[交通运输]振华桥吊.ppt

点滴积累之四,振华桥吊 国投镇江港集装箱公司机械队,一、桥吊电气的核心部分的详细说明,1、可编程控制器 本桥吊采用西门子S7-400可编程控制器。在工控机房的PLC柜，安装S7-400的电源模块PS407-4A、CPU模块416-2DP、通讯接口模块CP443-1。 在PLC2柜、MCC3柜有PLC2分站、MCC3分站（以上在电气房）；在后大梁有BKIO分站；在俯仰控制室有BOS分站；在西横梁有GIO分站；在司机室的控制柜有SPIO分站；左/右操纵台有LCIO和RCIO分站。 各分站采用S7-300系列的模块，每分站有ET-200M分站家族的通讯接口模块IM153-1和若干I/O模块组成。每分站有各自的站号，它们和变频器统一按序编号。CPU与各分站构成主从通讯形式，由PROFIBUS总线进行通讯。 下图是HG1INV的网络地址、通讯速率等。系统的构成如下下图所示。,2、前端设备 从电气的角度认识和分析桥吊，可以从“动力”和“信号”两条路来进行。这里着重说明“动力”部分。本桥吊的“动力”部分有它的独特的地方。 由1600KVA主变压器的两组分别接成Y-的付绕组，各输出440V的三相交流电压，给两个AFE柜供电。两组付绕组的输出电压相差30度电角度，各自全波整流后并联，成12波头的脉动电压，可以减少直流母线的脉动分量，降低对滤波电容的要求。另一方面，可以大为减少电源侧电流的高次谐波的成分。AFE的全称为“Active Front End ”，一般称作“前端设备”。它有两个作用，一方面，把交流电整流成直流电，提供给后面的变频柜变成频率、幅植可调的交流电，拖动三相交流电机。另一方面，它把交流电动机在发电状况（典型的是重箱下降时），由变频器反送回来的电能（在直流母线）逆变成工频电，回馈给电网。AFE与各变频器通过直流母线连接。 两个AFE前各有一个交流电抗器与电源隔离，防止高次谐波反送到电网。正常远行时，两个AFE同时接在直流母线上。当其中一台有故障时，可以切除，仅让一台AFE作，这时各机构可以工作在慢速状态。 每台AFE的容量是710KW。,3、变频器 变频器是西门子6SE71系列。四大机构动作的变频器共有三个：H/G1 INV，起升/大车1变频器；H/G2 INV，起升/大车2变频器；两者的容量是630KW。T/B INV，小车/俯仰变频器，250KW。 H/G1、H/G2变频器各拖动一台460KW的起升电动机或10台15KW的大车电动机。T/B变频器拖动一台250KW的小车电动机或250KW的俯仰电动机。同一变频器拖动的两个机构电动机不能同时工作，是由接触器来切换。 两个起升/大车变频器中，1#为主，2#为从，两者之间由光纤传输的SIMOLINK通讯。起升动作的速度指令先到1#，经1#计算之后，速度/转矩再传送到2#。这样保证两台变频器/电动机的速度和出力相平衡。 AFE和各变频器的控制回路的工作电源，都由 柜供给，为了提高可靠性，隔离输电线路进入的干扰，通过两台1000伏安的在线式UPS，提供纯净的220V、50HZ正弦电压。 4、矢量控制,各电动机的转速控制采用矢量控制方式。 矢量控制是模仿直流电动机的控制方法。电动机定子中互差120度电角度的三相电流在空间相距120度的绕组产生旋转磁场，在保持磁势相同的前提下，可以由互相垂直的两相绕组里的相位差90电角度的电流所产生。如果有一对互相垂直的、与旋转磁场同步转动的、其中纵轴与转子磁链重合的两相绕组，里面通过合适的直流电流，同样可以产生相同的旋转磁场。 这样，通过两次等效的转换，定子中的三相交流电流就由旋转的两个独立的直流电流等效。当观察者和旋转磁场同步旋转，看到的这两个电流就和直流电动机中的一样，成为互相正交的两个分量：直轴的励磁分量和交轴的转矩分量。 下面的功能图的左上部分（见矢量大全下P55图-285）反映了在变频器中进行的由三相静止坐标系到两相静止坐标系、两相静止坐标系到两相旋转坐标系的转换过程。因为在三相电路中，有三相电流的和为零的关系，所以只需要检测其中的两相电流就可以了。,转换的结果，是将定子电流分解成旋转坐标系中的两个垂直的分量：直轴和交轴分量（Isd和Isg）。进一步根据定子电流的直轴和交轴分量（Isd和Isg），计算出来转子的磁通，这个环节称为磁通观察器。见下图，上图中参与计算转矩的就是这儿得到的。,所以，就可以分别控制这两个电流分量来控制电动机的磁场和转距。 根据控制指令和实测到的三相电动机的转速，计算出相应的变频器输出的电压频率。 同时，可以计算出相应的电动机定子电流的励磁分量和转距分量的设定值，与实测到的三相电流解耦成直轴分量（Isd）和交轴分量（Isg）比较，综合成定子电流的电流幅值给定信号和相角给定信号。 前者控制变频器输出的电流幅值，后者控制逆变器换相的触发时刻。 整个转速控制系统和典型的直流电动机的转速控制系统一样，是一个以电流环为内环，速度环为外环的双环控制系统。 控制框图如下：,5、变频器的通讯 变频器的运行是通过PLC提供的指令来进行。PLC的指令由PROFIBUS总线传送到各变频器，用通讯电缆传送。各变频器的运行状态也由PROFIBUS总线传送到PLC。每个变频器都有自己的站号，它们是： AFE 1#，Add: 4；AFE 2#，Add: 5；H/G1 INV，Add: 6；H/G2 INV，Add: 7；T/B INV，Add: 8。(详见桥吊原理图P14，Sheet 00）。这个站号是在编程软件STEP7的硬件设置中编排定的。 与日系的PLC-变频器系统不同，运行指令的转送是通过传送数据块、PZD、连接器的方式组织的，而不是在输入、输出映像区开辟变频器对应的区域，按类似I/O口操作来进行的。 在PLC的程序中，FB22、FB23、FB24分别是H/G1 INV、H/G2 INV、T/B INV的通讯功能块。以H/G1 INV为例，以下是发送报发文，其中，PCD1是控制字，PCD2是速度给定字。 DB123是FB22的背景数据块。因为变频器的通讯板是CBP2，所以它的过程数据字是16个。,以下是接受报发文，其中，PCD1是状态字，PCD2是速度反馈值。,二、关于桥吊程序,1、桥吊的PLC程序用软件STEP7打开和监控 关于STEP7的安装、功能、一般的使用以及编程语言和指令等，有很多资料及书做介绍。 桥吊的工控机安装好STEP7，并且已经装入了桥吊的PLC程序。 打开STEP7，在窗口左侧的结构树框里，按以下路径：Zhenjiang-805/SIMATIC 400 Station/CPU 416-2 DP/S7 Program/Sources/Blocks，在右面的工作窗口出现整个程序的内容。其中，“OB”是组织块，“FB”是功能块，“FC”是功能，“DB”是数据块。每个块都有简单的词汇说明其作用。 在某个块上双击，就可以把它打开。在STEP7的菜单选View/Display With/Symbel Information，可以显示程序中各元素的注解。 把光标放在某个元件上（某接点上），右键，弹出一个编辑菜单，选Go To/Location，弹出对话框，显示该接点被使用的其他程序段。可以选择起一进入某程序段，检查这部分程序的执行情况。,2、PLC程序的上传和下载 （1）硬盘到STEP7： 在STEP7的“File”“Open”，出现“Open Object”对话框，选择程序文件所在途径，“OK”即可。,（2）将已打开的程序压缩成.zip格式文件： 在STEP7的“File”击“Archive”，出现“Archiving”对话框，选择程序文件（.zip文件格式)存储途径，“OK”即可。,（3）解压程序文件压缩包（.zip文件格式)： 在已打开的程序的STEP7窗口，在STEP7的“File”击“Retrieve”，出现“Retrieving-Select an archive”对话框，选择程序文件（.zip文件格式)途径，“OK”即可。,（4）将已打开的程序下载到内存卡： 将摸式开关切换到STOP，然后通过STEP7点击菜单“PLC”/“Save to User Program to Mamory Card”。,（5）将已打开的程序下载到PLC的CPU： 在已打开的程序的STEP7窗口，在工具条上击“Download”扭。 在下的STEP7窗口，下载的是整个用户程序，包括硬件配置、组织块，功能块，变量表等。,在下图所示的窗口，在工具条上击“Download”扭， 是仅下载打开的某一个功能块的情况。（实际例子是FC31）,6、PLC程序中常见点的强制方法 在西门子PLC程序中，一般习惯用串、并联接点的办法进行强制。如下图中的接点“CC”。 强制后存一下盘，再下载到CPU。如果是临时措施，不要下载到闪存卡。要注意及时恢复原来状态。,7、程序分析举例 以下分析PLC程序是如何区分变频器是拖动起升电动机还是大车电动机的。这里想说明PLC程序（FB与FC）、数据块（DB）、与变频器的参数表、以及矢量大全的功能图是如何联系的。 由以下程序段可以看出，当大车指令有效时，M359.7为“1”，而起升指令有效时为“0”（如果其他外部条件都满足的话）。 下面的程序段说明，当大车指令有效时，M359.7为“1”，控制字第16位的FDS（功能数据组参数）、第18位的MDS（电机数据组参数）、第30位的BICO（基本/备用数据组）都置为“1”。而起升指令有效时为“0”时，则都置为“0”。DB123是PLC向变频器发送的程序FB22的数据块，在执行FB22时，在PZD3发送。因为每个参数序号的高位保持在“0”，所以低位的“0”对应于各数组中的编号“1”，“1”对应于各数组中的编号“2”。关于MDS（电机数据组参数）、FDS（功能数据组参数）、BICO（基本/备用数据组）的具体内容见矢量大全P70、P71、P72。,下面是DB123数据块的内容。再望下的“+46.0”、“+48.0”、“+50.0”是这三个数据由变频器反送回来的值。它们位于接收数据的PZD7、PZD8、PZD9。参数P734表示变频器反送回PLC各PZD的连接，由P734.7、P734.8、P734.9表明PZD7、PZD8、PZD9连接K34、K35、K36。在功能图-540-里，K34、K35、K36是三个数据的实际值，但是它们的序号是从“1”到“4”，不同于从控制字中发出的“0”到“3”。所以在程序的Network25、26中，分别用“1”和“2”来两个不同的序号了。,三、变频器故障记录与关键参数查询方法,变频器的故障，在变频器参数表中可查询。更方便的是在变频器柜门上的数字面板上可以看到，它以“FXX”的方式显示。“FXX”称为故障代码。故障代码表在“矢量大全”中提供，部分如下页所示。 在“矢量大全”中，说明了变频器关键参数的参数号，分别为表r002，显示速度实际值；r003，显示变频器或逆变器输出电压(基波有效值)；r004显示变频器或逆变器输出电流(基波有效值)；r005显示输出有功功率；，r006，显示直流母线电压；r007，显示转矩；r009，显示当前电机温度。等等。就起升1#变频器为例，它们可在STEP7/HG1INV/Mastredrive VC/Parament项进入DriveMontion，击 击工具，进入参数表。,四、大车电缆卷筒的控制,1、一方面，由大车变频器通过通信传送速度指令，另一方面，PLC根据电缆卷筒上实际卷取的电缆排列的直径，依照设定的张力限定，计算出转矩限止值。由于有了张力控制，能大大地延长电缆的使用寿命。装在电缆卷筒轴上的角度传感器检测到正比于角度的420ma的电流信号进入GCR变频器的接线端子X102：17、18进行A/D转换（见KM Sch 677 compl.pdf page13，以及矢量大全下册page32，功能图-82-）。转换、处理的结果通过连接器K0013连至U107，U107指示，该值与K407连接的另一个乘数（U007中的常数：147）的积，由K0467连接到P734.010。这样,就由通讯包中的PZD10传送到程序的数据块DB129.DBW52，得到相应的电缆卷筒的直径。,2、下面还以电缆过紧故障为例（NO TIGHT CABLE）说明大车电缆卷筒变频器INV-GCR如何向主PLC传送信号的。当电缆过紧时，电缆导向装置里的一个限位开关（E7.4）动作 ，使继电器k6动作。K6的接点进入变频器输入端子DI7，如下图。（以上图见“KM SCH 677-compl.Pdf”）,在变频器里，如下图所示的，DI7的数据通过连接器“B5117”连接到参数“U080.15”。（以上图见“KM677-out2.V111.pdf”）进入变频器GCR的Drive motion，在参数表的“U080”栏里，我们看到了这个连接。,在参数P734.3，指示U080被连接器K433连接。而参数P734.3是写入过程数据PZD3中的内容，（见矢量大全上第345页，图8.2-21）参数表中显示的连接的器的编号正是K433。,过程数据PZD3通过通信由变频器送到PLC，在FB30中，写入数据块DB129.DBW38。,DB129.38被称作GCR的状态字3，它的每位的含义在UDT136中说明。可以看出它的每一位从“0.0”到“1.7”与U080里的“U080.1”到“U080.16”是一一对应的。,在PLC程序FC45中，就应用了该信号进行控制。,需要说明的是，除了通过通讯的方式GCR编频器与主PLC联系外，另外还有两个状态信号：CABLE REEL NO FUALT、CABLE REEL RAEDY是有两根实际导线连到PLC2 -A5-5输入模块的，地址为：I197.7 、I197.6。,五、吊具的下垂电缆卷筒的控制,吊具的下垂电缆卷筒也用张力控制。它的变频器柜安装在司机室。 变频器柜内实际有一个ET200M和一个16点输入模块、一个16点输出模块组成的PLC分站，以及一台变频器。作为一个分站，由硬件配置可知，它的I/O地址分别是以IW500和Q500开始的两个字。SCR在系统里的通讯状况和其他机构变频器相类似。 吊具的下垂电缆卷筒的控制程序在FB300FB307、FC300。 在FB300FB307的各段程序中，各变量都以符号变量的形式表示，只有在FC300中，以绝对地址表示。,六、双箱吊具,桥吊配备BROMA双箱吊。吊具有可以上下移动的“中锁”，中锁放下后可以作业两个20英尺的集装箱。单、双箱的模式选择开关在司机室控制台上。当中锁下到位之后，才能够双箱作业。 吊具海侧的东部，装有户外式的PLC，即B1板。它的I/O口通过下垂电缆与司机室内的西门子PLC司机室分站的I/O口联系，司机的操作指令和吊具的状态信号由此输送。在B1板的面板下，安装有DELCON固态继电器起输入/输出信号与PLC的隔离作用。BROMMA的PLC通过CAN总线与分布的六个I/O模块联系。每个模块各有四个输入插座，计八个输入口和四个输出插座，共八个输出口。输入口采集吊具的20尺、40尺、45尺、着床、开锁、闭锁、中锁上、中锁下、吊具伸的挂钩等共36个接近限位开关的状态信号。输出口输出20个控制吊具伸、缩、转锁动作、中锁动作和导板上下等的电磁阀线券的动作信号。 PLC根据采集的状态信号和操作指令，按照程序设定的连锁关系，分别在桥吊PLC（SIEMENS）和吊具PLC（BROMMA）两次进行逻辑综合，控制相应的电磁阀动作。,附图“-B1”是BROMMA的PLC输入、输出模块，每个点有对应的LED灯指示，可以判断指令是否下来或动作的限位开关是否到位。B1旁有按钮站，可以在本地控制吊具的动作。 吊具伸/缩的位置检测是靠一个与伸/缩链条相连的决对值编码器，它还用于检测和调节双箱作业时中锁的距离。 下垂电缆上面通过56芯插头/座与滑环连接，再进入吊具柜（在驾驶室）。下面和吊具上架接线箱连接。在经过56芯插头/座与吊具接线箱相连。动作指令由吊具柜的PLC-继电器向下输送，见原理图9U，9UA。吊具信号由吊具上架送到吊具柜，见原理图9T，9TA。 在桥吊的PLC程序里，功能块FC71是吊具的控制部分。它大致包括以下几部分：吊具与吊钩、维修方式的选择；单箱与双箱方式的选择；吊具的伸40尺、45尺指令；缩40尺、20尺指令；中锁上、下指令；中锁位置调整指令；开锁、闭锁指令；（以上指令经过着床等信号的逻辑综合才发出）。导板全部上、下指令；导板分组上、下指令；导板单个上、下指令；吊具故障判断等。,七、常用应急情况解决办法,1、吊具下垂电缆过紧故障： 没有起升、下降，报故障FLT3082，吊具上架电缆过紧限位开关动作。电缆过紧限位开关在吊具上架，吊具在半空，无法将限位开关复位。因此紧急处理。在功能块“FC74”中，找到FLT3082，是“DB320.DBX2.1 -Cable Reel Signal. SCR.General Fault”。“GO TO”到FC300，发现“DB320.DBX2.3”-“Cable Reel Signal”Buffer Overtention为“0”，M359.4为“1”。进入FB301，将输入“Buffer no overtention”求反（使用工具 ）。此时，吊具能够升降了。再把吊具缓慢下降到地面，在吊具上检查电缆过紧限位开关，将其复位。然后恢复程序到原状。 或者在吊具下垂电缆柜里，PLC的输入模块B2的CH7点人为给个信号，即把X2端子排的3#和2#点短接，使限位开关不起作用。,2、陆侧大车夹轮器液压站油温过高故障 现象：无大车行走，CMS报FLT3422，故障原因是陆侧大车夹轮器液压站油温过高。进入STEP7/FC74，Network89，M128.5得电，GO TO进入FC46，Network32，I36.6动作。在I36.6之后串入 “CC”常开触点，使M128.5失电，故障消失。大车可以行走。等大车行走让出作业位置后，再把程序恢复原样。 上叙处理的程序变化流程是：FC74 Network89，M128.5-FC46 Network2 M128.5线券-FC46 Network8 M381.7- FC46 Network14 Q60.0-FC41 Network1 M128.2，使紧停失效。（一路GO TO）因为油温不会马上下降，所以应急处理的目的只能是先行走一下让出作业位置。真正故障排除当然是找出油温过高的原因，予以解决，才能算完成。,3、大车电动机脉冲编码器损坏的应急处理 在海、陆侧各有一台大车电动机带有脉冲编码器，脉冲编码器将该电动机的实际转速反馈给各自的驱动变频器。当其中有一台电动机的脉冲编码器损坏，大车就没有动作。我们曾经的处理方式是将变频器由原来的速度闭环控制设置成频率闭环控制。具体的操作是在线进入变频器参数表，选择P60，将P60设置成“3”，再选择P100，将原来的设置值“4”改成“3”（频率闭环的矢量控制），再将P60设置回“0”，存盘。退出参数表界面，回到STEP7界面，下载一下。如果大车轨道和大车电动机的传动部分没有问题，这种状态是可以短期生产运行的。此时的控制系统框图如“r3”，可与框图如“r4”的系统对比。等脉冲编码器恢复后，按同样的方法，将参数设置回来。,4、海侧大车夹轮器液压站油泵电动机故障 海侧大车夹轮器液压站油泵电动机一起动，接触器前方的空气开关就跳闸。应急处理办法是把海侧大车夹轮器液压站油泵手动打到1#-6#夹轮器全部松开，让大车可以行走。同时在程序中作如下处理：在FC46的Network 29中，与#TEMP3并连一个“always on”的接点，因为当海侧大车夹轮器在夹紧时限位开关没有复位，Network 28的#TEMP3不为“1”，从而报故障，使夹轮器液压站不工作。另外，接触器“SWCPC1”的下桩头把去电动机的线拆掉。（注意，第四根线线号4B13F不能拆，因为它是去PLC输入模块的，用以检测接触器的，否则还会增一个故障）,八、历史故障,1、小车“安全停车”故障 运行中，发生小车有时自己停车，数字面板显示“008”，意思是“开机封锁”，即封锁到IGBT的触发脉冲。此处确认是“安全停车”。这是控制字的位1出现过“0”状态，封锁了给逆变器IGBT的触发脉冲。在“Drive Monitor”界面，选“Trace”工具，按下图的设置 ，可以拍到发生故障时控制字的位1瞬时为“0”与输出电压同时降为“0”的关系。 从功能图-180-知，“Safe OFF2”来自-92-的“Safe Stop”。,“Safe Stop”信号来自“SSB”即安全停车板“K80”。“K80”受“X180”板上的继电器“K180”控制。继电器“K180”受外围电路“TBSP”控制，“TBSP”受众多电器控制，所以只要其中一个接点接触不良，都会发生上述问题。所以解决的办法只有做一次保养，消除隐患。 这是一个安全保护，一旦其中任意一个环节真的发生故障，变频器停止输出电压，使电动机滑行停止，防止损坏机械。其作用类似于富士场桥外接端子“X7”的保护功能一样。 本故障的分析意在介绍联合运用矢量大全里功能图、控制字、状态字、桥吊原理图和Drive Monitor的参数表、Trace拍录的工具，来诊断故障的方法。,2、BROMMA吊具输出脚坏，更改输出点地址 BROMMA吊具输出脚坏，信号不能传送到桥吊PLC。实际发生的是四个信号，分别是：TELE-IN-20FT-SIG、TELE-IN-40FT-SIG、TELE-IN-45FT-SIG、TTDS-FAULT-SIG。 打开BROMMA编程软件“ABE”，如下图,上述四个输出的地址分别是21、22、23、24，准备改到地址33、34、35，36。在打开的ABE界面选“