龙滩水电站20t25t缆索起重机自动控制系统

1、龙滩水电站20t/25t缆索起重机自动控制系统作者：王钊 发布时间：2005-10-24 14:56:00摘要：介绍龙滩水电站20t/25t缆机自动控制系统的配置结构、工作原理及技术特点。1 前言龙滩水电站位于广西壮族自治区天峨县境内，是红水河梯级开发控制性工程、国家西部大开发的十大标志性工程和“西电东送”的战略项目之一。规划总装机容量630万千瓦，安装9台70万千瓦的水轮发电机组，年均发电量187亿千瓦时，相应水库正常蓄水位400米，总库容273亿立方米,防洪库容70亿立方米。电站投资规模和装机容量在国内仅次于长江三峡水电站。龙滩水电站2台20t/25t平移式缆索起重机的主塔位于右岸450m

2、平台上，副塔位于左岸480m平台上，承担着龙滩水电站大坝113万立方米常态混凝土浇筑任务，还承担着金属结构吊装、设备安装以及模板、钢筋、钢管、器材的辅助吊运等工作。图1 缆机结构简图2 缆机主要设备组成和技术参数2.1设备组成(1)起升机构(2)小车牵引机构(3)主塔行走机构(4)副塔行走机构(5)主索张紧机构2.2 技术参数(1) 额定起重量 a. 浇筑工况 20tb. 安装工况 25t(2) 起升高度 260m(3) 缆机跨度 950m(4) 主副塔上下游方向运行范围 128m(5) 起升速度a. 满载上升 125 m/minb. 满载下降 160 m/minc. 空钩上升 200 m/m

3、ind. 空钩下降 200 m/min(6) 小车牵引速度 450 m/min(7) 主副塔台车行走速度 20 m/min自动化控制系统结构图4 自动化系统简介4.1 供电系统本缆机主塔供电由业主提供的10kV、50Hz电源到轨道中部，高压进线电缆接到高压电缆卷筒滑环接线端头，经滑环进入主塔电气室内分两路分别进入两面XGN2-12高压开关柜。电源经高压开关柜后分别进入10kV/690V(1600KVA)、10kV/400V(200KVA)干式变压器。变压后的690V电源直接为起升机构和牵引机构提供动力电源，400V电源提供主塔行走机构的动力电源、主塔侧控制电源和照明电源等。高、低压开关柜和干式

4、变压器均设于主塔上电气室内。XGN2-12高压开关柜主要装设有隔离开关、真空断路器、进线保护装置、电压电流互感器、避雷器等。高压开关柜的合闸、分闸采用柜门上的按钮进行电动合闸和分闸操作。在紧急事故状态下操作联动台上的高压急停按钮，紧急分断两面开关柜内的真空断路器。副塔侧由业主直接提供的380V，50Hz电源供到轨道中部，进线电缆通过电缆卷筒把电源引入缆机副塔机房内的副塔行走柜内。电源系统分成动力电源、控制电源和照明电源三个部分。动力电源用于为副塔行走机构提供电源。照明电源独立于动力电源，确保缆机副塔动力部分检修时，照明正常。缆机主副塔电气设备的控制电源均为交流220V和直流24V。其中交流22

5、0V控制电源由380V/220V隔离变压器变压后，通过在线UPS提供；直流24V控制电源由直流稳压电源、PLC电源模块提供。缆机电气设备的功率因数直流电机不低于0.6，交流电机不低于0.850.87。4.2 照明系统缆机主副塔机房、塔架、司机室均设有照明。主塔电气室、司机室内各设有一只照明箱，两只照明箱在电气室及司机室控制互联。主塔侧设有司机室、机房、电气室、爬梯、塔顶标志灯等部位照明。主塔司机室、电气室照明箱内均设有空调电源。主塔电气室照明箱内设有主塔机房排风扇控制旋钮。主塔司机室内设有风速仪电源插座。副塔司机室内设有一只照明箱，副塔侧照明箱设有机房、爬梯、塔顶标志灯等部位照明，以及空调电源

6、、风速仪电源插座。在缆机小车及吊钩上分别设有由蓄电池供电的直流24V闪光警示灯。警示灯用于夜间操作时指示小车及吊钩所在的位置，白天将警示灯回路断开。4.3 交直流传动系统起升、牵引机构均采用SIEMENS公司的6RA70系列四象限工作的全数字直流调速装置。6RA70系列全数字直流调速装置为三相交流690V电源直接供电，特点是安全可靠、体积小、结构紧凑。装置本身带有自整定、自学习功能及参数设定单元，不需要其他的任何附加设备即可完成参数的设定。所有的控制调节监视及附加功能都由微处理器实现。直流传动装置调速范围宽，采用无级调速，并具有微动功能。直流调速装置具有零速满转矩功能，在装置启动建立转矩后，P

7、LC接到装置输出制动器打开命令后，按预先设定的加速度给出启动命令字送起升牵引传动装置，以确保起升、牵引机构在启停过程中不会发生溜钩现象。主副塔行走机构采用SIEMENS的6SE440系列全数字变频器调速方式，操作控制采用无级有档方式，调速比为1：10。变频器外接制动斩波电阻，用于主副塔行走过程中紧急停车等工况下，通过制动电阻在较短的减速时间内有效实现电机制动。在每台电机主回路设有热继电器作为电机过流等保护。这些装置除了具有很强的调速控制功能外，还具有很强的安全保护和监视控制的自诊断功能，其故障诊断与保护功能有：电网故障：缺相，励磁回路故障，欠压，过压，电源频率>55Hz或<45Hz

8、。接口故障：基本装置接口或附加板接口故障。传动系统故障：对转速调节器电流调节器EMF调节器励磁电流调节器等的监控已经响应，传动系统封锁，无电枢电流。电机电子过载保护。测速机监控和超速信号。启动过程故障。电子板故障。晶闸管元件故障。测速编码器故障。图3 抱闸控制原理框图 起升机构起升机构拖动电机为一台直流电机，电机额定功率600kW，电枢电压为直流725V，励磁电压直流300V，电机额定速度600r/min，弱磁转速980r/min。调速系统采用SIEMENS公司的6RA7090-6KV62-0四象限全数字直流调速装置。直流电机轴上带增量型测速编码器，电机转速返馈至调速装置，组成闭环调速系统。电

9、机定子绕组内嵌有热敏电阻，用于检测电机过热故障，信号送至调速装置。在起升机构升降过程中，传动装置电枢电压、电枢电流、励磁电流等在起升柜柜门电压表、电流表上显示出来。在起升电机高速轴上设有两台工作制动器，用于起升机构停机时的工作制动。在起升卷筒制动盘上设有一套安全制动器，用于故障状态下起紧急制动用。起升机构启动时，工作制动器和安全制动器同时打开；正常停机时，安全制动器延时制动；在起升机构故障状态下，安全制动器、工作制动器同时上闸，停止起升机构运行。在起升机构减速机一侧设有位置指示装置，内含进口绝对值光电编码器及机械主令控制器，用于缆机吊钩起升高度的测量及上下极限位置的的保护。主令控制器输出四对可

10、预置接点，分别用于起升机构上限、下限、上限减速位置（速度从额定值降至10%）、下限减速位置（速度从额定值降至10%）设定。编码器输出位置信号直接送PLC位置模块，PLC将数据信号处理后，其软接点用于起升上下极限位置、减速位置控制，与主令控制器组成起升机构位置控制双重保护，吊钩实际高度值送联动台触摸屏显示。在副塔侧设有起升机构荷重传感器，其输出荷重信号经转接箱转换成420mA模拟量信号后送副塔侧PLC。PLC将模拟量信号转换成数字量信号，通过无线数字电台送主塔进行处理，90%荷重信号在触摸屏上报警；125%荷重软接点用于超载保护。当缆机用于安装起吊时，其起重量可达25t，但最高升降速度限制为40

11、m/min。起升控制柜门上设有简易操作，以确保在升降过程中PLC出现故障时，通过简易操作将吊钩下放至地面。起升机构控制还设有以下各种联锁及保护：（1）各断路器辅助触头合闸信号；（2）排绳机构极限位置保护；（3）传动装置故障；（4）起升电机超速开关；（5）钢丝绳卷绕保护限位开关。4.3.2 牵引机构牵引机构电机额定功率450kW，额定速度750r/min。调速系统采用6RA7086-6KV62-0四象限全数字直流调速装置。直流电机轴上也带有增量型编码器测速反馈，电机内也嵌有热敏电阻，用于检测电机过热故障。在牵引机构小车行走过程中，传动装置电枢电压、电枢电流、励磁电流等在牵引柜柜门电压表、电流表上

12、显示出来。在牵引电机高速轴上设有两台工作制动器，用于牵引机构停机时的工作制动。在牵引机构卷筒一侧设有位置指示装置，内含绝对值编码器及机械主令控制器，用于缆机小车牵引位置的测量及行走极限位置的的保护。编码器输出位置信号直接送PLC位置模块，PLC将数据信号处理后，其软接点用于小车行走前后运行位置控制，与主令控制器组成小车牵引机构极限位置双重保护。小车在缆索上的位置送联动台上触摸屏显示。设在主塔及副塔侧的位置校正限位开关用于校正小车行走位置。主令控制器输出四对可预置接点，与PLC预置的软接点一起，分别用于小车机构前进极限、后退极限、前进减速位置（速度从额定值降至20%）、后退减速位置（速度从额定值

13、降至20%）设定。PLC还预置主副塔各一对软接点，分别用于主副塔非工作区位置设定：小车重载到此位置停机，空车到此位置减速以10%额定速度驶向主副塔终点。当缆机用于安装起吊时，其牵引最高速度限制为150m/min。牵引控制柜门上设有简易操作，以确保在牵引过程中PLC出现故障时，通过简易操作将小车拉回主塔。牵引机构控制还设有以下各种联锁及保护：（1）各断路器辅助触头合闸信号；（2）链条断裂保护；（3）传动装置故障；（4）牵引电机超速开关；（5）主副塔侧牵引校正限位。4.3.3 主塔行走机构主塔行走机构拖动电机为十台交流变频电机，每台电机额定功率7.5kW，额定转速1460r/min。主塔行走机构采

14、用开环V/F控制，调速系统采用SIEMENS公司的6ES7440-2UD38-8FA0全数字变频调速装置。每台行走电机自带工作制动器，用于主塔行走机构停机时的工作制动。主塔侧设有四台夹轨器，夹轨器状态与主塔行走联锁。行走操作之前须先将夹轨器放松到位后，才能操作主塔行走。主塔侧设有四个锚栓，需将锚栓拔出后，主塔行走机构才能运行。主塔行走操作还与风速仪联锁。当缆机在行走过程中，风速超过20m/s时，自动停止缆机主副塔行走机构运行。在缆机主塔前轨从动台车一侧设有一只绝对值编码器，用于缆机主塔行走位置检测。在主塔行走轨道上设有若干撞块，分别用于主塔在整个行程中行走距离校正。编码器输出位置信号直接送PL

15、C位置模块，PLC将数据信号处理后，主塔位置值送联动台触摸屏显示。同时，副塔在轨道上的位置也可通过无线电台传送到触摸屏上，当主副塔之间不同步（即位置差）达到5m时，可在司机室操作主塔或副塔单独运行，保证主副塔对中。主塔行走机构控制还设有以下各种联锁及保护：（1）各断路器辅助触头合闸信号；（2）缆机主塔行走上、下游限位开关；（3）传动装置故障；（4）行走电机热保护；（5）1#及2#缆机防撞限位开关。4.3.4 副塔行走机构副塔行走机构调速系统选用6ES7440-2UD37-5FA1全数字变频调速装置，拖动电机为八台交流变频电机，电机型号与控制方式和主塔行走机构相同。在副塔侧PLC柜门上设有“远程

16、/本地”模式选择及副塔简易操作，正常情况下模式选择旋至“远程”，副塔行走由主塔司机室控制操作，副塔简易操作无效；在无线数字电台出现故障的情况下，将模式选择旋至“本地”，仍可在副塔操作副塔行走。4.3.5 张紧机构张紧机构设在副塔侧，用于调整缆机主索垂度。张紧机构拖动电机为一台鼠笼式异步电机，电机额定功率26kW，电机额定速度701r/min，电机采用直接启动方式。通过设在副塔PLC柜门的旋钮，可实现主索的张紧和放松。张紧完成后，将减速机中间轴上防逆转机抓拨正，张紧机构锁定。张紧机构如要放松，需将防逆转机抓拨动压住限位开关，主索才能放松。4.3.6 其他机构主、副塔塔顶各设一台检修用0.5t回转

17、吊，在塔顶操作回转吊。主塔机房内设有一台5t检修吊，用于机房内设备维修时的起吊。在主塔中间平台设有一台牵引检修小车用的固定卷扬式启闭机，启闭机的操作在主塔启闭机机旁。4.3.7 监控装置缆机的监控系统包括常规电气仪表、触摸屏。缆机的常规电气仪表检测包括主副塔的高低压电压检测、电流检测。另外每台直流装置和变频装置都装有现场操作单元，可以进行机构参数设置和监控。司机室触摸屏用于缆机运行参数及状态的监控，以及运行过程中各种消息显示等。4.3.8 安全保护本缆机具备可靠的安全保护装置，重要的保护功能取自两处不同信号源。保护功能有：超重（负荷传感器信号和起升电流信号）超速（超速开关信号和实时速度检测信号

18、）吊钩限位（限位开关信号和起升绝对值编码器信号，当吊钩接近最高和最低位置时减速并报警，而后自停）小车限位（限位开关信号和小车绝对值编码器信号，当检修时小车需要进入非正常工作区，可解除小车限位）主、副塔偏移（主副塔绝对值编码器信号、位置校正限位开关)超风速（风速仪信号）两塔架上设置小车终点行程开关和碰撞缓冲装置。接触行程开关后小车停止行驶；碰撞缓冲装置在正常情况下不接触，只是作为行程开关失效的第二道终点保护装置。主副塔设置上下游极限行程开关、主副塔1#、2#缆机防撞限位。对于上述保护，到达报警值时，自动减速并发出报警消息；到达自动停机值时，自动停机。4.4 PLC控制系统缆机采用SIEMENS公

19、司S7-300系列可编程控制器(PLC)对整个缆机进行综合控制和管理。主塔电气室、副塔机房内各设有一台具有组态Profibus-DP网功能的CPU315-2DP作为主站，主副塔之间通过无线通讯联接。在主塔司机室设置一个远程ET200，作为主塔电气室PLC主站的从站；主塔侧起升直流传动装置、牵引直流传动装置、主塔行走变频器均通过CBP2总线接口模板作为从站与Profibus-DP网络相联。主站与从站之间通过采用总线方式后，使电气控制外围线路简化，减少故障点，便于缆机检修和维护。当故障产生时，程序自动对故障进行诊断，可实现智能维护。龙滩1#、2#缆机具备联合抬吊功能。将1#、2#缆机并车后，用MPI通讯电缆连接两台缆机电气室PLC柜内CPU模块，将1#缆机联动台上“主/从机”选择旋钮扳到“从机”位置，将2#缆机联动台上“单动/联动”选择旋钮扳到“联动”位置，1#、2#缆机实现联机通讯，在2#缆机司机室联动台操作即可实现双机抬吊功能。4.5 无线遥控系统缆机操作正常情