岳偉強(qiáng)，趙志惠，葉 青

（浙江華東機(jī)電工程有限公司，浙江 杭州 311122）

1 設(shè)備組成和主要技術(shù)參數(shù)

千島湖配水工程林山水閘1×8 000 kN固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)，用于啟閉羊巖塢水閘1扇事故檢修閘門。啟閉機(jī)主要由電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器、減速器、卷筒裝置、鋼絲繩、滑輪組、機(jī)架、電控設(shè)備以及必要的附屬設(shè)備組成。本機(jī)為單吊點(diǎn)，由1套卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)組成，1臺(tái)型號(hào)為YZP450L2-10 S3 40%355 kW的變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)。電機(jī)和減速機(jī)間的高速軸上設(shè)有1套工作制動(dòng)器，在起升卷筒的盤邊上設(shè)置1套安全制動(dòng)器。啟閉機(jī)主要參數(shù)見(jiàn)表1。

2 啟閉機(jī)電控系統(tǒng)概述

電控系統(tǒng)主要由配電回路、變頻調(diào)速裝置、PLC回路、荷重開(kāi)度綜合儀等安全保護(hù)裝置組成。系統(tǒng)采用觸摸屏+傳統(tǒng)繼電器邏輯控制+冗余PLC（可編程控制器）+變頻調(diào)速的整機(jī)控制方案。觸摸屏用于監(jiān)視本機(jī)設(shè)備I/O狀態(tài)和數(shù)據(jù)顯示，設(shè)備故障時(shí)方便查找原因；PLC為整機(jī)的邏輯控制中心，協(xié)調(diào)各機(jī)構(gòu)的運(yùn)行并將系統(tǒng)運(yùn)行情況傳輸?shù)奖O(jiān)控中心；當(dāng)遇到PLC故障時(shí)，切換到“現(xiàn)地手動(dòng)”位置通過(guò)柜門上的控制按鈕，仍可以對(duì)閘門進(jìn)行操作，最大限度地保證設(shè)備在緊急情況下也能運(yùn)行。操作分為現(xiàn)地手動(dòng)、現(xiàn)地自動(dòng)和遠(yuǎn)程3種模式，以滿足不同工況的操作需要。

3 啟閉機(jī)變頻控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

3.1 變頻調(diào)速系統(tǒng)的選型及特點(diǎn)

由機(jī)械設(shè)計(jì)參數(shù)可知啟閉機(jī)的啟閉速度為0.2～4.0 m/min，總調(diào)速范圍為1:20，重載時(shí)調(diào)速范圍為1:10，此時(shí)電動(dòng)機(jī)為恒轉(zhuǎn)矩輸出；輕載時(shí)調(diào)速范圍達(dá)到1:20，50～100 Hz范圍內(nèi)電動(dòng)機(jī)處于恒功率輸出狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)輕載快速升降，縮短閘門啟閉時(shí)間，提高工作效率。調(diào)速范圍的變化由PLC根據(jù)載荷限制器及閘門的開(kāi)度值邏輯判斷后自動(dòng)控制和切換。

變頻器選用ABB公司新一代全數(shù)字ACS880系列產(chǎn)品，型號(hào)為ACS880-01-430A-3，內(nèi)置提升機(jī)應(yīng)用程序（N5050），閉環(huán)矢量控制。該系統(tǒng)安全可靠，能在電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的4個(gè)象限運(yùn)行，具有完備故障自診斷和保護(hù)功能，變頻器控制原理見(jiàn)圖1。

圖1 變頻器控制原理圖

啟閉機(jī)起升機(jī)構(gòu)負(fù)載為典型的位能負(fù)載，變頻控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：

（1）變頻器U200與PLC之間通過(guò)外部IO進(jìn)行信息的發(fā)送和反饋，安全可靠，控制面板菜單集成全中文信息顯示，大大降低運(yùn)維難度。

（2）采用矢量控制方式，調(diào)速范圍大，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)電機(jī)低轉(zhuǎn)速高轉(zhuǎn)矩輸出。

（3）借助電動(dòng)機(jī)上軸套式增量型編碼器的閉環(huán)控制，不僅提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性，更重要的是保證起升機(jī)構(gòu)的安全運(yùn)行。

（4）變頻器功能齊全，并內(nèi)置電動(dòng)機(jī)參數(shù)自適應(yīng)功能，有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)辨識(shí)可供選擇，通過(guò)辨識(shí)可建立相應(yīng)電機(jī)參數(shù)模型，控制更加精準(zhǔn)。

（5）內(nèi)置N5050提升程序?qū)槠鹬貦C(jī)械的起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，內(nèi)置制動(dòng)器控制邏輯，只有檢測(cè)到電機(jī)轉(zhuǎn)矩達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)才松開(kāi)制動(dòng)器，避免松開(kāi)閘門的瞬間閘門失控下滑，杜絕溜鉤現(xiàn)象發(fā)生。

3.2 變頻調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)試經(jīng)驗(yàn)

各電氣回路檢查無(wú)誤后，接通變頻器主電源開(kāi)始參數(shù)調(diào)試，按照起重機(jī)控制程序（選件+N5050）固件手冊(cè)依次設(shè)置99組電機(jī)參數(shù)、10組標(biāo)準(zhǔn)DI/DO、20組啟動(dòng)/停止/方向、22組速度給定選擇、23組速度給定斜坡、30組限值、31組故障功能、43組制動(dòng)斬波器、44組機(jī)械抱閘控制，90組、91組、92組參數(shù)，以上參數(shù)設(shè)置無(wú)誤后已滿足閉環(huán)控制條件，此時(shí)可通過(guò)變頻器控制面板或柜面啟停按扭驅(qū)動(dòng)起升卷筒正反向運(yùn)行，如有異常根據(jù)面板上顯示的故障代碼在產(chǎn)品手冊(cè)上查找相應(yīng)的解決方案。通過(guò)多年的調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，以下3點(diǎn)故障現(xiàn)象比較常見(jiàn)：

（1）遇到電機(jī)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定或存在頓挫感，需通過(guò)參數(shù)99.13對(duì)電機(jī)進(jìn)行辨識(shí)。首選標(biāo)準(zhǔn)辨識(shí)，主要在電動(dòng)機(jī)與減速機(jī)脫離時(shí)進(jìn)行；否則選擇靜止辨識(shí)，此辨識(shí)滿足大多數(shù)設(shè)備應(yīng)用；如果仍不能解決故障，需脫開(kāi)負(fù)載進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)辨識(shí)或檢查機(jī)械傳動(dòng)是否存在卡阻。

（2）制動(dòng)器打開(kāi)瞬間，重物有短時(shí)失速，需調(diào)整44組參數(shù)，增大制動(dòng)開(kāi)啟轉(zhuǎn)矩的百分比，直至消失。

（3）重物上升時(shí)運(yùn)行正常，下降時(shí)速度不可控，有加速現(xiàn)象，重點(diǎn)確認(rèn)參數(shù)30.30過(guò)壓控制是否為禁用，如參數(shù)設(shè)置正確需復(fù)核制動(dòng)電阻的功率是否偏小。

調(diào)試時(shí)，應(yīng)逐步排查，縮小故障范圍，直至問(wèn)題解決。

4 啟閉機(jī)M580 雙機(jī)熱備PLC系統(tǒng)

4.1 冗余PLC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及特點(diǎn)

PLC作為啟閉機(jī)的控制核心，性能和穩(wěn)定性非常重要，本項(xiàng)目選用施耐德公司M580雙機(jī)熱備（也稱昆騰+）系列產(chǎn)品。作為Modicon ePAC高端控制器中的一員，昆騰+系統(tǒng)繼承和發(fā)揚(yáng)施耐德電氣公司在PLC技術(shù)和熱備技術(shù)上的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，配置直觀簡(jiǎn)單、易接線、結(jié)構(gòu)合理牢固，便于維護(hù)、抗腐和抗干擾能力強(qiáng)，即使在極其惡劣環(huán)境下也能正常運(yùn)行，MTBF均大于600 000 h。

熱備系統(tǒng)的核心部分是2個(gè)昆騰+PLC機(jī)架，1個(gè)主機(jī)和1個(gè)備機(jī)。主機(jī)、備機(jī)架上的模塊配置相同，根據(jù)系統(tǒng)的需求有多款CPU供選擇，本系統(tǒng)主機(jī)、備機(jī)架各配有BMEH582040處理器和1只以太網(wǎng)模塊，通過(guò)MODBUS TCP/IP總線與RIO站相連接，并構(gòu)成環(huán)網(wǎng)，系統(tǒng)配置見(jiàn)圖2。

圖2 熱備系統(tǒng)配置圖

CPU液晶顯示板上可顯示當(dāng)前主備狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)及遠(yuǎn)程RIO機(jī)架模塊狀態(tài)等信息。同一時(shí)刻，只有主用 PLC執(zhí)行應(yīng)用程序并且控制RIO。備機(jī)和主機(jī)之間通過(guò)集成在CPU 上的高速鏈路（1 Gbps）相連接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步，備用 PLC通過(guò)數(shù)據(jù)同步端口實(shí)時(shí)更新并備份IO狀態(tài)值，做好隨時(shí)接替準(zhǔn)備。當(dāng)主機(jī)PLC發(fā)生故障時(shí)，備用系統(tǒng)自動(dòng)切換，由備用PLC使用最新的數(shù)據(jù)內(nèi)容執(zhí)行應(yīng)用程序并更新I/O。只要主備機(jī)完成切換，原備機(jī)PLC 就將變?yōu)橹饔?PLC，且與外部相連的網(wǎng)絡(luò)通信不會(huì)因主備機(jī)切換受到任何影響。

4.2 M580冗余PLC的調(diào)試要點(diǎn)

對(duì)于首次使用施耐德M580冗余PLC的調(diào)試工程師，有2點(diǎn)非常重要也極易出錯(cuò)。

（1）M580冗余PLC有2套配置相同的CPU，新購(gòu)的CPU出廠默認(rèn)是A，必須將其中1只拆下?lián)艿紹位置，否則會(huì)造成硬件權(quán)限沖突，無(wú)法實(shí)現(xiàn)冗余功能。

（2）通電后主備CPU切換正常，但無(wú)法識(shí)別RIO機(jī)架上的模塊狀態(tài)，此時(shí)打開(kāi)硬件配置窗口找到更新CRA IP地址配置，確保CRA接口標(biāo)識(shí)符地址及硬件撥碼一致，可通過(guò)修改軟件重新下載或更改CRA模塊撥碼位置使軟件、硬件地址相同，硬件上修改必須在斷電時(shí)進(jìn)行。

5 結(jié) 語(yǔ)

本系統(tǒng)已在千島湖配水工程上投運(yùn)1 a，目前啟閉機(jī)整體運(yùn)行穩(wěn)定，滿足現(xiàn)地控制和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)集中控制的要求。M580雙機(jī)熱備PLC充分發(fā)揮配置靈活，性能穩(wěn)定可靠、編程方便以及便于維護(hù)等特點(diǎn)。ACS880變頻器憑借獨(dú)有的直接轉(zhuǎn)矩DTC控制技術(shù)和出色的傳動(dòng)性能，保證設(shè)備良好運(yùn)行。因此，基于施耐德M580冗余PLC的變頻調(diào)速啟閉機(jī)電氣控制系統(tǒng)對(duì)同類工程有一定的借鑒意義。