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1　引言

　　世界第三大、中國(guó)第二大水電站—溪洛渡電站，位于四川省雷波縣和云南省永善縣境內(nèi)的金沙江干流上。上接白鶴灘電站尾水，下與向家壩水庫(kù)相連。電站總投資503億元，裝機(jī)總?cè)萘?260萬(wàn)千瓦，僅次于三峽電站。左右兩岸布置地下式廠房，各裝機(jī)9臺(tái)單機(jī)70萬(wàn)千瓦機(jī)組，總裝機(jī)1260萬(wàn)千瓦，初期保證出力339.5萬(wàn)千瓦，多年平均發(fā)電量571.2～640億千瓦時(shí)。由中信重機(jī)公司制造的8000kn固定式啟閉機(jī)已安裝用于導(dǎo)流開(kāi)截閘。啟閉機(jī)由2組卷筒組成，其直徑為2.786米，長(zhǎng)度4.49米，左右分布24圈繩槽，雙向卷?yè)P(yáng)，螺距60mm，每個(gè)卷筒與閘門(mén)的一個(gè)吊點(diǎn)相連，閘門(mén)凈重800噸，正常截流閉閘時(shí)，在水的壓力下，提升重量可達(dá)1400噸，電機(jī)運(yùn)行于50hz,閘門(mén)運(yùn)行速度1米/分鐘，提升高度80米，提升能力高達(dá)1600噸。如此大型的啟閉機(jī)必須要求控制系統(tǒng)具有極高的可靠性和穩(wěn)定性，否則一旦發(fā)生事故，后果不堪設(shè)想。

2　啟閉機(jī)系統(tǒng)

　　啟閉機(jī)是用來(lái)開(kāi)啟和關(guān)閉閘門(mén)的機(jī)械設(shè)備，也稱(chēng)閘門(mén)操作設(shè)備。啟閉機(jī)除滿(mǎn)足一般起重機(jī)的設(shè)計(jì)要求外，工作安全可靠和操作靈活方便也十分重要。啟閉機(jī)的類(lèi)型可分為固定式和移動(dòng)式。主要參數(shù)包括啟閉力、閘門(mén)開(kāi)啟或下降的牽引力或施加的壓力、開(kāi)啟行程和開(kāi)啟速度。選擇啟閉機(jī)時(shí)主要考慮以下因素:閘門(mén)形式、封口尺寸和運(yùn)行條件、同型閘門(mén)孔口數(shù)量和閘門(mén)設(shè)置扇數(shù)，閘門(mén)起吊點(diǎn)的個(gè)數(shù)、啟閉力、啟閉行程和啟閉速度、啟閉動(dòng)力狀況，設(shè)置地點(diǎn)，空間尺寸和其他操作要求等等。本項(xiàng)目選用的是固定式啟閉機(jī)。

　　啟閉機(jī)的主要配置:siemens觸摸屏和s7-315-2dp plc各1個(gè)、vacon變頻器4臺(tái)及制動(dòng)電阻柜，110kw變頻電動(dòng)機(jī)4臺(tái)，減速箱(減速比80:1) 4套，電動(dòng)液壓抱閘4套，卷筒2組，吊點(diǎn)2個(gè)，高度計(jì)4個(gè)，荷重計(jì)2個(gè)，及其他主令控制器和信號(hào)指示等。

3　控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　控制系統(tǒng)要有極高的可靠性、穩(wěn)定性及嚴(yán)格的同步控制，其控制核心為plc、vacon變頻器、profibus dp和system bus。其中，plc采用的是siemens s7-315-2dp。vacon變頻器采用了先進(jìn)的矢量控制算法和領(lǐng)先的模塊化設(shè)計(jì)，配合電機(jī)參數(shù)識(shí)別，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償負(fù)載波動(dòng)，及時(shí)地快速響應(yīng)和控制，具有很高的過(guò)載能力、穩(wěn)態(tài)精度和快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，可滿(mǎn)足要求很高的應(yīng)用場(chǎng)合。同時(shí)還具有開(kāi)放式的基于iec61131-3標(biāo)準(zhǔn)的編程軟件工具nc61131,利用它可以設(shè)計(jì)出滿(mǎn)足客戶(hù)特殊要求的應(yīng)用程序和參數(shù)。vacon變頻器自帶的面板支持熱插拔，同時(shí)具有存儲(chǔ)多組參數(shù)的功能，便于機(jī)器間參數(shù)的復(fù)制和調(diào)試，支持眾多流行的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，與其他控制器兼容性非常強(qiáng)。system bus總線(xiàn)為vacon開(kāi)發(fā)的基于can的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，傳輸介質(zhì)為光纖，波特率高達(dá)12mbps，它可以實(shí)現(xiàn)64臺(tái)變頻器的主從同步控制。profibus是一種國(guó)際化、開(kāi)放式、不依賴(lài)于生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化。profibus根據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)可分為profibus dp、profibus fms、profibus pa三個(gè)兼容版本。其中profibus dp是一種高速(速率9.6-12mbps)的經(jīng)濟(jì)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，主要用于現(xiàn)場(chǎng)控制器和分散式i/o之間的通訊，可滿(mǎn)足交流調(diào)速系統(tǒng)快速響應(yīng)的時(shí)間要求。因此，由plc、變頻器、profibus dp和system bus組成的控制系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)、可靠、快速、準(zhǔn)確、高效滿(mǎn)足控制要求，為啟閉機(jī)提升提供了全新的解決方案。整個(gè)過(guò)程須保證閘門(mén)勻速，穩(wěn)定的上升或下降。閘門(mén)提升速度推導(dǎo)如下:已知三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)速 可得卷筒轉(zhuǎn)速( g- 減速比)卷筒線(xiàn)速度閘門(mén)提升速度(動(dòng)滑輪組力臂比)

　　啟閉機(jī)采用常規(guī)控制方式-本地操作。在柜門(mén)上裝有主令控制按鈕用于設(shè)備的起停操作，觸摸屏上有閘門(mén)高度顯示、載荷顯示、信號(hào)指示、電壓表、電流表、頻率速度表和轉(zhuǎn)矩顯示等。閘門(mén)運(yùn)行方式可分為點(diǎn)動(dòng)和聯(lián)動(dòng)，點(diǎn)動(dòng)用于高度微調(diào)和修正，聯(lián)動(dòng)則用于正常工作。運(yùn)行速度分為3檔，即低速、中速、高速;低速用于調(diào)試或點(diǎn)動(dòng)微調(diào)，中速為正常運(yùn)行速度，高速則用于無(wú)負(fù)載快速檢修。上升或下降時(shí)，由主令元件給出啟動(dòng)及正反轉(zhuǎn)信號(hào)到plc, plc接到命令后通過(guò)profibus dp把控制字送給第一個(gè)卷筒的master變頻器，master變頻器為開(kāi)環(huán)矢量速度控制,，master變頻器把控制信號(hào)傳給follow變頻器，follow變頻器為轉(zhuǎn)矩控制，并通過(guò)system bus與master變頻器同步，保持master和follow轉(zhuǎn)矩相等。同時(shí)，plc也會(huì)根據(jù)兩個(gè)吊點(diǎn)的高度差和荷重進(jìn)行pid調(diào)節(jié)并計(jì)算出第二個(gè)卷筒master變頻器運(yùn)行的參考速度，并通過(guò)profibus dp傳送過(guò)去，2#卷筒的follow變頻器也將近一步同步跟隨master，進(jìn)而達(dá)到2個(gè)卷筒連個(gè)吊點(diǎn)在同一水平位置勻速上升或下降。

4　系統(tǒng)電氣保護(hù)設(shè)計(jì)

　　為了維持啟閉機(jī)負(fù)荷-閘門(mén)水平的上升或下降，防止閘門(mén)傾斜，在卷筒上裝有高度計(jì)和壓力傳感器用于檢測(cè)閘門(mén)的高度和荷重，當(dāng)兩吊點(diǎn)高度差大于5mm或者荷重差大于50噸時(shí)，控制系統(tǒng)將報(bào)警，停止變頻器和電機(jī)。除此之外，變頻器還提供了pt100電機(jī)溫度報(bào)警等。

5　結(jié)束語(yǔ)

　　以vacon變頻器、plc、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)為控制核心的水電站啟閉機(jī)控制方案，可以實(shí)時(shí)控制，還具有啟閉力矩大，節(jié)能效果顯著，機(jī)械沖擊小，運(yùn)行安全可靠，操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，可滿(mǎn)足不同工況的應(yīng)用場(chǎng)合，為重型啟閉機(jī)提供了一個(gè)可靠穩(wěn)定的解決方案。