甘輝敏，賈中會(huì)，童 穎，姚永歡，鄒高慶，杜祖軍

（中國長江電力股份有限公司三峽水力發(fā)電廠，湖北 宜昌 443133）

0 引言

結(jié)合水電站部分門式啟閉機(jī)現(xiàn)場運(yùn)行工況，對(duì)其電氣系統(tǒng)、PLC 程序及工控系統(tǒng)梳理研究，發(fā)現(xiàn)其電氣控制系統(tǒng)存在較大安全漏洞和設(shè)計(jì)缺陷，可能會(huì)導(dǎo)致門式啟閉機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)失控。主要表現(xiàn)為PLC 控制系統(tǒng)可靠性不高，PLC 程序存在不穩(wěn)定性，出現(xiàn)過因通信故障導(dǎo)致大車機(jī)構(gòu)無法停止運(yùn)行、合閘系統(tǒng)頻報(bào)故障無法啟動(dòng)、輸出模塊通道擊穿后運(yùn)行機(jī)構(gòu)自啟動(dòng)等異常現(xiàn)象，由于工作人員及時(shí)正確處理，未發(fā)生事故，但電氣控制系統(tǒng)的安全性、可靠性問題已經(jīng)曝露。

1 通信方式冗余優(yōu)化

1.1 實(shí)施背景

門式啟閉機(jī)大車機(jī)構(gòu)運(yùn)行時(shí)，PLC 突然報(bào)硬件及通信總線故障（SF 燈常亮、BF 燈閃爍），司機(jī)室ET200 從站通信連接斷開，司機(jī)室操作臺(tái)除硬線控制的信號(hào)外其余信號(hào)全部失效，造成大車機(jī)構(gòu)無法平緩?fù)＼?。工作人員只能通過硬線控制的急停按鈕斷開門式啟閉機(jī)總電源，進(jìn)而停止大車機(jī)構(gòu)的運(yùn)行。

1.2 風(fēng)險(xiǎn)分析

門式啟閉機(jī)通信采用的是PROFIBUS DP 總線通信網(wǎng)絡(luò)，通信電纜采用專用屏蔽電纜。專用屏蔽電纜由于材質(zhì)特性問題，速率較低，傳輸距離有限，在充斥電磁波的環(huán)境特別是強(qiáng)電的干擾下，傳輸效率大為下降，容易出現(xiàn)通信故障。門式啟閉機(jī)總線網(wǎng)絡(luò)上PLC 從站、觸摸屏、變頻器單元較多，各站點(diǎn)距離較遠(yuǎn)，DP 網(wǎng)線長度較長，抗干擾能力差?，F(xiàn)場總線通信網(wǎng)絡(luò)采用串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)其中一個(gè)站點(diǎn)出現(xiàn)通信故障，其后連接的站點(diǎn)均會(huì)通信失聯(lián)。

1.3 優(yōu)化方案

結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際工況，將門式啟閉機(jī)PLC 主站與通信距離長且比較重要ET200 從站間的通信采用加裝光纖鏈路模塊OLM，實(shí)現(xiàn)光纖通信模式，組建冗余環(huán)網(wǎng)，從而保證門式啟閉機(jī)運(yùn)行可靠性。光纖通信傳輸較PROFIBUS DP 總線通信有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：傳輸損耗低，可傳輸15～20 km；傳輸頻帶寬，光纖的頻帶可達(dá)10 GB 以上；抗干擾能力強(qiáng)，光纖傳輸?shù)妮d波為光波，是頻率極高的電磁波，不受強(qiáng)電的干擾；安全性能高，光纖采用玻璃材質(zhì)，不導(dǎo)電，防雷擊，機(jī)械性能好。通過光纖鏈路模塊OLM/G12 組成冗余環(huán)網(wǎng)中即使其中一個(gè)站點(diǎn)光纜斷開，通信自動(dòng)變成總線形式正常通信，大大增加通信網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)率和可用性。

2 工作制動(dòng)器控制冗余完善

2.1 實(shí)施原因

門式啟閉機(jī)各機(jī)構(gòu)工作制動(dòng)器動(dòng)作僅依靠PLC控制，其中門式啟閉機(jī)主起升合閘后安全制動(dòng)器一直處于打開狀態(tài)，如果此時(shí)控制工作制動(dòng)器的輸出模塊通道被擊穿，工作制動(dòng)器將會(huì)自動(dòng)打開，出現(xiàn)遛鉤、溜車等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成重物失落事故。

2.2 風(fēng)險(xiǎn)分析

以啟閉機(jī)主起升電機(jī)工作制動(dòng)器為例，當(dāng)PLC對(duì)應(yīng)工作制動(dòng)器打開的數(shù)字量輸出點(diǎn)接通后，接觸器得電吸合，控制回路中的中間繼電器吸合，工作制動(dòng)器得電打開。雖然主起升電機(jī)變頻器的制動(dòng)器控制輸出信號(hào)進(jìn)入PLC 中，作為工作制動(dòng)器打開輸出程序的條件之一，但無法在制動(dòng)器硬線控制回路中作為制動(dòng)器控制條件。若門式啟閉機(jī)電源合閘后，PLC 對(duì)應(yīng)工作制動(dòng)器打開的數(shù)字量輸出通道擊穿，輸出點(diǎn)保持常開輸出，工作制動(dòng)器自動(dòng)打開，造成起升機(jī)構(gòu)重物失落事故，是極大的安全隱患。

2.3 優(yōu)化方案

在起升機(jī)構(gòu)工作制動(dòng)器控制回路中增加變頻器的硬線常開接點(diǎn)（制動(dòng)器控制方式），其中接觸器由PLC 輸出點(diǎn)控制，中間繼電器由變頻器抱閘控制輸出節(jié)點(diǎn)控制，只有PLC 的控制接點(diǎn)和變頻器的控制接點(diǎn)同時(shí)吸合后，工作制動(dòng)器才能打開。避免了因PLC模塊通道擊穿，而發(fā)生工作制動(dòng)器誤動(dòng)作的風(fēng)險(xiǎn)。

3 防風(fēng)鐵楔控制冗余完善

3.1 實(shí)施原因

門式啟閉機(jī)防風(fēng)鐵楔裝置在關(guān)斷操作后或門式啟閉機(jī)斷電后，鐵楔落下楔死車輪。若門式啟閉機(jī)大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)未完全停止運(yùn)行時(shí)，防風(fēng)楔鐵已經(jīng)動(dòng)作則會(huì)發(fā)生碾壓防風(fēng)鐵楔楔塊的情況，對(duì)防風(fēng)鐵楔及門式啟閉機(jī)產(chǎn)生較大的沖擊損害。

3.2 風(fēng)險(xiǎn)分析

防風(fēng)鐵楔控制程序存在不可靠的安全隱患。門式啟閉機(jī)大車機(jī)構(gòu)“置零”控制程序中沒有加入防風(fēng)鐵楔狀態(tài)地址條件，當(dāng)防風(fēng)鐵楔處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，大車機(jī)構(gòu)變頻器接收不到“置零”指令，仍會(huì)保持原狀態(tài)運(yùn)行，可能會(huì)發(fā)生碾壓防風(fēng)鐵楔楔塊的情況。

3.3 優(yōu)化方案

在大車機(jī)構(gòu)置零程序中增加防風(fēng)鐵楔狀態(tài)反饋信號(hào)，保證防風(fēng)鐵楔在任何狀態(tài)關(guān)閉時(shí)，大車機(jī)構(gòu)都能夠停止運(yùn)行。并設(shè)置大車機(jī)構(gòu)變頻器通信中斷參數(shù)（P222=1 000），最多允許通信中斷1 s，中斷后1 s立即停機(jī)，停止大車機(jī)構(gòu)運(yùn)行。

4 超載功能冗余優(yōu)化

4.1 實(shí)施原因

門式啟閉機(jī)判斷起升載荷是否超載僅僅依靠單一的稱重儀顯示輸出。稱重儀作為一套電氣的傳感測量顯示系統(tǒng)，其傳感器測量的精度、顯示的準(zhǔn)確性無法方便地校核，每次準(zhǔn)確校核必須通過門式啟閉機(jī)起吊標(biāo)準(zhǔn)配重塊進(jìn)行負(fù)荷試驗(yàn)的方法校核，進(jìn)而無法充分保障門式啟閉機(jī)稱重傳感系統(tǒng)時(shí)時(shí)處于無偏差運(yùn)行。為有效判斷稱重傳感系統(tǒng)的正確性，在稱重傳感系統(tǒng)出現(xiàn)偏差的情況下，門式啟閉機(jī)不至于發(fā)生超載運(yùn)行嚴(yán)重故障，需要增加另外一套稱重載荷判斷保護(hù)，保障門式啟閉機(jī)運(yùn)行安全。

4.2 優(yōu)化方案

在門式啟閉機(jī)的變頻器電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中，變頻器在起升時(shí)處于恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行，重載運(yùn)行工況時(shí)變頻器輸出電流與起升載荷可近似于正比線型關(guān)系?？筛鶕?jù)變頻器輸出電流與載荷比例關(guān)系，設(shè)置起升載荷報(bào)警值，加強(qiáng)門式啟閉機(jī)吊運(yùn)載荷時(shí)的安全可靠性。

編制程序?qū)⒆冾l的電流數(shù)值轉(zhuǎn)換對(duì)應(yīng)成門式啟閉機(jī)的載荷數(shù)值，并加入變頻器電流的控制條件，變頻器電流上限值不能升至額定電流的1.3 倍；變頻的電流折算至載荷數(shù)值后，當(dāng)經(jīng)過電流折算后的載荷數(shù)值達(dá)到額定載荷的90%時(shí)報(bào)警，110%載荷時(shí)保護(hù)動(dòng)作斷電，起升機(jī)構(gòu)停止運(yùn)行。

5 結(jié)語

通過對(duì)門式啟閉機(jī)的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了上述優(yōu)化改造后，設(shè)計(jì)缺陷帶來的安全隱患已經(jīng)消除，通信故障已基本解決，保護(hù)功能得到了加強(qiáng)，設(shè)備運(yùn)行情況良好，其安全穩(wěn)定性得到了有效保障。