CN105155479A - 抓梁全平衡系统 - Google Patents

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胡美玲
张莉
苗静丽
耿清波
王跃飞
陈素艳
孟鹏飞
刘晓蓉
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Abstract

本发明涉及水利水电双吊点闸门启闭控制，特别是一种抓梁全平衡系统。抓梁全平衡系统，包括变频器和与变频器连接的变频电机，变频电机通过制动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抓梁的一个吊点连接，抓梁另一个吊点连接有一套同样的装置，在减速机的输出轴上安装有脉冲编码器，抓梁上设置有用于监测抓梁水平X轴和Y轴方向上倾斜角度的水平角度传感器，卷扬装置上安装有高度检测装置。本发明除了在水平X轴方向装有检测传感器，通过双吊点的电气同步实现抓梁的X轴方向平衡外，同时检测抓梁的Y轴方向的平衡，在触摸屏上进行检测显示，方便直观。

Description

抓梁全平衡系统
技术领域
本发明涉及水利水电双吊点闸门启闭控制，特别是一种抓梁全平衡系统。
背景技术
门式启闭机是水电站的重要设备，能否安全可靠地运行，直接影响到水电站乃至一个国家或地区的安全。抓梁作为启闭机在水下与闸门挂钩或脱钩使用的梁式吊具，其作用至关重要。目前随着水电站系统的日益大型化发展，水电站启闭机扬程越来越高，启闭机的抓梁平衡问题，只依靠机械同步方式已无法防止闸门的偏斜、振动与卡死的问题。设计与研发出适用于单/双吊点启闭机的安全可靠的抓梁全平衡系统的要求也越来越高，通过总结以往双吊点电气同步的调试与使用经验，采用新型的检测方法，优化和改进同步控制方案，创新开发试制出适用于水电站单/双吊点门式启闭机的抓梁全平衡系统，保证抓梁在水平方向的X轴和Y轴均水平，其综合性能居国内领先，达到国际先进水平。
目前水电作为清洁能源，国家正大力发展。我国每年有上百个水电站开工建设，启闭机的市场需求量大约有上千台。作为水电站的常用闸门启闭设备，双吊点门式启闭机的应用也是必不可少的。俄罗斯、印度、巴西等国的水电开发都在高速进行之中。可见启闭机的国内外市场前景十分广阔，其社会效益、经济效益十分巨大。同时，水电工程项目一般都是综合开发利用项目。除发电外，兼有防洪、灌溉、供水、航运、养殖、旅游等社会效益，“建设一座电站，带动一方经济，改善一片环境，造福一批移民”的“四个一”水电开发理念，是构建和谐社会的较好体现。
以往仅根据钢丝绳卷筒上安装的编码器的数值控制双吊点的同步，以此判断抓梁是否平衡，这种方法存在以下问题：控制双吊点的电气同步最终是为了实现闸门的水平，而起升开度编码器只能间接反映出闸门吊点位置，对两个吊点上的钢丝绳特性、钢丝绳的换层先后和机械的安装误差等引起的误差不能进行监测和及时的修正，对大吨位高扬程的启闭机这个误差值会尤其明显，当这个误差值不加以及时的控制，增大到一定的程度时，将会引起闸门的偏斜、振动与卡死的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：现有的双吊点控制方法，对机械的安装误差等引起的误差不能进行监测和及时的修正，误差增大到一定程度时，将会引起闸门的偏斜、振动与卡死的问题，为解决上述问题，提供一种抓梁全平衡系统。
本发明的目的是以下述方式实现的：
抓梁全平衡系统，包括变频器和与变频器连接的变频电机，变频电机通过制动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抓梁的一个吊点连接，抓梁另一个吊点连接有一套同样的装置，在减速机的输出轴上安装有脉冲编码器，抓梁上设置有用于监测抓梁水平X轴和Y轴方向上倾斜角度的水平角度传感器，卷扬装置上安装有高度检测装置，水平角度传感器和高度检测装置测得的信号传送至PLC，PLC测得的信号显示在触摸屏上。
高度检测装置设置卷扬装置的卷轴轴端。
脉冲编码器测得的信号传输至变频器的PG速度卡上，实现每一台变频器-电机的闭环矢量控制。
高度检测装置为倍加福AVM58N系列多圈绝对值编码器，单位圈数为8192。
水平角度传感器设置在抓梁液压系统的泵站内，水平角度传感器信号电缆通过与泵站连接的深水电缆上传至PLC。
信号传输经PROFIBUSDP总线。
本发明与以往抓梁平衡的相比，除了在水平X轴方向装有检测传感器，通过双吊点的电气同步实现抓梁的X轴方向平衡外，同时检测抓梁的Y轴方向的平衡，在触摸屏上进行检测显示，方便直观，在启闭机工作前前操作人员可以根据显示结果进行抓梁配重以及闸门配重的调整，在启闭机工作时，根据检测结果通过PLC程序控制自动调整抓梁平衡，超限报警，实现抓梁的全平衡检测与控制。
附图说明
图1是本发明控制系统配置图。
图2是本发明控制流程图。
具体实施方式
如图1-图2所示，抓梁全平衡系统，包括变频器和与变频器连接的变频电机，变频电机通过制动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抓梁的一个吊点连接，抓梁另一个吊点连接有一套同样的装置，在减速机的输出轴上安装有脉冲编码器，抓梁上设置有用于监测抓梁水平X轴和Y轴方向上倾斜角度的水平角度传感器，卷扬装置上安装有高度检测装置，水平角度传感器和高度检测装置测得的信号传送至PLC，PLC测得的信号显示在触摸屏上。
高度检测装置设置卷扬装置的卷轴轴端。高度检测装置为倍加福AVM58N系列多圈绝对值编码器，单位圈数为8192。
脉冲编码器测得的信号传输至变频器的PG速度卡上，实现每一台变频器-电机的闭环矢量控制。
水平角度传感器设置在抓梁液压系统的泵站内，水平角度传感器信号电缆通过与泵站连接的深水电缆上传至PLC。
信号传输经PROFIBUSDP总线。
本发明电气系统采用目前国内先进的“触摸屏+PLC控制+交流变频传动”的控制方案，设备间通过PROFIBUSDP总线进行数据通讯；触摸屏为人机交换单元，供操作维护人员进行设备运行监视及故障诊断；交流变频传动驱动设备各机构的运行；PLC为整机的逻辑控制中心，双吊点的起升位置检测、荷载检测信号以及抓梁X轴和Y轴水平信号接入PLC,在PLC内进行PID控制运算，控制起升机构电机运行速度，保证双吊点的电气位置同步，实现抓梁X轴和Y轴方向的全平衡。
控制系统采用德国西门子公司生产的S7-300系列可编程控制器，CPU选用CPU313C-2DP，具有中、大规模的程序存储容量和数据结构；对二进制和浮点数运算具有较高的处理能力；可用于大规模的I/O配置；可用于建立分布式I/O结构。同时选用SIMATIC_ET200M分布式I/O，基于开放式Profibus总线可实现从现场信号到控制室的数据通讯。触摸屏选用西门子MP277。变频驱动系统采用ABB公司ACS800-01系列产品，交-交变频控制系统，在下降和减速过程采用制动单元和制动电阻能耗制动方式。变频器对电机的控制选用一拖一的闭环矢量控制，每台电机的输出轴上都安装有一只脉冲编码器，通过信号线送入变频器上的PG速度卡上，对每一台变频器-电机都能独立实现闭环矢量控制。主要低压电气元件采用法国施耐德公司生产的系列产品，具有模块化、通用化、标准化、互换性强等特点。起升机构荷载检测元件采用PHILIPSPR6201系列荷载传感器，重复性误差为0.010%R.O.；卷筒轴端部安装高度检测元件，采用倍加福AVM58N系列多圈绝对值编码器，单圈位数为8192；抓梁上设置国产优质高精度水平角度传感器，分别用于检测抓梁水平X轴和Y轴方向的倾斜角度，控制精度在0.02度。因为水平角度传感器安装在抓梁上，需要随抓梁入水，密封方案采用将该传感器安装于抓梁液压系统泵站内，不用单独设置密封装置，同时传感器信号电缆通过与泵站连接的深水电缆上传至门机控制系统。
抓梁X轴方向平衡控制是通过PLC的内部PID控制算法实现的，以起升机构开度和荷载作为同步反馈值，另外采集抓梁的水平倾斜角度作为校准值，根据上述的反馈值进行判断与计算，从而得出从机的速度修正值。以往仅根据钢丝绳卷筒上安装的编码器的数值控制双吊点的同步，以此判断抓梁是否平衡，这种方法存在以下问题：控制双吊点的电气同步最终是为了实现闸门的水平，而起升开度编码器只能间接反映出闸门吊点位置，对两个吊点上的钢丝绳特性、钢丝绳的换层先后和机械的安装误差等引起的误差不能进行监测和及时的修正，对大吨位高扬程的启闭机这个误差值会尤其明显，当这个误差值不加以及时的控制，增大到一定的程度时，将会引起闸门的偏斜、振动与卡死的问题。将抓梁的水平倾斜角度引入到该控制系统，直接对闸门的水平度进行检测，并进行闭环控制，最终实现抓梁的平衡。该控制系统的控制精度控制在20mm以内。
Y轴方向平衡控制与X轴方向相同，通过双吊点的电气同步实现抓梁的X轴方向平衡外，同时检测抓梁的Y轴方向的平衡，在触摸屏上进行检测显示，超限报警，实现抓梁的全平衡检测与控制。
抓梁全平衡系统将同步位置检测和水平检测传感器信号反馈至PLC，通过PID闭环控制变频传动设备，保证抓梁的平衡。抓梁全平衡系统采用PLC、变频器和触摸屏之间通过PROFIBUS-DP总线进行数据交换与控制，使控制系统具有较高的反应速率和控制精度。

Claims (6)

1.抓梁全平衡系统，包括变频器和与变频器连接的变频电机，变频电机通过制动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抓梁的一个吊点连接，抓梁另一个吊点连接有一套同样的装置，其特征在于：在减速机的输出轴上安装有脉冲编码器，抓梁上设置有用于监测抓梁水平X轴和Y轴方向上倾斜角度的水平角度传感器，卷扬装置上安装有高度检测装置，水平角度传感器和高度检测装置测得的信号传送至PLC，PLC测得的信号显示在触摸屏上。
2.根据权利要求1所述的抓梁全平衡系统，其特征在于：高度检测装置设置卷扬装置的卷轴轴端。
3.根据权利要求1所述的抓梁全平衡系统，其特征在于：脉冲编码器测得的信号传输至变频器的PG速度卡上，实现每一台变频器-电机的闭环矢量控制。
4.根据权利要求1所述的抓梁全平衡系统，其特征在于：高度检测装置为倍加福AVM58N系列多圈绝对值编码器，单位圈数为8192。
5.根据权利要求1所述的抓梁全平衡系统，其特征在于：水平角度传感器设置在抓梁液压系统的泵站内，水平角度传感器信号电缆通过与泵站连接的深水电缆上传至PLC。
6.根据权利要求1、3、5任一权利要求所述的抓梁全平衡系统，其特征在于：信号传输经PROFIBUSDP总线。
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