PLC及直流調速系統在直孔水電站MQ900門機中的應用

周紅雨, 楊忠滿

(1.江西省九江職業技術學院,江西 九江 332000;2.中國人民武裝警察部隊 水電第十一支隊,四川 成都 610036)

MQ900門機是西藏直孔電站主要的大型施工設備之一,其起升、回轉、變幅等主要工作機構采用數字式直流調速裝置,具有無級變速和恒定加(減)速度的功能,能使各機構運行平穩,減少動載。整機由 PLC(可編程控制器)進行控制,從而使操縱、控制、指示、保護系統更加準確和可靠。

1 PLC的應用

MQ900門機采用兩套 PLC系統,分別安裝在司機室和電氣室,由 U-01KI/KF通訊模塊實施通訊并成為整機的 PC控制系統。該 PLC全部采用日本光洋公司生產的 SU-6-C型 PLC模塊,對整機的操縱、控制、指示和保護進行統一控制,從而提高了其運行的準確性和可靠性。

司機室的 PLC由 SU-6-C電源模塊、U-01EWC擴展電源模塊、U-01KI/KF和 U-01DM通訊模塊、U-05N輸入模塊、U-15T和 U-05T輸出模塊組成,主要功用是采集各種指令、設置、工況等信號并進行加工處理后輸送到電氣室的 PLC。

電氣室的 PLC由 SU-6-C電源模塊、U-01EWC擴展電源模塊、U-01KI/KF和 U-01DM通訊模塊、U-05N輸入模塊、U-15T和 U-05T輸出模塊、U-01Z高速計數器模塊、U-01AD模擬量輸入模塊、U-4DAC-1模擬量輸出模塊等組成,主要是對輸入設備送來的控制、檢測信號進行計算處理,并將計算結果轉換為控制信號經輸出設備控制機械設備的運行。

全機的 PLC具有很高的工作可靠性和抗干擾能力,還具有擴充方便、組合靈活的特點,從而使設備體積小巧、維護方便、插件更換靈活。全機的 PLC布局情況見圖 1。

圖1 PLC布局示意圖

2 PLC模塊的維護

2.1 CPU模塊

CPU模塊有 1個方式切換開關,其 RUN、TERM、STOP三種切換位置分別表示為 CPU運行狀態、編程器安裝時的狀態和運行停止狀態。送電后,還有 6個 LED顯示燈進行監視,PWR燈在2次側邏輯電路電壓接通(ON)時亮,RUN燈在CPU運行狀態時亮,CPU燈在監控定時器發生異常時亮,BATT燈在 CPU中的存儲器備用電池或存儲器盒內的電池電壓低時亮,I/O燈在 I/O模塊及 I/O總線等模塊的聯系發生異常時亮,COMM燈在上位通訊、PC通訊、通用端口的通訊以及編程器的通訊發生異常時亮。CPU運行流程見圖 2。

圖2 CPU運行流程簡圖

2.2 擴展電源模塊

擴展電源模塊投入后,PWR燈亮(ON),向各基架提供 5V電源。

2.3 I/O模塊

I/O模塊配置有自診斷功能,由 3個 LED顯示燈進行監視,TB燈亮時表示接線板脫落,CPU在任何方式時均可檢測接線板脫落;FU燈亮時表示輸出模塊的保險絲熔斷;24V燈亮時表示外部24V電源電壓低。

2.4 PLC電源

PLC選用直流型,主要目的是為了減少干擾。司機室 PLC的控制電源配置了二回直流穩壓電源,分別為 ±24V和 ±5V,分別提供給光電編碼器、I/O模塊和故障顯示;電氣室 PLC的控制電源配置了三回直流穩壓電源,為 ±24V、±24V和±5V,分別提供給光電編碼器、速度給定、I/O模塊、電流、速度模數轉換以及故障顯示。

2.5 PLC運行時動作不正常

(1)檢查電源電壓是否正常,或有強的干擾噪聲。

(2)機械的老化、損耗造成外圍元件(限位開關、繼電器、電磁開關等)接觸不良。

(3)控制回路出現意外情況。

(4)噪聲或誤操作造成程序的改變。

3 直流調速器的原理及應用

該門機起升、變幅、回轉機構的控制調速系統全部采用 SIEMENS公司生產的 6RA22系列全數字可控硅直流調速裝置,其基本原理為邏輯無環流可逆系統及非獨立勵磁控制系統。采用數字化技術,使各個放大器參數及性能均由數字設定,使用方便,運行穩定。其控制原理見圖 3。

圖3 直流調速器控制原理簡圖

3.1 起升機構

起升機構的直流調速器為 6RA22-91型,其主回路和控制回路額定輸入電壓為 3AC-380V(+20%/-15%),勵磁回路額定輸入電壓為2AC-380V(+20%/-15%),主回路額定輸出電壓為 400V,主回路額定輸出電流為 1200A,功率為 480kW,勵磁回路額定輸出電壓為 310V,勵磁回路額定輸出電流為 25A。采用兩套直流調速器分別驅動兩臺 166kW的直流電動機,每臺電機驅動卷筒機械互不關聯,由 PLC提供兩個可調模擬量信號,在聯動工作狀態下分別控制兩套裝置同步運行,在 1#、2#單機工作狀態下也可以單機運行。

3.2 變幅機構

變幅機構的直流調速器為 6RA22-77型,其主回路和控制回路額定輸入電壓為 3AC-380V(+20%/-15%),勵磁回路額定輸入電壓為2AC-380V(+20%/-15%),主回路額定輸出電壓為 400V,主回路額定輸出電流為 250A,功率為 100kW,勵磁回路額定輸出電壓為310V,勵磁回路額定輸出電流為 15A。該直流調速器驅動一臺 33kW的直流電動機,由 PLC提供一個可調模擬量信號控制該裝置驅動電動機勻速運行。

3.3 回轉機構

回轉機構的直流調速器為 6RA22-85型,其主回路和控制回路額定輸入電壓為 3AC-380V(+20%/-15%),勵磁回路額定輸入電壓為2AC-380V(+20%/-15%),主回路額定輸出電壓為 400V,主回路額定輸出電流為 600A,功率為 240kW,勵磁回路額定輸出電壓為310V,勵磁回路額定輸出電流為 25A。該直流調速器驅動兩臺 50kW的直流電動機,由 PLC提供一個可調模擬量信號進行控制,每臺電動機串一組電阻,使電動機特性曲線變軟,將負荷均勻分配,驅動兩臺電動機同步運行。

4 直流調速器的調試及維護

6RA22系列全數字可控硅直流調速裝置在控制主板上配置了 3個按鍵和一個三位七段數碼管顯示器,用按鍵對直流調速器的參數進行設定和修改,數碼管顯示器可顯示參數號和參數值。主要參數由 P11～P99和 E、H、U、L等參數組成,P01～P10參數對速度、電樞電流、控制角、電樞電壓、電源電壓等實際顯示數值進行監控。關鍵參數有 P51、P76、P87、P98、P99、E00、E77等。 P51參數控制所有參數的修改權,其參數值分別是 4、10、20、99,當參數值為 0時,其他參數值均無法修改。P76參數為勵磁電流額定值的百分比設定值。P87參數為 33時,EEPROR監控參數存儲器RAM有效,其他參數值才能進行存儲。P98參數是額定電源電壓的設定值。P99正常時,調速器裝置結構和軟件狀態為四象限傳動。E00參數為SIMOREG裝置附加組件配置的設定值。E77是電樞電壓的設定值。其他參數均可根據設備的實際配置進行修改和設定。

調速器發生故障時,由一個三位七段數碼管顯示器顯示故障代碼。故障代碼由第一位的 F和一個兩位的數字組成,如顯示 F02故障時,表示電源電壓及勵磁電源的相序不一致。故障顯示代碼主要分為電源故障、與機械有關的故障、控制系統故障、內部故障信號、調試時的故障、功率部分故障等。電源故障代碼有 7個:從 F02～F08;與機械有關的故障有 9個:從 F10～F19;控制系統故障有 1個:F21;內部故障信號有 6個:F22～F24、F26、F28、F34;調試時的故障有 8個:F30、F32、F35～F40;功率部分故障有 27個:F41～F49、F51～56、F61～F66、F71～F76。不同的故障代碼表示不同的故障含義,根據故障含義對相應的故障部位進行檢查處理,使維護工作簡單明了,加快了檢查故障的效率和處理速度,使門機的使用率大大提高。

5 結 論

西藏直孔水電站共有兩臺 MQ900門機,整體運行狀況良好。但是,近年來,由于使用年限的增加,部分電氣元件已經老化,故障也逐漸增多,為解決這一問題,我單位決定對其進行改造,將原直流調速器改為由 ABB公司生產的直流調速器裝置,對 PLC系統和其他相應的部件也進行了改造,使該門機在水電工程的建設中發揮了重要的作用,同時也充分顯示了可編程控制器和電子控制技術在施工設備中的應用和其廣闊的發展前景。