放大等處理后，再將門(mén)機(jī)綜合監(jiān)控儀通過(guò)S7-1500通訊模塊與PLC：CPU進(jìn)行通訊，在觸摸屏中進(jìn)行顯示。

門(mén)機(jī)抓梁信號(hào)的采集：安裝在抓梁機(jī)構(gòu)中的穿銷(xiāo)傳感器采集穿銷(xiāo)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù);就位傳感器分別采集就位信號(hào)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù);浸水傳感器采集浸水信號(hào);這三種信號(hào)直接進(jìn)入到400T門(mén)機(jī)綜合監(jiān)控儀中計(jì)算處理，通過(guò)通訊在觸摸屏中進(jìn)行顯示。

將主鉤的高度、超載等參數(shù)控制門(mén)機(jī)的運(yùn)行。而抓梁采集抓梁的穿退銷(xiāo)信號(hào)、就位信號(hào)，在觸摸屏上實(shí)時(shí)地顯示抓梁穿退銷(xiāo)及就位的全過(guò)程。

5 ?電氣控制系統(tǒng)安全保護(hù)

系統(tǒng)設(shè)有以下保護(hù)：上下限位保護(hù)、上下預(yù)限保護(hù)、超速保護(hù)、超載保護(hù)、零位保護(hù)、電源電壓斷相保護(hù)、電動(dòng)機(jī)缺相保護(hù)、失壓保護(hù)、裝置過(guò)熱保護(hù)、裝置過(guò)流保護(hù)、接地故障保護(hù)、瞬時(shí)缺電保護(hù)等，其故障信號(hào)存儲(chǔ)在記憶單元中，即使在電源出問(wèn)題時(shí)，也能保存故障信號(hào)。保護(hù)在動(dòng)作后，要確保起吊物件安全，不發(fā)生溜鉤等危險(xiǎn)狀況。

緊急斷電開(kāi)關(guān)：在門(mén)機(jī)的總控制柜、主司機(jī)室和回轉(zhuǎn)吊司機(jī)室均設(shè)有緊急斷電按鈕，在緊急情況下，可方便地切斷門(mén)機(jī)總動(dòng)力及控制電源。此控制按鈕信號(hào)應(yīng)送到PLC裝置，實(shí)現(xiàn)監(jiān)視及動(dòng)作記錄。

零位保護(hù)：在門(mén)機(jī)的主司機(jī)室控制臺(tái)上的手柄設(shè)有零位觸點(diǎn)，通過(guò)它和PLC內(nèi)部的聯(lián)鎖關(guān)系，達(dá)到零位保護(hù)的目的。主機(jī)構(gòu)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)和失壓后恢復(fù)供電時(shí)，必須先將控制器手柄置于零位后，機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)才能起動(dòng)。

行程開(kāi)關(guān)和接近開(kāi)關(guān)：在門(mén)機(jī)的大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)、小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)、主起升機(jī)構(gòu)中均設(shè)有行程開(kāi)關(guān)和接近開(kāi)關(guān)。由接近開(kāi)關(guān)和行程開(kāi)關(guān)通過(guò)PLC控制各機(jī)構(gòu)動(dòng)作。在主起升機(jī)構(gòu)中還設(shè)有上、下限預(yù)限位開(kāi)關(guān)，當(dāng)?shù)蹉^運(yùn)行到達(dá)極限限位前的一定距離時(shí)，預(yù)限位開(kāi)關(guān)動(dòng)作，吊鉤的運(yùn)行速度自動(dòng)減速，減小終點(diǎn)限位時(shí)的沖擊。

超載限制保護(hù)：在主起升機(jī)構(gòu)設(shè)置了超載限制器，當(dāng)載荷達(dá)到額定起重量的90%時(shí)，能發(fā)出提示性報(bào)警信號(hào);當(dāng)載荷達(dá)到105%時(shí)，延時(shí)停機(jī);當(dāng)載荷達(dá)到110%額定起重量時(shí)，立即切斷起升動(dòng)力電源，并發(fā)出禁止性報(bào)警信號(hào)。

上升極限位置限制保護(hù)：配有主起升機(jī)構(gòu)設(shè)置上升極限位置限制器，以保證當(dāng)?shù)蹙咂鹕綐O限位置時(shí)，自動(dòng)切斷主起升的動(dòng)力電源，并通過(guò)PLC發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

下降極限位置限制保護(hù)：配有主起升機(jī)構(gòu)設(shè)置下降極限位置限制器，以保證當(dāng)?shù)蹙呦陆档綐O限位置時(shí)，自動(dòng)切斷起升的動(dòng)力電源，使鋼絲繩在卷筒上的纏繞不少于設(shè)計(jì)所規(guī)定的圈數(shù)，并通過(guò)PLC發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

運(yùn)行極限位置限制保護(hù)：門(mén)機(jī)的大、小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)應(yīng)設(shè)有限位開(kāi)關(guān)，當(dāng)機(jī)構(gòu)到達(dá)其運(yùn)動(dòng)的極限位置時(shí)，能自動(dòng)停車(chē)。

6 ?新技術(shù)、新工藝

在此次門(mén)機(jī)電氣系統(tǒng)的控制改造中，還將PLC作為控制核心，將門(mén)機(jī)的各種信號(hào)與觸摸屏統(tǒng)一規(guī)劃聯(lián)動(dòng)，將觸摸屏作為信息反饋及處理終端，進(jìn)行實(shí)時(shí)地顯示及報(bào)警處理。在故障檢修方面將使其簡(jiǎn)單明了，可一目了然地找到故障點(diǎn)從而進(jìn)行處理。

例如，主鉤在上升過(guò)程中電機(jī)過(guò)載保護(hù)動(dòng)作了，以往檢修人員必須按照?qǐng)D紙逐個(gè)去檢查主鉤回路的各個(gè)元器件，直到找到故障點(diǎn)后才能解決故障，而現(xiàn)在在觸摸屏上直觀顯示：例如“主鉤左岸側(cè)電機(jī)過(guò)載繼電器FR11已動(dòng)作！”，并在聯(lián)動(dòng)臺(tái)上有聲光報(bào)警！電氣檢修人員就很容易地找到故障點(diǎn)并做出正確地處理。

7 ?小結(jié)

烏江渡發(fā)電廠(chǎng)400T門(mén)機(jī)新控制系統(tǒng)設(shè)備可靠性高，穩(wěn)定性好，技術(shù)較先進(jìn)，運(yùn)用可編程控制系統(tǒng)對(duì)門(mén)機(jī)的運(yùn)行情況和各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而有力的保證了我廠(chǎng)門(mén)機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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作者簡(jiǎn)介：

徐松（1984-），男，貴州遵義人，助理工程師，從事水電廠(chǎng)機(jī)電設(shè)備檢修維護(hù)工作.