CN101751029B - 牵引机远程智能协同控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种牵引机远程智能协同控制系统，包括总控制台，用于读取牵引机各运行参数的两组传感器，用于对每组传感器读取的牵引机各运行参数进行控制的两组控制器，两个分布式控制柜，用于采集两组传感器信号，经运算后转换至所需参数经现场总线传递给总控制台；同时通过现场总线读取总控制台发出的控制数据，并经自动控制程序运算后发给两组控制器。本发明控制方法使牵引机具备了同步牵引工作的能力，实现发动机转速差在±10RPM以内，两机牵引距离差在1米以内；实现牵引机的各种操作，包括起动、关机、单双机切换、发动机转速控制、牵引、吐线(倒车)控制等，实现远距离智能操控；解决了二牵八自动控制方案中大吨位导线一次同步展放的问题。
Description
技术领域
本发明涉及送电线路特高压施工中采用二牵八(六)施工方案时对牵引机的技术改造，尤其是涉及一种牵引机远程协同控制系统及控制方法。
背景技术
随着我国国民经济的快速发展，电力线路输电容量的增大，降低经济电流密度、广泛的应用大截面导线已势在必行。特高压交流淮南-上海输变电工程已准备选用8×LGJ-630/45和8×ACSR-720/50的钢芯铝绞线，另据了解，900mm2及以上钢芯铝绞线也将应用于输电线路工程。按传统的一牵多方案，根据《±800kV架空送电线路施工及验收规范》(报批稿)和《±800kV架空输电线路张力架线施工工艺导则》(报批稿)规定计算主牵引机的额定牵引力将达330kN以上。要想实现一次同步展放，必须有350kN级以上的牵引机及与其相配套的钢丝绳、联接器等器具，而目前尚无成熟产品实现以上方案。基于以上原因，我们拟采用二牵八方案实现以上截面导线同相同步展放，使得现有设备及工器具能满足更大吨位的放线施工要求。二牵八方案中使用的特高压双牵引走板及特高压组合式滑车已申请专利，特高压双牵引走板的申请号为200920093522.5，特高压组合式滑车的申请 号为200920093521.0。而根据牵引结构要求，要实现二牵八方案，两台牵引机的动态同步牵引控制至关重要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种二牵八方案中牵引机远程智能协同控制系统及控制方法，实现大吨位(500kN以内)多分裂(八分裂及以下)导线用两台牵引机两根牵引绳一次同步展放施工。
为解决上述技术问题，本发明提供一种牵引机远程智能协同控制系统，其特征在于包括：
一个总控制台，用于运行编程软件、组态软件，并将各种数字量、模拟量指令转换为控制信号通过现场总线传至两个分布式控制柜，并将两个分布式控制柜传来的信号运算转换为显示信号传给工业计算机组态显示，同时根据各参数逻辑关系运算实现发动机转速、牵引速度、牵引距离的自动控制；
两组传感器，每组都包括发动机飞轮传感器、牵引轮传感器和压力传感器，用于读取牵引机的各运行参数；
两组控制器，每组都包括油门控制器、起动机继电器和变量放大器，用于对每组传感器读取的牵引机各运行参数进行控制；
两个分布式控制柜：用于采集两组传感器信号，经运算后转换至所需参数经现场总线传递给总控制台；同时通过现场总线读取总控制台发出的控制数据，并经自动控制程序运算后发给两组控制器；
总控制台由一台带监示器的工业计算机、一台主控PLC、一台主操作面板组成，工业计算机通过现场总线网卡联接至现场总线，用于 运行编程软件、组态软件；主控PLC具有数字量输入(DI)端口、模拟量输入(AI)端口，通过专用总线联接器联接至现场总线，用于将主操作面板的操作信息转换为控制信号通过现场总线传至分布式控制柜，并将分布式控制柜传来的信号运算转换为显示信号传给工业计算机组态显示。同时根据各参数逻辑关系运算实现发动机转速、牵引速度、牵引距离等的自动控制；主操作面板包括主辅机来电、起动、联机切换、紧急停机开关和主辅机油门、变量旋钮，开关和旋钮分别与主控PLC的数字量、模拟量各输入端口相联接，用于手动发出数字量、模拟量指令。
分布式控制柜由分站PLC、分布式I/O组成，分站PLC具有高速计数端口及高速脉冲输出端口，高速计数端口用于采集发动机飞轮传感器、牵引轮传感器信号，经分站PLC运算后转换至所需参数传递给总控制台PLC；同时从总控制台PLC接收传来的控制数据经自动控制程序运算后，通过高速脉冲输出端口将控制信号发给油门控制器。分布式I/O具有模拟量输入(AI)端口和数字量输出(DQ)、模拟量输出(AQ)端口，模拟量输入端口用于接收压力传感器的信号，并经现场总线传递给主控PLC；数字量、模拟量输出端口接收主控PLC传来的控制数据，并将控制信号分别发给起动继电器和变量放大器。
发动机飞轮传感器感应端安装在飞轮壳上，计数信号线连接到分站PLC的高速计数端口；牵引轮传感器感应端安装在牵引轮罩上，计数信号线连接到分站PLC的高速计数端口；压力传感器连接在分 布式I/O的模拟量输入端口。
油门控制器信号线连接到分站PLC的高速脉冲输出端口；起动继电器信号线连接到分布式I/O的数字量输出端口；变量放大器信号线连接到分布式I/O的模拟量输出端口。
本发明的控制方法包括发动机转速的同步控制和牵引速度及距离的同步控制，首先利用分站PLC自动控制程序控制分站PLC脉冲输出保证发动机转速同步，在此基础上利用主控PLC的PID控制程序控制模拟量输出给变量放大器的电压实现牵引速度的同步，再监测牵引距离差，根据差值进行速度调整，实现距离同步控制。
其中发动机转速的同步控制包括下列步骤：
(1)启动：分别打开控制系统及两牵引机电源开关，进入自动控制状态；
(2)分站PLC程序初始化：油门驱动器复位，初值装入，计数器设定，中断定义；
(3)采集油门电阻状态：主控PLC读取油门调整电阻的值，经A/D转换变为数字量；
(4)分站PLC通过现场总线读取主控PLC油门数字量值，并等比例转换成预期转速值；
(5)分站PLC通过高速计数程序及中断功能计算实际转速值；
(6)分站PLC将实际转速值与预期转速值作比较：如果实际转速与预期转速的差在调整范围内，则相应输出一个加油或减油脉冲；
(7)油门驱动器伸长或缩短一个脉冲的距离，引起发动机转速的调整；
(8)重复(3)检测预期转速与实际转速的差值，执行脉冲发送，直至转速调整至接近预期转速的死区内。
牵引速度及距离的同步控制包括下列步骤：
[1]启动：分别打开控制系统及两牵引机电源开关，进入自动控制状态；
[2]变量电阻值输入；
[3]主控PLC A/D转换；
[4]等比例转换成包含发动机转速参数的预期速度值；
[5]控制实现各自预期电压输出，实现各自转速；
[6]两机牵引距离差判断：大于或等于上限值，则启动调整状态，高速机减值输出，低速机不变；大于下限小于上限，状态不变；小于或等于下限值，关闭调整状态，高速机恢复原值；
[7]根据判断结果，利用PID控制程序实现信号输出；
[8]重复牵引速度及距离的同步控制[2]，继续牵引。
本发明使牵引机具备了同步牵引工作的能力，各控制要素的优化组合，可使该控制系统实现发动机转速差在±10RPM以内，两机牵引距离差在1米以内；实现牵引机的各种操作，包括起动、关机、单双机切换、发动机转速控制、牵引、吐线(倒车)控制等，通过自动控制程序可实现各控制与参数之间的协调统一，实现远距离智能操控；解决了二牵八自动控制方案中大吨位导线一次同步展放的问题。
附图说明
图1是系统组成图；
图2是总控制台接线图；
图3是分布式控制柜接线图；
图4是发动机转速控制流程图；
图5是牵引速度、距离控制流程图；
图6是系统工作流程图。
具体实施方式
参照图1，一个总控制台，用于运行编程软件、组态软件，并将各种数字量、模拟量指令转换为控制信号通过现场总线传至两个分布式控制柜，并将两个分布式控制柜传来的信号运算转换为显示信号传给工业计算机组态显示，同时根据各参数逻辑关系运算实现发动机转速、牵引速度、牵引距离的自动控制；
两组传感器，每组都包括发动机飞轮传感器、牵引轮传感器和压力传感器，用于读取牵引机的各运行参数；
两组控制器，每组都包括油门控制器、起动机继电器和变量放大器，用于对每组传感器读取的牵引机各运行参数进行控制；
两个分布式控制柜：用于采集两组传感器信号，经运算后转换至所需参数经现场总线传递给总控制台；同时通过现场总线读取总控制台发出的控制数据，并经自动控制程序运算后发给两组控制器；
参照图2，总控制台由一台带监示器的工业计算机、一台主控PLC、一台主操作面板组成，工业计算机通过现场总线网卡联接至现 场总线，用于运行编程软件、组态软件；主控PLC具有数字量输入(DI)端口、模拟量输入(AI)端口，通过专用总线联接器联接至现场总线，用于将主操作面板的操作信息转换为控制信号通过现场总线传至分布式控制柜，并将分布式控制柜传来的信号运算转换为显示信号传给工业计算机组态显示。同时根据各参数逻辑关系运算实现发动机转速、牵引速度、牵引距离等的自动控制；主操作面板包括主辅机来电、起动、联机切换、紧急停机开关和主辅机油门、变量旋钮，开关和旋钮分别与主控PLC的数字量、模拟量各输入端口相联接，用于手动发出数字量、模拟量指令。
参照图3，分布式控制柜由分站PLC、分布式I/O组成，分站PLC具有高速计数端口及高速脉冲输出端口，高速计数端口用于采集发动机飞轮传感器、牵引轮传感器的齿轮计数信号，经分站PLC运算后转换至所需参数传递给总控制台PLC；同时从总控制台PLC接收传来的发动机转速控制数据经自动控制程序运算后，通过高速脉冲输出端口将油门控制信号发给相应油门驱动器。分布式I/O具有模拟量输入(AI)端口和数字量输出(DQ)、模拟量输出(AQ)端口，模拟量输入端口用于接收压力传感器的信号，并经现场总线传递给主控PLC；数字量输出端口接收主控PLC传来的起动控制信号，并将控制信号传递给起动继电器，进而接通起动机。模拟量输出端口接收主控PLC传来的变量控制数据，并将控制信号以输出电压的方式发给相应变量放大器，信号放大后驱动变量电磁阀以实现牵引速度。
参照图4，其中发动机转速的同步控制包括下列步骤：
(1)启动：分别打开控制系统及两牵引机电源开关，进入自动控制状态；
(2)分站PLC程序初始化：油门驱动器复位，初值装入，计数器设定，中断定义；
(3)采集油门电阻状态：主控PLC读取油门调整电阻的值，经A/D转换变为数字量；
(4)分站PLC通过现场总线读取主控PLC油门数字量值，并等比例转换成预期转速值；
(5)分站PLC通过高速计数程序及中断功能计算实际转速值；
(6)分站PLC将实际转速值与预期转速值作比较：如果实际转速与预期转速的差在调整范围内，则相应输出一个加油或减油脉冲；
(7)油门驱动器伸长或缩短一个脉冲的距离，引起发动机转速的调整；
(8)重复(3)检测预期转速与实际转速的差值，执行脉冲发送，直至转速调整至接近预期转速的死区内。
参照图5，牵引速度及距离的同步控制包括下列步骤：
[1]启动：分别打开控制系统及两牵引机电源开关，进入自动控制状态；
[2]变量电阻值输入；
[3]主控PLC A/D转换；
[4]等比例转换成包含发动机转速参数的预期速度值；
[5]控制实现各自预期电压输出，控制电压作为变量放大器的控制输入信号，信号经变量放大器放大后驱动变量电磁阀，牵引机依据变量电磁阀的开度实现各自转速；
[6]两机牵引距离差判断：大于或等于上限值，则启动调整状态，高速机减值输出，低速机不变；大于下限小于上限，状态不变；小于或等于下限值，关闭调整状态，高速机恢复原值；
[7]根据判断结果，利用PID控制程序实现信号输出；
[8]重复牵引速度及距离的同步控制[2]，继续牵引。
参照图6，系统工作流程如下：
(1)分别打开两牵引机电源和控制系统电源，进入自动控制状态；
(2)搬动主操作面板上的起动1、起动2按钮，发出起动命令。起动命令通过数字量输入端口，传递给主控PLC，主控PLC通过现场总线(PROFIBUS)向分布式控制柜的分布式I/O发出起动命令，分布式I/O数字量输出端口(DQ2)接通，从而接通起动继电器和起动机，起动相应发动机；
(3)将联机切换按钮搬至联机位置，这样两台牵引机便进入同步控制方式；
调整主操作面板上油门1旋钮至适当油门位置。油门1电阻值通过模拟量输入端口传递给主控PLC，主控PLC进行A/D后形成预期发动机转速值，通过PROFIBUS现场总线将预期值同时传输给两个分布式控制柜的分站PLC。分站PLC依据图4所示程序流程，自动控制各自发动机至预期转速范围内；
(5)待发动机转速平稳同步后，可调整主操作面板上变量1旋钮至适当位置(牵引或倒车)。变量电阻值通过模拟量输入端口传递给主控PLC，主控PLC进行A/D后形成预期牵引速度值，经过图5所示程序运算后，得出双机各自需要输出的电压值，通过现场总线将输出值分别传输给两个分布式控制柜的分布式I/O的模拟量输出端口(AQ1)。端口电压分别传输给各自的变量信号放大器，从而驱动变量电磁阀实现自动变量调整；
(6)牵引机压力传感器将采集的信号传送给分布式I/O的模拟量输入端口(AI1)，分布式I/O对信号进行初步数字化处理后，通过现场总线传输给总控制台的主控PLC，主控PLC对压力数字信号进行运算后，转换成对应的牵引力值供工业计算机读取；
(7)工业计算机作为现场总线系统的二类主站(人机界面)，通过现场总线收集主控PLC上的各种参数，并按特定开发软件的界面形式实时显示在监示器上；
(8)操作人员可通过软件界面，输入控制数据(如最高速度、最高牵引力等)，以此作为自动控制的设定值，并将此设定值传送给主控PLC；
(9)主控PLC将设定数据传入控制程序，使各设定数据在自动控制程序中生效。
Claims (4)
1.一种牵引机远程智能协同控制系统，其特征在于包括：
一个总控制台，用于运行编程软件、组态软件，并将各种数字量、模拟量指令转换为控制信号通过现场总线传至两个分布式控制柜，并将两个分布式控制柜传来的信号运算转换为显示信号传给工业计算机组态显示，同时根据各参数逻辑关系运算实现发动机转速、牵引速度、牵引距离的自动控制；
两组传感器，每组都包括发动机飞轮传感器、牵引轮传感器和压力传感器，用于读取牵引机的各运行参数；
两组控制器，每组都包括油门控制器、起动继电器和变量放大器，用于对每组传感器读取的牵引机各运行参数进行控制；
两个分布式控制柜：用于采集两组传感器信号，经运算后转换至所需参数经现场总线传递给总控制台；同时通过现场总线读取总控制台发出的控制数据，并经自动控制程序运算后发给两组控制器；
总控制台由一台带监示器的工业计算机、一台主控PLC、一台主操作面板组成，工业计算机通过现场总线网卡联接至现场总线，用于运行编程软件、组态软件；主控PLC具有数字量输入(DI)端口、模拟量输入(AI)端口，通过专用总线联接器联接至现场总线，用于将主操作面板的操作信息转换为控制信号通过现场总线传至分布式控制柜，并将分布式控制柜传来的信号运算转换为显示信号传给工业计算机组态显示，同时根据各参数逻辑关系运算实现发动机转速、牵引速度、牵引距离的自动控制；主操作面板包括主辅机来电、起动、 联机切换、紧急停机开关和主辅机油门、变量旋钮，开关和旋钮分别与主控PLC的数字量、模拟量各输入端口相联接，用于手动发出数字量、模拟量指令。
2.根据权利要求1所述的牵引机远程智能协同控制系统，其特征在于：分布式控制柜由分站PLC、分布式I/O组成，分站PLC具有高速计数端口及高速脉冲输出端口，高速计数端口用于采集发动机飞轮传感器、牵引轮传感器信号，经分站PLC运算后转换至所需参数传递给总控制台PLC；同时从总控制台PLC接收传来的控制数据经自动控制程序运算后，通过高速脉冲输出端口将控制信号发给油门控制器，分布式I/O具有模拟量输入(AI)端口和数字量输出(DQ)端口、模拟量输出(AQ)端口，模拟量输入端口用于接收压力传感器的信号，并经现场总线传递给主控PLC；数字量输出端口、模拟量输出端口接收主控PLC传来的控制数据，并将控制信号分别发给起动继电器和变量放大器。
3.根据权利要求1所述的牵引机远程智能协同控制系统，其特征在于：发动机飞轮传感器感应端安装在飞轮壳上，计数信号线连接到分站PLC的高速计数端口；牵引轮传感器感应端安装在牵引轮罩上，计数信号线连接到分站PLC的高速计数端口；压力传感器连接在分布式I/O的模拟量输入端口。
4.一种牵引机远程智能协同控制方法，其特征在于：包括发动机转速的同步控制和牵引速度及距离的同步控制，首先利用分站PLC自动控制程序控制分站PLC脉冲输出保证发动机转速同步，在此基 础上利用主控PLC的PID控制程序控制模拟量输出给变量放大器的电压实现牵引速度的同步，再监测牵引距离差，根据差值进行速度调整，实现距离同步控制；具体控制方法如下：
发动机转速的同步控制包括下列步骤：
(1)启动：分别打开控制系统及两牵引机电源开关，进入自动控制状态；
(2)分站PLC程序初始化：油门驱动器复位，初值装入，计数器设定，中断定义；
(3)采集油门电阻状态：主控PLC读取油门调整电阻的值，经A/D转换变为数字量；
(4)分站PLC通过现场总线读取主控PLC油门数字量值，并等比例转换成预期转速值；
(5)分站PLC通过高速计数程序及中断功能计算实际转速值；
(6)分站PLC将实际转速值与预期转速值作比较：如果实际转速与预期转速的差在调整范围内，则相应输出一个加油或减油脉冲；
(7)油门驱动器伸长或缩短一个脉冲的距离，引起发动机转速的调整；
(8)重复(3)检测预期转速与实际转速的差值，执行脉冲发送，直至转速调整至接近预期转速的死区内；
牵引速度及距离的同步控制包括下列步骤：
[1]启动：分别打开控制系统及两牵引机电源开关，进入自动控制状态；
[2]变量电阻值输入；
[3]主控PLC A/D转换；
[4]等比例转换成包含发动机转速参数的预期速度值；
[5]控制实现各自预期电压输出，实现各自转速；
[6]两机牵引距离差判断：大于或等于上限值，则启动调整状态，高速机减值输出，低速机不变；大于下限小于上限，状态不变；小于或等于下限值，关闭调整状态，高速机恢复原值；
[7]根据判断结果，利用PID控制程序实现信号输出；
[8]重复牵引速度及距离的同步控制[2]，继续牵引。
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