CN101949469B - 双吊点启闭机电气同步的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种双吊点启闭机电气同步的方法及装置，涉及水利水电工程双吊点闸门启闭控制，通过采用绝对值编码器和倾角传感器，配合PLC与变频电机的自动控制，实现了双吊点启闭机电气同步控制，克服了机械同步方法需停机人工调整同步的缺点，采用了电气同步纠偏技术，实现在启闭机运行过程中自动调整控制双吊点同步。保证闸门在门槽内上下运行过程中始终水平，不会因偏斜产生卡阻，保证了启闭机设备安全可靠的运行。

Description

双吊点启闭机电气同步的方法及装置

技术领域

本发明涉及水利水电工程双吊点闸门启闭控制，特别是一种双吊点启闭机电气同步的方法及装置。

背景技术

水利水电工程卷扬式启闭机是用于启闭闸门的起重机械，根据闸门的宽度分双吊点和单吊点启闭机。双吊点启闭机同步控制方法主要是采用机械轴同步。双吊点启闭机起升机构采用分别驱动，电动机带动减速器、开式齿轮变速后驱动卷筒旋转，通过缠绕在卷筒、动滑轮、定滑轮和平衡滑轮上钢丝绳的收放，带动闸门上升或下降。或者通过抓梁的连接提升闸门。两套驱动机构中间设置机械同步轴。由于钢丝绳的弹性误差，启闭机的安装误差及制造误差等引起的同步运行误差时，这时只能停机，拆掉机械同步轴，靠人工手动调节纠偏。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种双吊点启闭机电气同步的方法及装置，可以实现在启闭机运行过程中自动调整控制双吊点同步。保证闸门在门槽内上下运行过程中始终水平，不会因偏斜产生卡阻，保证了启闭机设备安全可靠的运行。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种双吊点启闭机电气同步装置，包括变频电机、变频电机通过制动联轴装置与减速机的输入轴连接，减速机的输出轴通过连接机构与卷扬装置连接，变频器的输出端与变频电机电连接，卷扬装置通过滑轮组与闸门的一个吊点连接，闸门另一个吊点连接有一套同样的装置，在低速的轴上安装有绝对值编码器，绝对值编码器的输出信号与PLC10的输入端电连接，PLC10的输出端与变频器的输入端电连接。

在变频电机与变频器之间还设有增量编码器。

在闸门液压抓梁的中间还安装有倾角传感器，倾角传感器的输出信号与PLC的输入端电连接。

PLC还与制动联轴装置中的制动装置电连接。

所述的制动装置为液压推杆瓦块式制动器。

一种使上述装置电气同步的方法，包括以下步骤：

1）设一个吊点上的装置为主机，即1号卷筒，另一个吊点上的装置为从机，即2号卷筒，将2号卷筒调节值清零；

2）根据绝对值编码器获取X=1号卷筒高度值，Y=2号卷筒高度值，运算Z=X-Y；

3）当|Z|≤设定值时，不调节；当|Z|＞设定值时，将该值作为2号卷筒调节值，通过PLC控制变频器，再控制变频电机的转速，调节2号卷筒高度值；

通过上述的方法，实现双吊点启闭机电气同步。

倾角传感器启用的|设定值|＞绝对值编码器的启动调节值的绝对值＞倾角传感器停用的|设定值|。

根据倾角传感器的输出信号，对比预先设定的差值大小，正负，输出控制信号。

当获取倾角传感器输出信号的值超出预先设定的差值，则屏蔽绝对值编码器来的信号，同时将号卷筒调节值清零，再输入新的高度调节值，直至倾角传感器输出信号的值在预先设定的差值范围内。

本发明提供的一种双吊点启闭机电气同步的方法及装置，克服了机械同步方法需停机人工调整同步的缺点，采用了电气同步纠偏技术，实现在启闭机运行过程中自动调整控制双吊点同步。保证闸门在门槽内上下运行过程中始终水平，不会因偏斜产生卡阻，保证了启闭机设备安全可靠的运行。

设备现场调试运行时，当启闭机两吊点起升高度不一致时，通过同步纠偏控制，使两个吊点达到电气同步运行，启闭机的两吊点始终处于水平状态。对双吊点启闭机在没有机械同步轴的情况下进行电气同步控制是十分必要的，同步控制运行实验结果也是成功的，而且同步控制精度完全满足设计要求。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明方法的流程图。

具体实施方式

一种双吊点启闭机电气同步装置，包括变频电机1、变频电机1通过制动联轴装置3与减速机4的输入轴连接，减速机4的输出轴通过连接机构与卷扬装置7连接，卷扬装置7通过滑轮组与闸门8的一个吊点连接，闸门8另一个吊点连接有一套同样的装置，变频器5的输出端与变频电机1电连接，PLC10通过Profibus-DP总线方式与变频器5连接,以控制变频电机1的转速；在卷筒低速轴上安装有绝对值编码器6，所述的低速的轴为减速机4输出轴，或者卷筒的轴，绝对值编码器6的输出信号与PLC10的输入端电连接。

在变频电机1与变频器5之间还设有增量编码器2。增设增量编码器2，以确保设备在低速运行时的稳定性。

在闸门8液压抓梁的中间还安装有倾角传感器9，倾角传感器9的输出信号与PLC10的输入端电连接。

PLC10还与制动联轴装置3中的制动装置电连接。制动联轴装置3为一带制动轮联轴器，在制动轮上安装有制动装置，即液压推杆瓦块式制动器。

一种使上述装置电气同步的方法，其特征在于包括以下步骤：

1）设一个吊点上的装置为主机，即1号卷筒，另一个吊点上的装置为从机，即2号卷筒，将2号卷筒调节值清零；

2）根据绝对值编码器6获取X=1号卷筒高度值，Y=2号卷筒高度值，运算Z=X-Y；

3）当|Z|≤设定值，例如10时，不调节；当|Z|＞设定值10时，将该值作为2号卷筒调节值，通过PLC5控制变频电机2的转速，调节2号卷筒高度值；

通过上述的方法，实现双吊点启闭机电气同步。

优化的方案是，根据倾角传感器9的输出信号，对比预先设定的差值大小，正负，输出控制信号。

优化的方案是，当获取倾角传感器9输出信号的值超出预先设定的差值，则屏蔽绝对值编码器6来的信号，同时将2号卷筒调节值清零，再输入新的高度调节值，直至倾角传感器9输出信号的值在预先设定的差值范围内。采用倾角传感器9是从最终端获取信号，实现了完全的闭环控制，但是，应该考虑到的是，倾角传感器9从终端获取信号，从信号到获得调整结果需要较长的时间，调节速度较慢，同时倾角传感器9的运行环境较恶劣，与半闭环控制的绝对值编码器6反馈控制配合可以弥补互相之间的缺点，确保系统运行的稳定性和容错性，延长设备的使用寿命，避免因控制系统的原因出现误动作。

优化的方案是，倾角传感器9启用的|设定值|＞|Z|＞倾角传感器9停用的|设定值|。通过差异性的设定值，可以避免出现叠加控制而引起的系统振荡。

实施例1：

某水电站装有10台套2×4000kN固定卷扬式启闭机，此起吊闸门的水平误差要求不得大于20mm，扬程50米。

2×4000KN启闭机的控制是采用“触摸屏+PLC+变频调速”的控制方式。变频器选用2台日本安川公司CIMR-G7A110系列产品，PLC选用西门子S7-300，触摸屏选用TP277-10，增量编码器2选用2台图尔克EH88P1024，绝对值编码器6选用2台德国海德汉ROQ425。ROQ425绝对值编码器，分辨率8192线/圈，量程4096圈，输出SSI接口，工作电压5-30V。

从机械计算查得，卷筒钢丝绳缠绕共53.8圈对应50米，

卷筒直径φ=1.7m，每圈长度L=2πR=πφ=3.14×1.7=5.338 m，

分辨率=5.338/8192=0.00065 m=0.65 mm。

即精确度完全可以满足水平误差不得大于20mm的要求，同步调节时，设定1号卷筒为主机，2号卷筒为从机，从机跟随主机作动态调整。闸门在起升中，绝对值编码器ROQ425作为起升机构高度测量的反馈，其输出数据信号送入PLC的位置模块SM338，由位置模块进行数据处理，求出同步偏差值，根据预先设定的差值大小例如：|Z|=10，在触摸屏上设定、正负，输出控制信号，控制变频器U2进行同步纠偏，使闸门的两吊点始终处于同步状态。

本例的特点是调节、纠偏速度快，但是只能消除电机速度不一致造成的误差，适用于扬程不高，起吊闸门不采用液压抓梁连接的方式。

实施例2：

某水电站尾水调压室装有1台套2×2000kN单向桥式启闭机，要求水平误差不得大于20mm，扬程98米。

2×2000kN单向桥式启闭机的控制是采用“触摸屏+PLC+变频调速”的控制方式。变频器选用2台西门子公司6SE70系列产品，PLC选用西门子S7-300，触摸屏选用TP277-10，增量编码器选用2台图尔克EH88P1024，绝对值编码器选用2台德国P+F公司AVM58。

起吊闸门采用液压抓梁连接的方式，在液压自动抓梁中间装有1台伺服式倾角传感器DAS-15/V。

DAS-15/V双轴倾角传感器。类 型：双轴倾角传感器 ；量 程：±15°，精 确 度：0.01；输出：比例，脉宽调制；供电电源：5-15Vdc；工作温度：-30℃~65℃；电气连接：板载式。特点：双轴，双功能，高性价比、高精度产品 。

闸门的液压自动抓梁的宽度为11190mm，由于倾角传感器9装在中间。所以，水平调节的精度为：X=tan0.01*11190/2=0.9765mm 。即精确度完全可以满足水平误差不得大于20mm的要求。

此方案的主回路，同步调节原理和方案1相同。不同的是信号由装在液压抓梁上的伺服式倾角传感器代替装在卷筒上的绝对值编码器。

在液压自动抓梁内装有的伺服式倾角传感器及预处理电路，具有较高的灵敏度和测量分辨率，通过装在自动抓梁密封盒里的单片机处理系统,对现场信号进行采集、处理，然后直接输出标准的RS485通讯信号供PLC采集处理后，求出同步偏差值，根据预先在触摸屏上设定的差值大小、正负，输出控制信号，控制变频器U2进行同步纠偏，使启闭机的两吊点始终处于同步状态。

本例的技术方案，可以消除电机速度误差、钢丝绳弹性误差、卷筒加工误差、安装误差、系统误差等，同步纠偏效果可靠，但是倾角传感器9采集的是终端数据，对系统参数设置的要求较高，错误的超调量设置会引起系统振荡而较低的超调量又会降低实时纠偏的效果，造成在数据采集和纠偏的结果之间延时较长；同时倾角传感器9的安装位置运行环境较恶劣，如倾角传感器9损坏则会造成系统崩溃或停机。

实施例3：

在控制系统中同时启用绝对值编码器6和倾角传感器9的数据采集，对绝对值编码器6的启动调节值设定为|Z|=10，对于倾角传感器9的启动调节的绝对值设定为18，而倾角传感器9的停用调节的绝对值设定为5，系统平时采用绝对值编码器6进行调节，以获得较快的调节速度，如果绝对值编码器6的调节超限，例如因为电机速度误差、钢丝绳弹性误差、卷筒加工误差、安装误差、系统误差、或者它们的累积的原因，造成实际误差达到调节值设定18，（此时的绝对值编码器6采集的信号仍在调节范围内），启动倾角传感器9的采集信号作为调节依据，同时屏蔽绝对值编码器6的采集信号，并将调节参数清零，根据启动倾角传感器9的采集信号计算出新的调节值进行调节，直至倾角传感器9的采集信号达到设定的停用值5，从而将倾角传感器9的采集信号停用，交由根据绝对值编码器6的采集信号进行调节。

将绝对值编码器6与倾角传感器9之间的切换进行计数和计时，如果在短时间内频繁切换，则提示需要进行系统检修。

本例的技术方案，综合了半闭环控制快速和闭环控制准确的优点，两种控制方式的切换也增加了系统的容错性，提高了系统运行的稳定性及可靠性。

Claims (2)

1.一种双吊点启闭机电气同步的方法，包括变频电机（1），变频电机（1）通过制动联轴装置（3）与减速机（4）的输入轴连接，减速机（4）的输出轴通过连接机构与卷扬装置（7）连接，变频器（5）的输出端与变频电机（1）电连接，卷扬装置（7）通过滑轮组与闸门（8）的一个吊点连接，闸门（8）另一个吊点连接有一套同样的装置，在减速机（4）的输出轴上安装有绝对值编码器（6），绝对值编码器（6）的输出信号与PLC（10）的输入端电连接，PLC（10）的输出端与变频器（5）的输入端电连接；

变频电机（1）与变频器（5）之间还设有增量编码器（2）；

在闸门（8）液压抓梁的中间还安装有倾角传感器（9），倾角传感器（9）的输出信号与PLC（10）的输入端电连接；

其特征在于包括以下步骤：

1）设一个吊点上的装置为主机，即1号卷筒，另一个吊点上的装置为从机，即2号卷筒，将2号卷筒调节值清零；

2）根据绝对值编码器（6）获取X=1号卷筒高度值，Y=2号卷筒高度值，运算Z=X-Y；

3）当|Z|≤设定值时，不调节；当|Z|＞设定值时，将该值作为2号卷筒调节值，通过PLC（10）控制变频器（5），再控制变频电机（2）的转速，调节2号卷筒高度值；

当获取倾角传感器（9）输出信号的值超出预先设定的差值，则屏蔽绝对值编码器（6）来的信号，同时将2号卷筒调节值清零，再输入新的高度调节值，直至倾角传感器（9）输出信号的值在预先设定的差值范围内；

通过上述的方法，实现双吊点启闭机电气同步。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：倾角传感器（9）启用的|设定值|＞绝对值编码器（6）的启动调节值的绝对值＞倾角传感器（9）停用的|设定值|。

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