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水電站永臨結合啟閉機電氣系統的設計

發布日期:2019-10-20   來源:《變頻器世界》19-08期   作者: 趙仕兵 郭彪   瀏覽次數:854
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【摘   要】:用于幾內亞蘇阿皮蒂水電站導流底孔和泄洪底孔的固定卷揚式啟閉機,具有永久和臨時的使用要求。我公司設計時采用了新型的電氣系統,綜合應用了西門子 PLC S7-SMART200 之間的以太網控制技術,結合 ABB 變頻器 ACS880 之間的主從控制技術,經現場調試,整個電氣系統準確可靠、效果顯著,為后續類似項目的建設提供了良好的借鑒作用。

 

 關鍵詞:PLC;以太網;變頻器;主從控制;啟閉機

1 概述

水利工程建設項目中,在混凝土壩體中設置底孔來滿足施工導流的方式比較常見。水庫蓄水時,需要通過臨時啟閉機關閉鋼閘門來永久性封堵底孔。當完成封堵使命后,該啟閉機勢必閑置,造成浪費。位于幾內亞的蘇阿皮蒂水電站項目,正好將這套臨時啟閉機(額定起重量 2×3200kN)拆分為兩套永久性的啟閉機(如圖 1所示),用于泄洪底孔的事故檢修門中,這在一定程度上節約了工程投資。為滿足啟閉機的永臨結合使用要求,我公司設計、制造的這套啟閉機采用了 PLC 之間的以太網控制和變頻器之間的主從控制等核心技術,結合 PLC 控制和傳

 

 

             圖 1 設備總圖

統繼電器控制的自由切換功能,以及本地和遠程兩種操作權限的選擇,組成了一套完整的新型啟閉機控制系統,伺服控制SERVO CONTROL96 THE WORLD OF INVERTERS經現場調試,準確可靠、效果顯著,得到業內一致贊許。

2 新型啟閉機控制系統的優越性

1)電氣系統的低壓電氣元件采用施耐德產品,PLC、觸摸屏、電動機采用西門子產品,變頻器采用ABB 產品。

2)PLC 是電氣系統的控制核心,該啟閉機有兩套獨立的 PLC 系統,當作為臨時使用時,采用以太網通信方式來保證兩套 PLC 之間的數據交換。通過一根普通網線連接,即插即用,方便快捷。

3)兩套變頻器都采用帶速度反饋的閉環控制系統,當啟閉機作為臨時使用時,通過變頻器之間的主從控制來均衡負載的分配。其中主機采用速度控制方式,從機采用轉矩控制方式,使得整個系統安全可靠,速度柔和精準。

4)除 PLC 控制系統外,該啟閉機還另設一套完整的傳統繼電器控制系統,當 PLC 出現故障或停機時,傳統繼電器控制系統仍能使啟閉機正常工作。

3 PLC 之間的以太網通信

為滿足啟閉機拆分后作為永久使用的要求,所以啟閉機設有兩套完全一樣的 PLC 控制系統。但是當作為臨時使用時,務必將兩套 PLC 集成在一起,作為一個控制系統來啟閉導流洞的封堵閘門。通過以下步驟即可實現 2 套 S7-200 MART PLC 之間的以太網通信:

1)首先要在 STEP 7-MicroWIN SMART 軟件中對兩套 PLC 進行硬件組態,并設置各自的 IP 地址,主站:192.168.2.100,從站:192.168.2.101,要求必須處于同一網段,主從站可任選。

2)在主站的 PLC 中創建 GET/PUT 連接,GET指令將讀取從站 CPU 中組態的數據,PUT 指令將向從站 CPU 寫入組態的數據。GET/PUT 指令操作由數據表控制,該數據表是由 GET/PUT 向導創建通信連接時自動創建的。

3)若直接使用 GET/PUT 指令來編程非常復雜,而且容易出錯,然而使用 GET/PUT 向導可以大大簡化該過程,在主站的 PLC 中使用 GET/PUT 向導,打開工具 (Tools) 菜單的向導 (Wizards) 區域單擊 Get/Put 按鈕,添加兩個操作:write operation 和 read operation(如圖 2 所示),然后分別對 write 和 read 兩個操作進行數據通信的組態,在左邊菜單中單擊 write operation, 將操作類型指定為 PUT,輸入要傳輸的數據大小 (100 字節 ),一般不超過 200 字節。輸入從站 PLC 的 IP 地址(192.168.2.101),指定本地 CPU 數據所在的位置(如: VB0 ~ VB99)和向遠程 CPU 寫入數據的位置(如:VB200 ~ VB299)。read operation 也類似操作。

4)調用子程序 NET_EXE[1],當以上步驟設置完成后,系統會自動生成 NET_EXE 子程序。這個NET_EXE 子程序用于初始化 GET/PUT 操作的執行,要啟用程序內部的網絡通信,需要在主站的 OB1 程序塊中置入一條調用命令(一直 ON 的常開觸點 SM0.0)來執行 NET_EXE,在每個掃描周期都使用 SM0.0 調用該子程序(如圖 3 所示)。至此,通過以上步驟即可完成兩個 SMART PLC 之間的數據通信。     
                          圖 2 創建 Get/Put 向導                                                                                                                          
                                圖 3 調用子程序 NET_EXE

4 變頻器之間的主從傳動

啟閉機作為臨時使用時,為了保障兩個吊點的同步性,兩套起升機構的卷筒之間采用剛性軸連接(如圖 4所示),但是當兩臺電機同時驅動一個剛性負載時,會 由于異步電機滑差的因素導致兩個電機出力不均,嚴重的情況下甚至會發生一臺電機拖著另一臺電機旋轉,即《變頻器世界》 August , 2019

www.pxekcx.live 97一臺處于電動狀態,另一臺處于發電狀態的情況。為了避免這種況,兩套起升機構的變頻器之間采用主從傳動的方式來保證電機出力均衡。

 

 

  圖 4 兩吊點的剛性連接




兩臺起升電機都配有倍加福的增量型編碼器 HTL), 接 入 ACS880 變頻器的編碼器專用模塊FEN-31,形成閉環控制系統。值得注意的是,當把編碼器參數設置完畢后,需要轉動電機,觀察 01.02(電機估算轉速)和 01.04(編碼器 1 速度濾波)這兩個參數,

如果相等說明閉環已調好,最后將 90.41(電機反饋選擇)和 90.51(負載反饋選擇)設成編碼器 1。當兩臺變頻器的閉環控制系統設置成功后,才能進行主從傳動的參數設置 [2]。其中一臺做主機使用,采用速度控制方式,另一臺作從機使用,采用轉矩控制方

式。由于變頻器是用于起升控制系統,所以每個變頻器內都含有起升專用軟件(選件 +N5050), 其主從傳動的具體參數步驟逐一設置(如附表所示),第 1、2 步是

選擇控制位置,第 3、4 步是設置 D2D 通訊參數,第 5、 6、7 步是設置給定值信號參數,第 8、9、10、11 步是設置開始 / 停止 / 反向參數。以上參數設置完畢后,重啟變頻器,再測試運行。

5 結束語

西門子 PLC S7-SMART200 自問世以來,以其強大的以太網通信功能聞名于世,結合 ABB 最新一代變頻器 ACS880 起重機專用控制程序 N5050 在負載力矩分配上的杰出功能,保證了我公司在這種新型的永臨結合固定式卷揚機上得以成功應用,經現場測試,整個系統運行穩定、使用方便 , 效果顯著,得到用戶的一致好評。

 
 
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