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1、长洲水利枢纽内江厂房坝顶门机控制系统简介唐惜春 （广西长洲水电开发有限责任公司，广西 梧州 543002）摘要：文章介绍了水电厂门机的控制技术，以供同行借鉴。关键词：门机，PLC，控制。1、概述:水工门机是水电站起吊闸门的关键设备，随着人们对生产效率和产品可靠性要求的不断提高，对门机的控制技术要求越来越高，传统的控制技术已不能满足一些水工门机的控制要求。结合我公司长洲水利枢纽内江21600kN双向门机的控制系统，谈谈现代控制技术在水工门机上的应用。广西长洲水利枢纽内江厂房坝顶21600kN双向门机，装设于内江厂房34.4m的坝面上，轨面高程34.7m。门机设有独立运行的主小车和副小车，主小车起
2、升机构启闭力为21600KN，副小车起升机构启闭力为2500KN。门机主要用于内江厂房进水口固定拦污栅和挡水闸门的启闭、吊运和清污；用于机组设备和主变压器设备等卸车和吊运。根据门机的用途及其机构设置情况，门机的主要控制系统由主小车起升机构控制系统、主小车运行机构控制系统、副小车起升机构控制系统、副小车运行机构控制系统、大车运行机构控制系统、PLC控制系统、开度载荷信号检测系统、自动抓梁及大车夹轨器控制系统等组成。由此门机设有司机室，司机室内设有可180度旋转的联动控制台，通过控制台上的手柄控制门机各机构的运行。2 控制要求2.1主小车起升机构为定速传动，起升速度为2.22.7m/min；2.2
3、副小车起升机构为变速传动。启闭拦污栅时起升速度为2.22.7m/min；用于清污时起升速度为9.210.7；2.3小车运行机构均要求变速传动，运行速度为2.8-3.2m/min；2.4大车运行机构均要求变速传动，运行速度为2.05-20.5m/min；2.5自动抓梁是门机启闭闸门的关键部件，其上设有就位、穿销、脱销传感器，穿销和脱销传感器还具有全行程检测功能。所有这些信号检测装置的动作要求可靠、准确，并能承受水下50米的压力。2.6起升机构的载荷及开度值显示在主司机室及回转司机室的显示器上。开度允许误差：10mm，分辨率5mm；载荷测量的综合精度为2。2.7 起升机构设有安全制动器与工作制动器
4、。2.8门机运行状态的监视、报警和控制系统自诊断。2.9门机小车设有防撞控制。3 控制系统作用及功能在21600 KN门机的控制系统中，采用了“PLC+触摸屏现场总线变频器”等一系列先进的控制技术。PLC是整个控制系统的核心，全面控制门机的运行；触摸屏对门机进行全面的监控，包括门机各机构的运行指示信号、起升机构实时载荷检测、即时闸门开度显示、自动抓梁穿脱销行程显示及故障诊断显示；副起升机构、小车运行机构、大车运行机构均采用变频调速，主起升机构为普通电机转子串电阻调速。在司机室内设有远程I/O子站，CUP与远程I/O、触摸屏、各机构变频器组成Profibus-DP现场总线网络，PLC将联动台或触
5、摸屏发出的命令信号通过总线网络传送给各机构变频器，变频器接到指令信号后将按指定要求控制该机构电机运行；各变频器将其状态信号、运行频率通过总线发送给PLC，经PLC处理后通过变频器的画面显示出来。控制系统组成如下图： 内江216000kN双向门机的控制系统3.1 变频器 （要求合并到3.4中） 变频器选用西门子6ES70系列工程型变频器，起升机构采用闭环矢量控制，运行机构采用开环矢量控制，变频器的直流母线上接有制动单元，通过制动单元实现起升机构的四象限运行和运行机构的制动。3.1 PLC控制系统中的PLC采用西门子S7-300，中央处理单元为CPU315，S7-300是模块化中小型PLC系统，内
6、置装载存储器80KB,最大可扩展至512KB,随机存储器48KB,最大数字量点数1024，最大模拟量点数128。能满足中等性能要求的应用。其显著特点是结构紧凑、功能强、速度快、扩展灵活，加上多界面的网络能力，应用十分灵活。32 HMI触摸屏 门机控制系统中配置的触摸屏为西门子的SIMATIC TP270系列彩色触摸操作面板。由于使用了触摸操作面板，从而使门机的监控与操作变得非常简单，工作人员可随时通过面板上的画面观察门机各机构的运行状况，并根据实际运行情况由输入域随时修改运行参数或通过触摸按钮起动某些机构。触摸操作面板的画面采用网页式设计，浏览画面像上网一样简单。触摸操作面板的页面设计分布如下
7、图：3.2.1 起动画面：起动画面显示门机使用过程中的注意事项，包括操作方法、日常维护、故障处理等。3.2.2 主画面：显示门机各电源断路器的状态，当系统出现故障断路器跳闸后，相应指示灯会在屏幕上闪烁，并弹出窗口显示故障信息。画面左上角的八个按钮分别链接主小车起升、主小车运行、副小车起升、副小车运行、大车运行、信息管理、调试服务、口令管理，通过触摸操作可进入相应的页面。3.2.3 主起升页面：主起升页面主要用于监控主小车起升控制柜内各继电器、接触器的状态，对主起升机构的运行状况给出判断信息。并显示主小车起升机构自动抓梁的起升高度、起升载荷、销轴移动的行程。3.2.4 副起升页面主要用于监控副起
8、升变频器和自动抓梁的运行情况，包括变频器的故障号指示、复位，自动抓梁的起升高度、起升载荷以及穿销行程。3.2.5 主副小车运行页面：主副小车运行页面用于监控主副小车运行机构的运行状况。3.2.6 大车运行页面：大车运行页面用于监控大车运行机构的运行状况。3.2.7 信息管理页面：用于管理信息缓冲区的事件信息和报警信息。3.2.8口令管理页面：用于系统管理员给各不同等级操作按钮及输入域设置口令，口令错误，不能操作。3.2.9 调试服务页面：用于抓梁传感器、开度传感器、载荷传感器、电压变送器、电流变送器的检测值的校准。3.3 现场总线与变频调速 为了使门机控制系统响应快速，灵活多变，系统中采用了现
9、场总线通讯技术，用PROFIBUS-DP总线将PLC、变频器、人机接口连接起来，实现用数字链接的分布式控制系统。主要特点如下：3.3.1由于变频器的控制信号、状态信号及给定值、实际值均通过总线以数字量的方式和PLC进行传输，不仅提高了信号传输精度和响应速度，而且降低了现场信号连接的工作量及费用，给安装、调试和设备维护带来了方便。3.3.2由于水工门机的扬程较高，传统的定速门机在空载、满载时采用同一速度，效率很低，采用变频调速后，满载时为额定速度，空载时速度增加一倍，效率大大提高。3.3.3 PLC和变频器配合使用，起动时变频器先运行，待起升转矩建立起来后PLC使制动器松闸；制动时PLC检测电机
10、的转速，待转速为零时使制动器合闸。这样，实现了软起制动，增加了起制动的安全性，提高了制动器使用寿命。3.3.4由于变频器本身设有完善的保护功能，这些保护功能可保证门机主起升机构安全可靠运行。3.4 传感器自动抓梁就位、穿销传感器采用微脉冲直线位移传感器，检测精度达到：0.01%。传感器的输出信号直接进入PLC，通过程序处理后在触摸屏通过光柱和数字窗口显示。传感器与接线盒及引出电缆之间采用液压原理密封，提高了检测信号的可靠性。（要求补充开度载荷仪的内容）4 程序设计PLC程序设计包括PROFIBUS-DP总线网络通讯程序、继电器逻辑控制程序、抓梁信号监测程序、起升载荷和起升开度监测程序。网络通讯
11、程序实现PLC和变频器的通讯；逻辑控制程序控制主起升机构、抓梁液压泵站、大小车夹轨器、电缆卷筒等。系统PLC编程环境为西门子的STEP5 V5.4软件，控制程序采用梯形图设计，简单、直观，可读性强，便于维护。HMI人机接口的编程环境为WinCC flexible 2008组态软件。软件设计的主要特点如下：4.1 在门机的控制回路中设有PLC故障保护接点，门机运行中一旦PLC出现故障，控制回路立即断电，切断门机各机构的控制电源，停止运行。4.2 门机紧急停车时，不但设有硬件保护使变频器关断，还设有软件保护，即PLC通过通讯方式使变频器快速停机。4.3 变频器的运行频率及故障号以通讯的方式从变频器
12、传送到触摸显示面板，操作人员可通过显示面板随时了解到变频器的运行情况。一旦变频器报故障，变频器停止运行。当故障处理完毕后操作人员可通过触摸面板上的按钮“故障复位”清除故障。4.4 自动抓梁的就位、穿销到位、脱销到位的行程信号直接进入PLC的模块和模拟量模块，经程序处理后的信号动态的显示在自动抓梁画面的相应位置处。4.5 门机运行过程中的保护信号、终端限位信号以及故障诊断信号均以报警信息或事件信息的方式用动态窗口形式弹出提醒操作人员。4.6 门机的操作注意事项、日常维护准则以帮助的形式显示在触摸屏的起动画面中。5 结束语由于现代控制技术在起重机上的应用，操作人员在司机室通过触摸屏观察到整个门机的
13、运行情况，并随着各机构的运行自动弹出相应的事件信息与报警信息窗口，窗口中提示随机发生的事件，如有故障则窗口中提示产生故障的原因，引导操作维护人员进行维护，从而使设备的可操作性、可维护性大大提高。同时，自动抓梁检测信号直接进入PLC，减少了中间环节，提高了系统的可靠性。参 考 文 献1、水电站机电设计手册编写组编写，水电站机电设计手册金属结构（一），北京，水利水电出版社，19882、刘细龙等主编，闸门与启闭设备，北京，水利水电出版社，2003作者简介 唐惜春（1974），男，广西全州人，工程师。主要从事水电工程金属结构的管理工作。通讯地址：广西梧州市新兴三路3号金苑时代广场16楼 邮码: 543002联系电话：13877487858 0774-6026032
长洲水利枢纽内江厂房坝顶门机控制系统简介
