PLC及直流調(diào)速系統(tǒng)在直孔水電站MQ900門機(jī)中的應(yīng)用

周紅雨, 楊忠滿

(1.江西省九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江西 九江 332000;2.中國(guó)人民武裝警察部隊(duì) 水電第十一支隊(duì),四川 成都 610036)

MQ900門機(jī)是西藏直孔電站主要的大型施工設(shè)備之一,其起升、回轉(zhuǎn)、變幅等主要工作機(jī)構(gòu)采用數(shù)字式直流調(diào)速裝置,具有無(wú)級(jí)變速和恒定加(減)速度的功能,能使各機(jī)構(gòu)運(yùn)行平穩(wěn),減少動(dòng)載。整機(jī)由 PLC(可編程控制器)進(jìn)行控制,從而使操縱、控制、指示、保護(hù)系統(tǒng)更加準(zhǔn)確和可靠。

1 PLC的應(yīng)用

MQ900門機(jī)采用兩套 PLC系統(tǒng),分別安裝在司機(jī)室和電氣室,由 U-01KI/KF通訊模塊實(shí)施通訊并成為整機(jī)的 PC控制系統(tǒng)。該 PLC全部采用日本光洋公司生產(chǎn)的 SU-6-C型 PLC模塊,對(duì)整機(jī)的操縱、控制、指示和保護(hù)進(jìn)行統(tǒng)一控制,從而提高了其運(yùn)行的準(zhǔn)確性和可靠性。

司機(jī)室的 PLC由 SU-6-C電源模塊、U-01EWC擴(kuò)展電源模塊、U-01KI/KF和 U-01DM通訊模塊、U-05N輸入模塊、U-15T和 U-05T輸出模塊組成,主要功用是采集各種指令、設(shè)置、工況等信號(hào)并進(jìn)行加工處理后輸送到電氣室的 PLC。

電氣室的 PLC由 SU-6-C電源模塊、U-01EWC擴(kuò)展電源模塊、U-01KI/KF和 U-01DM通訊模塊、U-05N輸入模塊、U-15T和 U-05T輸出模塊、U-01Z高速計(jì)數(shù)器模塊、U-01AD模擬量輸入模塊、U-4DAC-1模擬量輸出模塊等組成,主要是對(duì)輸入設(shè)備送來(lái)的控制、檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理,并將計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)換為控制信號(hào)經(jīng)輸出設(shè)備控制機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行。

全機(jī)的 PLC具有很高的工作可靠性和抗干擾能力,還具有擴(kuò)充方便、組合靈活的特點(diǎn),從而使設(shè)備體積小巧、維護(hù)方便、插件更換靈活。全機(jī)的 PLC布局情況見圖 1。

圖1 PLC布局示意圖

2 PLC模塊的維護(hù)

2.1 CPU模塊

CPU模塊有 1個(gè)方式切換開關(guān),其 RUN、TERM、STOP三種切換位置分別表示為 CPU運(yùn)行狀態(tài)、編程器安裝時(shí)的狀態(tài)和運(yùn)行停止?fàn)顟B(tài)。送電后,還有 6個(gè) LED顯示燈進(jìn)行監(jiān)視,PWR燈在2次側(cè)邏輯電路電壓接通(ON)時(shí)亮,RUN燈在CPU運(yùn)行狀態(tài)時(shí)亮,CPU燈在監(jiān)控定時(shí)器發(fā)生異常時(shí)亮,BATT燈在 CPU中的存儲(chǔ)器備用電池或存儲(chǔ)器盒內(nèi)的電池電壓低時(shí)亮,I/O燈在 I/O模塊及 I/O總線等模塊的聯(lián)系發(fā)生異常時(shí)亮,COMM燈在上位通訊、PC通訊、通用端口的通訊以及編程器的通訊發(fā)生異常時(shí)亮。CPU運(yùn)行流程見圖 2。

圖2 CPU運(yùn)行流程簡(jiǎn)圖

2.2 擴(kuò)展電源模塊

擴(kuò)展電源模塊投入后,PWR燈亮(ON),向各基架提供 5V電源。

2.3 I/O模塊

I/O模塊配置有自診斷功能,由 3個(gè) LED顯示燈進(jìn)行監(jiān)視,TB燈亮?xí)r表示接線板脫落,CPU在任何方式時(shí)均可檢測(cè)接線板脫落;FU燈亮?xí)r表示輸出模塊的保險(xiǎn)絲熔斷;24V燈亮?xí)r表示外部24V電源電壓低。

2.4 PLC電源

PLC選用直流型,主要目的是為了減少干擾。司機(jī)室 PLC的控制電源配置了二回直流穩(wěn)壓電源,分別為 ±24V和 ±5V,分別提供給光電編碼器、I/O模塊和故障顯示;電氣室 PLC的控制電源配置了三回直流穩(wěn)壓電源,為 ±24V、±24V和±5V,分別提供給光電編碼器、速度給定、I/O模塊、電流、速度模數(shù)轉(zhuǎn)換以及故障顯示。

2.5 PLC運(yùn)行時(shí)動(dòng)作不正常

(1)檢查電源電壓是否正常,或有強(qiáng)的干擾噪聲。

(2)機(jī)械的老化、損耗造成外圍元件(限位開關(guān)、繼電器、電磁開關(guān)等)接觸不良。

(3)控制回路出現(xiàn)意外情況。

(4)噪聲或誤操作造成程序的改變。

3 直流調(diào)速器的原理及應(yīng)用

該門機(jī)起升、變幅、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的控制調(diào)速系統(tǒng)全部采用 SIEMENS公司生產(chǎn)的 6RA22系列全數(shù)字可控硅直流調(diào)速裝置,其基本原理為邏輯無(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng)及非獨(dú)立勵(lì)磁控制系統(tǒng)。采用數(shù)字化技術(shù),使各個(gè)放大器參數(shù)及性能均由數(shù)字設(shè)定,使用方便,運(yùn)行穩(wěn)定。其控制原理見圖 3。

圖3 直流調(diào)速器控制原理簡(jiǎn)圖

3.1 起升機(jī)構(gòu)

起升機(jī)構(gòu)的直流調(diào)速器為 6RA22-91型,其主回路和控制回路額定輸入電壓為 3AC-380V(+20%/-15%),勵(lì)磁回路額定輸入電壓為2AC-380V(+20%/-15%),主回路額定輸出電壓為 400V,主回路額定輸出電流為 1200A,功率為 480kW,勵(lì)磁回路額定輸出電壓為 310V,勵(lì)磁回路額定輸出電流為 25A。采用兩套直流調(diào)速器分別驅(qū)動(dòng)兩臺(tái) 166kW的直流電動(dòng)機(jī),每臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)卷筒機(jī)械互不關(guān)聯(lián),由 PLC提供兩個(gè)可調(diào)模擬量信號(hào),在聯(lián)動(dòng)工作狀態(tài)下分別控制兩套裝置同步運(yùn)行,在 1#、2#單機(jī)工作狀態(tài)下也可以單機(jī)運(yùn)行。

3.2 變幅機(jī)構(gòu)

變幅機(jī)構(gòu)的直流調(diào)速器為 6RA22-77型,其主回路和控制回路額定輸入電壓為 3AC-380V(+20%/-15%),勵(lì)磁回路額定輸入電壓為2AC-380V(+20%/-15%),主回路額定輸出電壓為 400V,主回路額定輸出電流為 250A,功率為 100kW,勵(lì)磁回路額定輸出電壓為310V,勵(lì)磁回路額定輸出電流為 15A。該直流調(diào)速器驅(qū)動(dòng)一臺(tái) 33kW的直流電動(dòng)機(jī),由 PLC提供一個(gè)可調(diào)模擬量信號(hào)控制該裝置驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)勻速運(yùn)行。

3.3 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的直流調(diào)速器為 6RA22-85型,其主回路和控制回路額定輸入電壓為 3AC-380V(+20%/-15%),勵(lì)磁回路額定輸入電壓為2AC-380V(+20%/-15%),主回路額定輸出電壓為 400V,主回路額定輸出電流為 600A,功率為 240kW,勵(lì)磁回路額定輸出電壓為310V,勵(lì)磁回路額定輸出電流為 25A。該直流調(diào)速器驅(qū)動(dòng)兩臺(tái) 50kW的直流電動(dòng)機(jī),由 PLC提供一個(gè)可調(diào)模擬量信號(hào)進(jìn)行控制,每臺(tái)電動(dòng)機(jī)串一組電阻,使電動(dòng)機(jī)特性曲線變軟,將負(fù)荷均勻分配,驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)同步運(yùn)行。

4 直流調(diào)速器的調(diào)試及維護(hù)

6RA22系列全數(shù)字可控硅直流調(diào)速裝置在控制主板上配置了 3個(gè)按鍵和一個(gè)三位七段數(shù)碼管顯示器,用按鍵對(duì)直流調(diào)速器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定和修改,數(shù)碼管顯示器可顯示參數(shù)號(hào)和參數(shù)值。主要參數(shù)由 P11～P99和 E、H、U、L等參數(shù)組成,P01～P10參數(shù)對(duì)速度、電樞電流、控制角、電樞電壓、電源電壓等實(shí)際顯示數(shù)值進(jìn)行監(jiān)控。關(guān)鍵參數(shù)有 P51、P76、P87、P98、P99、E00、E77等。 P51參數(shù)控制所有參數(shù)的修改權(quán),其參數(shù)值分別是 4、10、20、99,當(dāng)參數(shù)值為 0時(shí),其他參數(shù)值均無(wú)法修改。P76參數(shù)為勵(lì)磁電流額定值的百分比設(shè)定值。P87參數(shù)為 33時(shí),EEPROR監(jiān)控參數(shù)存儲(chǔ)器RAM有效,其他參數(shù)值才能進(jìn)行存儲(chǔ)。P98參數(shù)是額定電源電壓的設(shè)定值。P99正常時(shí),調(diào)速器裝置結(jié)構(gòu)和軟件狀態(tài)為四象限傳動(dòng)。E00參數(shù)為SIMOREG裝置附加組件配置的設(shè)定值。E77是電樞電壓的設(shè)定值。其他參數(shù)均可根據(jù)設(shè)備的實(shí)際配置進(jìn)行修改和設(shè)定。

調(diào)速器發(fā)生故障時(shí),由一個(gè)三位七段數(shù)碼管顯示器顯示故障代碼。故障代碼由第一位的 F和一個(gè)兩位的數(shù)字組成,如顯示 F02故障時(shí),表示電源電壓及勵(lì)磁電源的相序不一致。故障顯示代碼主要分為電源故障、與機(jī)械有關(guān)的故障、控制系統(tǒng)故障、內(nèi)部故障信號(hào)、調(diào)試時(shí)的故障、功率部分故障等。電源故障代碼有 7個(gè):從 F02～F08;與機(jī)械有關(guān)的故障有 9個(gè):從 F10～F19;控制系統(tǒng)故障有 1個(gè):F21;內(nèi)部故障信號(hào)有 6個(gè):F22～F24、F26、F28、F34;調(diào)試時(shí)的故障有 8個(gè):F30、F32、F35～F40;功率部分故障有 27個(gè):F41～F49、F51～56、F61～F66、F71～F76。不同的故障代碼表示不同的故障含義,根據(jù)故障含義對(duì)相應(yīng)的故障部位進(jìn)行檢查處理,使維護(hù)工作簡(jiǎn)單明了,加快了檢查故障的效率和處理速度,使門機(jī)的使用率大大提高。

5 結(jié) 論

西藏直孔水電站共有兩臺(tái) MQ900門機(jī),整體運(yùn)行狀況良好。但是,近年來(lái),由于使用年限的增加,部分電氣元件已經(jīng)老化,故障也逐漸增多,為解決這一問(wèn)題,我單位決定對(duì)其進(jìn)行改造,將原直流調(diào)速器改為由 ABB公司生產(chǎn)的直流調(diào)速器裝置,對(duì) PLC系統(tǒng)和其他相應(yīng)的部件也進(jìn)行了改造,使該門機(jī)在水電工程的建設(shè)中發(fā)揮了重要的作用,同時(shí)也充分顯示了可編程控制器和電子控制技術(shù)在施工設(shè)備中的應(yīng)用和其廣闊的發(fā)展前景。