YPQ2×100 kN液压式清污机电气控制系统设计.pdf

Y P Q21 0 0 k N液压式清污机电气控制系统设计 王 跃 飞 华电郑州机械设计研究院有 限公 司 郑州4 5 0 0 1 5 摘要电站进水口21 0 0 k N倾斜式耙斗清污机为电站进水 口清理水上排漂物和拦污栅上污物的清污启 闭设备，清污机配置 1套液压耙斗。介绍该清污机电气 自动控制系统的设计，阐述其操作步骤。 关键词液压式清污机；电气控制系统 ； 拦污栅 中图分类号 T V 7 3 2 ． 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 0 7 8 5 2 0 1 5 1 0 0 0 2 2 0 3 Ab s t r ac t The 2 X 1 00 kN t i l t i ng s c r a pe r c l e a ni ng ma c hi ne a t wa t e r i nl e t o f t h e p o we r s t a t i o n i s t h e t r a s h r e mo v a l h o i s t i n g e q u i p me n t u s e d f o r r e mo v i n g p l u me s a n d d i s c h a r g i n g ma t e r i a l s o n t h e w a t e r a n d d i r t o n t h e t r a s h r a c k ． T h e me c h i n e i s p r o v i d e d wi t h o n e s e t o f t h e h y d r a u l i c s c r a p e r ．Th e p a p e r i n t r o d u c e s t h e d e s i g n o f t h e e l e c t r i c a l a u t o ma t i c c o n t r o l s y s t e m o f t h e t r a s h r e mo v a l ma c hi n e，a n d d e s c r i b e s t h e o p e r a t i n g pr o c e d ur e s ． Ke y wo r dsh y d r a u l i c t r a s h r e mo v e r ；e l e c t r i c c o n t r o l s ys t e m t r a s h r a c k 0概述 清污机安装在坝顶高程 4 4 ． 7 m大车轨道顶面 上 ，沿坝轴线 方 向运行 ，大车运行距 离约 9 2 m， 运行速度约 1 2 m ／ ra i n ，最大扬程约 3 6 ． 6 m，坝面 以上扬程约 6 ． 6 m ，坝面 以下深度约 3 0 1 T I ，耙斗 空载启 闭速度约 1 2 m ／ mi n 。 该清污机主要 由主起升 、钢丝绳、液压耙斗 、 耙斗 导 轨、翻板 机 构、集 污斗 、门架 、司机 室、 机房 、大 车运行 机构 、大车轨道 、夹轨器、锚 定 装置及其载荷限制器 、位置限制器 、行程限制器、 缓冲器 、高度指示器 、风速仪 、避雷装置 、接地 装置 、电力拖 动和控制设 备、大车 电缆 卷简装置 以及附属设 备等组成。其工作原理是 清污机 的 起升机构带动耙斗进行升降 ， 通过液压系统操作液 压缸推动耙 斗进 行开闭。清污时耙斗 的转耙 张开 并沿耙斗导轨及拦污栅栅条下降 ，当清污耙斗 到 达拦污栅底部后 ，液压系统工作使耙斗 的转耙 闭 合后 ，可抓取铲齿铲下的污物 ，耙 斗提升至坝面， 进入到翻板上 的卡道 内，使耙 斗与翻板锁定 ，转 动翻板到卸污工位 集污斗上方 ，耙斗张开 ，使 污物直 接卸到集 污斗里 ，等集 污斗污 物装满 后 ， 将污物直接卸到 5 t自卸车上。 起升出现过载时 ，过载保 护机构会发 出过载 信号 ，电机停止起升 ，以防止 拉坏清污机或拦 污 一 2 2 ，一 栅的构件 。下降过程 中如 出现卡阻使钢丝绳松 弛 时 ，松绳保护机构可使 电机停 止下降 ，以防出现 钢丝绳乱绳。该机还设有数字 式深度指示仪 ，操 作人员可在 司机 室 内方便 地观察 到耙斗 的位置 ， 以便操作耙斗进行清污作业 。清污机为全跨清污 ， 一 次可清除一孔拦污栅宽度。 1 清污机 的操作步骤 1 操作清污机运行至清污工位 ； 2 通过液压系统操作液压缸使耙斗张开； 3 操作起升机构使耙斗下降至选定深度 ； 4 通过液压系统操作液压缸使耙斗闭合 ； 5 操作起升机构使耙斗提升至上极限位置 ； 6 操作翻板机构使翻板及耙斗旋转到集污斗 上方 ； 7 操作液压系统使耙斗打开卸污 ； 8 集污斗装满后 ，操作液压缸使集污斗转动 卸污。 以上步骤可重复操作 ，直至完成或停止清污 。 2电气控制系统 2 ． 1 电气传动系统 电气传动系统 由起升机 构 电气传 动系统 、大 车运行机构电气 传动系统 、翻板机构 电气传 动系 统 、集污 斗 电气 传动 系统 、液压抓 斗传 动系 统 、 起重运输机械 2 0 1 5 1 0 P L C控制系统 、开度载荷信号检测 系统 以及供电、 照明等辅助控制系统组成 。 1 主起升机构 由 1台电机驱动，根据起升机 构位能 性恒转 矩负 载和 运行大惯 量负 载 的特 点 ， 起升机构调速方案采 用能量 回馈 、矢量 控制变频 调速 ，逆变器 与 电机通过测速 编码 器实现速度 闭 环控制 ，5 0 H z 以下恒转矩调速 ，5 O H z以上恒 功 率调速。电动机装有绕组 温度传感 器 ，实现 电机 绕组过热保 护和补偿 电机参数变化 ，并装有测 速 及角度检测装置 和轻载 、满载 2个速度 的离 心过 速保护开关。在下 降和制动工况 时，电动机 产生 的多余能量 回馈至 电网，使 系统实现第 四象 限运 行。可实现重载情 况下平稳或快 速 的起制动 ，闭 环控制 能使起 升机构 在零 转速 时输 出额 定转 矩 ， 避免了溜钩现象。变频装置选用西门子 S 1 2 0系列 产品 ，整流／ 回馈单元 ，逆变器功率元件为 I G B T 。 整流／ 回馈单元 A L M为 自换 向结构形式 ，将三 相交流电整流成直 流 电，并能将直 流电 回馈至 电 网 ，且对直流母线 电压进行 闭环控制 ，当电网电 压波动较 大时也 能保证整流母线 电压 的稳定 ，防 止系统断电时烧坏逆变器和整流／ 回馈快熔 。 2 大车行走机构由 2台电机驱动 ，采用 1台 变频器分别 2台电机 ，采用 Mm a x C开环控制。 3 起升机构配有液压 自动抓斗 ，抓斗工作时 与 回转起升机构互锁 ，当抓斗连接或退 出操 作未 完成时 ，主起升机 构 自动 自锁 ，不 能工作 。液压 抓斗作为 门机操作 系统 的组 成部分 ，对 自动抓斗 的打开和闭合 自动控制，在司机室设置 自动和手 动控制操作开关 。 供 电电缆及屏 蔽电缆的收放与抓 斗的升降 同 步运行 ，电缆 选 用 内置钢 丝 的抗 拉 橡 皮绝 缘 软 电缆。 4 翻板 机构 电气 传动 系统 和集污 斗 电气 传 动系统 ，均采用 液压 控制系统 ，通 过油泵 电机和 电磁 阀 的控 制 ，完 成 翻 板 和 集 污 斗 的 打 开 或 关 闭。 2 ． 2 电气控制系统 P L C系 统 是 本 机 的 控 制 核 心，门式 启 闭机 以下简称 门机 所有 控制都 是通 过该 系统完成 的。为简化门机布线 ，使 电气性 能更 可靠 ，系统 采用 了 S I E M E N S公 司的 S 73 0 0系列 P L C。当联 动台上 主令开关控 制手柄 发 出动作 指令 时，P L C 起重运输机械 2 0 1 5 1 0 相应模块接收信号 ，通过 内部控制程序调用 相应 机构 的运行参数 ，使变频器或控 制单元运行 ，使 该机构按操作者 的意图以相应的速度工作 。各机 构的正常运行信号 、故障信号、极限终端报警信 号 、起升机构的起升高度及 载荷 、门机的工作情 况以及其他 需要 指示 的信号 均在 司机室有显 示。 P L C通过 P R O B U S D P总线通信与变频装 置连接 ， 变频装置从 P L C获得控制信号 、给定频率 ， P L C从 逆变器得到运行状态信号 ，系统响应及时 、准确 ， 抗干扰能力强 。 P L C系统采用 S T E P 7 V 5 ． 4编程 ，采 用梯形 图结构化编程。程序包括组织块 O B系统功能 块 S F B 、系统功能 S F C 、功能块 F B 、功 能 F C 、背 景数 据块 、 背景 D B和数据 块 D B 。结构化的程序使编程思路清晰 ，同时加上 符号表 的编辑更增加了程序的可读性。 2 ． 3信号检测及保护功能 1 起升行 程检 测 起 升 机构装设 高度 指示 器 ，其传感器采用光 电绝 对值型优质 编码器 ，扬 程指示在 电控柜上 以数字直接显示 ，读 数精度为 1 c m， 在断 电情况 下应能跟踪 闸门位 置。高度指 示器除应具备对上、下极限位置控制进行保护 外 ，并应有至少 2个位 置开度预置和下滑报警 的 功能 ，应具有至极 限位置可 自动切 断电源和报警 功能。 2 起升机构承重检测 载荷 限制器采用压式 荷重传感器 ， ，并在显示仪表上以数字显示 吊具上 的载荷 ，综合误差不大于 2 ％。当吊具上的载荷达 到额定值的 1 0 0 ％时，应给出预警信号，达到额定 值 1 1 0 ％时，应切断起升操作电源 ，并报警。当欠 载时 ，发出报警信号 。 3 大车运行机构极限位置检测 大车运行机 构 的合适位置装有行程 限位 开关 ，并在其运 行轨 道 的极 限位 置 布置撞块 ，当运 行 至极 限位置 时 ， 行程开关靠 近撞 块 ，接 点动作发 出停 车信号。同 时，大车运行装有接近 开关 ，当运行 至清污孔 口 时 自动停 车。另外 ，在大 车两端各装有 2台声 响 发生器 ，在大车运行机构 开动时 ，发 出声响 以警 示工作人员。 4 保护功能 紧急 开关 紧急情 况下 能 切断 门机 总 电源 ， 此开关设在操作 台和配电柜上。 一 23 零位保护 当机构开始运转 和失压后恢复供 电时 ，必须先将控制器置 于零位后 ，机构 的电动 机才能启动。 机房门设有安全开关 ，与总电源联锁 。 供 电回路设有短路 、过流、失压 、欠压 、缺 相等可靠的电气保护措施 。 电气传动系统具有故障检测、诊断、保护功 能 ，瞬时过 电流、过 电压 、瞬时断电失压 、电动 机过 热、超 速 、失 速 、缺 相 、极 限 行 程 限 位 、 超载。 各机构不同时工作 ，设有互锁保护功能。 2 ． 4 电气元件 整流／ 回馈单元 、逆变器 、变频器 及其配套电 器元件选用西门子 S 1 2 0系列产品 ， P L C选用西 门 子公司 的 S 73 0 0系列产 品。断 路器 、接触 器、 按钮、指示灯等选用施耐德产品，端子选用魏德 米勒产品。 2 ． 5电气控制柜 清污机共设 置三面控制柜，分别是 电源／ P L C 控制柜 A l 、起升变频柜 A 2和大车变频柜 A 3 ，控 制柜放置在机房内，用于控制清污机的工作，操 作控制台布置在司机室内。 2 ． 6 照 明设 备布置 设有 2个照明箱 ，分别为司机室照明箱 c 1和 机房照明箱 c 2，在清污机上布置 4个投光灯作 为 工作面照明，在司机室和机房内布置有照 明灯用 于设备照明。 2 ． 7 接地 防雷 保护 在机房顶 部设置有避雷针 ，通过接地线连接 至接地网。在配电柜 内电源进线侧设 有 电源浪涌 保护器 ，作为间接雷 电和直接雷 电影响或瞬时过 电压的浪涌进行保护。供电主电缆含地线，保证 清污机可靠接地 ，在清污机螺栓连接和滚动连接 部位均用地线跨 接 ，所有 电气设备外壳均用地 线 可靠接地。 水 电站清污机使用频率较 高，控制 系统 的稳 定性对发 电机组的正常运行有很大影响。本机 采 用 “ P L C触摸屏 变频器”的控制方案 ，并加 以 完善的保 护装 置，在满足运行工况 的情 况下 ，大 大提高了清污机运行的可靠性以及清污效率。 参考 文献 [ 1 ]s L 4 1 2 0 l l 水利水电工程启闭机设计规范[ S ] ． [ 2 ]D L ／ T 5 1 6 7 --2 0 0 2 水 电水利 工程启 闭机设 计规范 [ S ] ． [ 3 ]G B ／ T 3 8 1 1 2 0 0 8 起重机设计规范[ S ] ． 作者地址郑州市淮河东路 1 9号华电郑州机械设计研究院 有限公司 邮 编 4 5 0 0 1 5 收稿 日期 2 0 1 41 21 6 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯～⋯一一⋯⋯⋯⋯⋯⋯一 { 高层 力挺装备制 造智能制 i 眚 再 上风 口 ； l 近期智能制造再获国家关注 ，高层屡次在重大会议提及， 李克强在达沃斯会议上也对大连产业升级、创业创新进 l ； 行考察，并听取辽宁省汇报装备制造和走出去的情况。工信部后期将出台智能制造后续政策，智能制造十三五规划也 ； j 正在抓紧编制中。 l ； 总理辽宁调研力挺装备制造。李克强总理在夏季达沃斯期间， 对大连产业升级做出考察。李克强表示 ，要把国有 ； 企业改革和 “ 双创”结合起来 ，抓住国家实施 “ 中国制造 2 0 2 5 ”的机遇 ，瞄准市场需求 ，努力推动装备制造业智能 i 转型，提高企业核心竞争力。当前世界经济复苏乏力 ，国际市场相对萎缩 ，中国企业要担负责任，敢于走向全球去打 i j 拼，不断彰显中国装备性价比的优势，在国际产能合作中努力闯出世界品牌。东北老工业基地制造业底蕴深厚， 但需 { i 创新促智能升级 ， 要把中国 “ 智”造这场深刻变革进行到底。 i ； 工信部频频吹风智能制造。近日，工业和信息化部公布了2 0 1 5年智能制造试点示范项目名单，全国范围内遴选 i 出的4 6 个智能制造试点示范项目进入该名单，涉及3 8 个行业、2 1 个地区。工信部强调， 专项行动虽已取得初步成 6 { 效， 但各方面仍要高度重视试点工作，一方面，做好智能制造十三五规划和智能制造工程实施方案的编制工作 ；另一 { l 方面， 各地主管部门应加强统筹协调、经验交流、考察学习， 加大对试点示范工作的政策扶持。除此之外，工信部正 l ； 在研究制定智能制造发展战略，编制智能制造专项规划；推动传统装备智能化改造和升级，分行业制定传统装备智能 ； 5 化改造路线图， 组织开展重点行业智能车间、智能工厂试点，培育-- t t 样板企业并组织推广行业应用示范。未来行业 j ； 应用的深度和广度以及内资企业集成能力将持续提升 ， 优势明显。 ； 。 一 ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， 一， 。， ， ， 。 ， ， 。 ， ， ， ， ， 一 ⋯一⋯⋯ ， 。； 一 2 4 一 起重运输机械 2 0 1 5 1 0