蔣華強 楊 剛 劉小偉

雙吊點無中間軸卷揚啟閉機的控制

蔣華強 楊 剛 劉小偉

一、起升機構(gòu)及控制系統(tǒng)簡介

青島即墨大任河工程采用弓形閘門啟閉機，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，吊點中心距26.2m。

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

控制系統(tǒng)主要由德國西門子S300系列PLC、觸摸屏TP270、4臺變頻器ATV61HU75N4、2只倍加福絕對編碼器、4只三菱增量編碼器及4臺變頻電機組成，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

啟閉機有2個吊點，每個吊點由2臺電機驅(qū)動，每臺電機采用1臺變頻器驅(qū)動1臺電機的閉環(huán)矢量控制方式。每個吊點的2套變頻驅(qū)動系統(tǒng)采用主從控制方式，主從系統(tǒng)間通過D2同步卡和光纖進行同步，運行信號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行，其特點是數(shù)據(jù)交換快速，受干擾影響小，防止2臺電機出力不均，確保2臺電機同步運行。在每臺電動機的非傳動輸出軸設(shè)置有1個增量型編碼器和PT100熱敏電阻，分別用于檢測電機轉(zhuǎn)速及加速度信號和電機溫度信號，信號反饋至各自的主傳動變頻器。變頻器通過實時采集到的反饋信號和從PROFIBUS總線接收到的來自PLC的指令，對電機進行閉環(huán)控制和過流、失速、過熱等保護。

同一吊點的2臺電機屬于剛性同步，2臺電機必須要保證出力均衡，即2臺電機的轉(zhuǎn)矩均衡。該系統(tǒng)通過2臺變頻器的主從控制方式實現(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)矩控制指令運行，保證了2臺變頻器的轉(zhuǎn)矩均衡。主從變頻器采用光纖通信，傳輸迅速12Mbps。每臺變頻器的運行參數(shù)都通過PROFIBUSDP總線傳入PLC，并在觸摸屏上實時監(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)模式讓電機旋轉(zhuǎn)自學(xué)習(xí)。自學(xué)習(xí)后將每臺變頻器的地址和控制模式輸入，單吊點的2臺電機聯(lián)機運行，通過觀察卷筒齒輪的嚙合情況來判斷2臺電機的出力情況。若卷筒齒輪出現(xiàn)背齒，即2臺電機出力不均，通過調(diào)整從變頻器的轉(zhuǎn)矩跟隨速度，實現(xiàn)2臺電機同步。2個吊點分別調(diào)速完成后，2個吊點才能同時動作聯(lián)調(diào)。

四、電氣控制系統(tǒng)介紹

2×900kN啟閉機的電氣控制系統(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個數(shù)字量輸入模塊（DI）,2個數(shù)字量輸出模塊（DOI）,1個模擬量輸入模塊（AI）,1個位置模塊（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)，不僅實現(xiàn)了啟閉機的邏輯控制和啟閉機2個吊點的電氣同步，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，操作人員可以對系統(tǒng)中各種參數(shù)、控制點進行實時監(jiān)控，保證了啟閉機電機控制系統(tǒng)安全平穩(wěn)的運行。

五、電氣控制原理

2個吊點之間沒有連接軸，2個吊點之間采用主從模擬量同步控制，1號吊點的變頻器運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)換成與實踐對應(yīng)的閘門起升高度值。如果1號吊點和2號吊點要聯(lián)動，必須通過電氣控制保證2個吊點起升高度一致，2個吊點高度差在20 mm以內(nèi)。每個卷筒均裝有1套光電絕對值型編碼器，用于檢測每個吊點的起升高度，絕對值編碼器輸出信號以為SSI串口通訊方式接入PLC位置模塊。PLC通過處理2個吊點的高度差，進行PID運算得出速度補償量，此速度補償量用于改變第二吊點的速度給定值，通過對第2個吊點速度的控制來實現(xiàn)2號吊點起升高度與1號吊點起升高度的同步，保證2個吊點高度差在20mm以內(nèi)。高度差的大小可以通過調(diào)節(jié)補償量的大小來控制，也就是改變比例系數(shù)或者積分時間的大小。在現(xiàn)場調(diào)試過程中，調(diào)節(jié)比例系數(shù)即可以使2個吊點高度差滿足要求在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，即速度補償量較大，會出現(xiàn)高速運行或機械環(huán)境變化較大時高度差超過20mm，不滿足設(shè)計要求。

六、結(jié)語

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

（作者單位：江蘇省水利機械制造有限公司 225003）

（專欄編輯：顧 梅）