蔣華強(qiáng) 楊 剛 劉小偉

雙吊點(diǎn)無中間軸卷揚(yáng)啟閉機(jī)的控制

蔣華強(qiáng) 楊 剛 劉小偉

一、起升機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

青島即墨大任河工程采用弓形閘門啟閉機(jī)，主要技術(shù)參數(shù)：額定啟門力2×900kN，起升高度14m，起升速度0.65m/min，吊點(diǎn)中心距26.2m。

2×900kN固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)均為雙吊點(diǎn)啟閉機(jī)，采用兩套起升機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)；起升機(jī)構(gòu)采用盤香式卷盤多層纏繞。每套起升機(jī)構(gòu)由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器驅(qū)動(dòng)開式齒輪，從而帶動(dòng)卷筒裝置卷盤旋轉(zhuǎn)，通過纏繞在卷盤上鋼絲繩的收放，帶動(dòng)閘門上升或下降。

控制系統(tǒng)主要由德國(guó)西門子S300系列PLC、觸摸屏TP270、4臺(tái)變頻器ATV61HU75N4、2只倍加福絕對(duì)編碼器、4只三菱增量編碼器及4臺(tái)變頻電機(jī)組成，操作人員可以通過面板的指示燈、按鈕來控制和監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行。其中，PLC系統(tǒng)由CPU315-2DP模塊、數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊和位置模塊SM338組成。

二、變頻調(diào)速系統(tǒng)原理

啟閉機(jī)有2個(gè)吊點(diǎn)，每個(gè)吊點(diǎn)由2臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，每臺(tái)電機(jī)采用1臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)1臺(tái)電機(jī)的閉環(huán)矢量控制方式。每個(gè)吊點(diǎn)的2套變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用主從控制方式，主從系統(tǒng)間通過D2同步卡和光纖進(jìn)行同步，運(yùn)行信號(hào)通過變頻器的基本卡A1送入變頻器，使變頻器按給定指令運(yùn)行，其特點(diǎn)是數(shù)據(jù)交換快速，受干擾影響小，防止2臺(tái)電機(jī)出力不均，確保2臺(tái)電機(jī)同步運(yùn)行。在每臺(tái)電動(dòng)機(jī)的非傳動(dòng)輸出軸設(shè)置有1個(gè)增量型編碼器和PT100熱敏電阻，分別用于檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速及加速度信號(hào)和電機(jī)溫度信號(hào)，信號(hào)反饋至各自的主傳動(dòng)變頻器。變頻器通過實(shí)時(shí)采集到的反饋信號(hào)和從PROFIBUS總線接收到的來自PLC的指令，對(duì)電機(jī)進(jìn)行閉環(huán)控制和過流、失速、過熱等保護(hù)。

同一吊點(diǎn)的2臺(tái)電機(jī)屬于剛性同步，2臺(tái)電機(jī)必須要保證出力均衡，即2臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩均衡。該系統(tǒng)通過2臺(tái)變頻器的主從控制方式實(shí)現(xiàn)。主變頻器設(shè)置為速度控制方式，從PLC通過PROFIBUSDP總線接收控制指令，從變頻器設(shè)置為轉(zhuǎn)矩控制方式，通過同步卡D2從主變頻器接收控制指令，跟隨主變頻器轉(zhuǎn)矩控制指令運(yùn)行，保證了2臺(tái)變頻器的轉(zhuǎn)矩均衡。主從變頻器采用光纖通信，傳輸迅速12Mbps。每臺(tái)變頻器的運(yùn)行參數(shù)都通過PROFIBUSDP總線傳入PLC，并在觸摸屏上實(shí)時(shí)監(jiān)控。

三、變頻調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)試

調(diào)試主要工作是變頻器參數(shù)的設(shè)定。首先通過操作面板輸入變頻器基本參數(shù)，設(shè)置為自學(xué)習(xí)模式讓電機(jī)旋轉(zhuǎn)自學(xué)習(xí)。自學(xué)習(xí)后將每臺(tái)變頻器的地址和控制模式輸入，單吊點(diǎn)的2臺(tái)電機(jī)聯(lián)機(jī)運(yùn)行，通過觀察卷筒齒輪的嚙合情況來判斷2臺(tái)電機(jī)的出力情況。若卷筒齒輪出現(xiàn)背齒，即2臺(tái)電機(jī)出力不均，通過調(diào)整從變頻器的轉(zhuǎn)矩跟隨速度，實(shí)現(xiàn)2臺(tái)電機(jī)同步。2個(gè)吊點(diǎn)分別調(diào)速完成后，2個(gè)吊點(diǎn)才能同時(shí)動(dòng)作聯(lián)調(diào)。

四、電氣控制系統(tǒng)介紹

2×900kN啟閉機(jī)的電氣控制系統(tǒng)是基于PLC的變頻調(diào)速系統(tǒng)，PLC是控制系統(tǒng)的核心。西門子S300系列屬于模塊化微型PLC系統(tǒng)，主要模塊有2個(gè)數(shù)字量輸入模塊（DI）,2個(gè)數(shù)字量輸出模塊（DOI）,1個(gè)模擬量輸入模塊（AI）,1個(gè)位置模塊（SSI）。變頻器與PLC間采用PROFIBUS DP通訊方式，傳輸速度1.5Mbps。通過變頻器與PLC組成的控制系統(tǒng)，不僅實(shí)現(xiàn)了啟閉機(jī)的邏輯控制和啟閉機(jī)2個(gè)吊點(diǎn)的電氣同步，完成系統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)功能，而且通過觸摸屏和控制面板，操作人員可以對(duì)系統(tǒng)中各種參數(shù)、控制點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證了啟閉機(jī)電機(jī)控制系統(tǒng)安全平穩(wěn)的運(yùn)行。

五、電氣控制原理

2個(gè)吊點(diǎn)之間沒有連接軸，2個(gè)吊點(diǎn)之間采用主從模擬量同步控制，1號(hào)吊點(diǎn)的變頻器運(yùn)行指令通過模擬量模塊送入PLC中，在PLC內(nèi)部經(jīng)過邏輯處理后，轉(zhuǎn)換成與實(shí)踐對(duì)應(yīng)的閘門起升高度值。如果1號(hào)吊點(diǎn)和2號(hào)吊點(diǎn)要聯(lián)動(dòng)，必須通過電氣控制保證2個(gè)吊點(diǎn)起升高度一致，2個(gè)吊點(diǎn)高度差在20 mm以內(nèi)。每個(gè)卷筒均裝有1套光電絕對(duì)值型編碼器，用于檢測(cè)每個(gè)吊點(diǎn)的起升高度，絕對(duì)值編碼器輸出信號(hào)以為SSI串口通訊方式接入PLC位置模塊。PLC通過處理2個(gè)吊點(diǎn)的高度差，進(jìn)行PID運(yùn)算得出速度補(bǔ)償量，此速度補(bǔ)償量用于改變第二吊點(diǎn)的速度給定值，通過對(duì)第2個(gè)吊點(diǎn)速度的控制來實(shí)現(xiàn)2號(hào)吊點(diǎn)起升高度與1號(hào)吊點(diǎn)起升高度的同步，保證2個(gè)吊點(diǎn)高度差在20mm以內(nèi)。高度差的大小可以通過調(diào)節(jié)補(bǔ)償量的大小來控制，也就是改變比例系數(shù)或者積分時(shí)間的大小。在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試過程中，調(diào)節(jié)比例系數(shù)即可以使2個(gè)吊點(diǎn)高度差滿足要求在20mm以內(nèi)。高度差最好調(diào)節(jié)在10～15mm，如果高度差設(shè)定過小，即速度補(bǔ)償量較大，會(huì)出現(xiàn)高速運(yùn)行或機(jī)械環(huán)境變化較大時(shí)高度差超過20mm，不滿足設(shè)計(jì)要求。

六、結(jié)語

2×900kN啟閉機(jī)在山東即墨大任河工程中運(yùn)行良好，未發(fā)生任何故障。PLC變頻調(diào)速同步控制技術(shù)在啟閉機(jī)中的應(yīng)用，完美解決了無中間軸連接的雙吊點(diǎn)同步問題，可以使雙吊點(diǎn)卷揚(yáng)啟閉機(jī)布置不受吊點(diǎn)距的限制，具有廣闊的市場(chǎng)前景

（作者單位：江蘇省水利機(jī)械制造有限公司 225003）

（專欄編輯：顧 梅）