双吊点无中间轴卷扬启闭机的控制

蒋华强 杨 刚 刘小伟

双吊点无中间轴卷扬启闭机的控制

蒋华强 杨 刚 刘小伟

一、起升机构及控制系统简介

青岛即墨大任河工程采用弓形闸门启闭机，主要技术参数：额定启门力2×900kN，起升高度14m，起升速度0.65m/min，吊点中心距26.2m。

2×900kN固定卷扬式启闭机均为双吊点启闭机，采用两套起升机构驱动；起升机构采用盘香式卷盘多层缠绕。每套起升机构由一台电动机经减速器驱动开式齿轮，从而带动卷筒装置卷盘旋转，通过缠绕在卷盘上钢丝绳的收放，带动闸门上升或下降。

控制系统主要由德国西门子S300系列PLC、触摸屏TP270、4台变频器ATV61HU75N4、2只倍加福绝对编码器、4只三菱增量编码器及4台变频电机组成，操作人员可以通过面板的指示灯、按钮来控制和监控系统的运行。其中，PLC系统由CPU315-2DP模块、数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块和位置模块SM338组成。

二、变频调速系统原理

启闭机有2个吊点，每个吊点由2台电机驱动，每台电机采用1台变频器驱动1台电机的闭环矢量控制方式。每个吊点的2套变频驱动系统采用主从控制方式，主从系统间通过D2同步卡和光纤进行同步，运行信号通过变频器的基本卡A1送入变频器，使变频器按给定指令运行，其特点是数据交换快速，受干扰影响小，防止2台电机出力不均，确保2台电机同步运行。在每台电动机的非传动输出轴设置有1个增量型编码器和PT100热敏电阻，分别用于检测电机转速及加速度信号和电机温度信号，信号反馈至各自的主传动变频器。变频器通过实时采集到的反馈信号和从PROFIBUS总线接收到的来自PLC的指令，对电机进行闭环控制和过流、失速、过热等保护。

同一吊点的2台电机属于刚性同步，2台电机必须要保证出力均衡，即2台电机的转矩均衡。该系统通过2台变频器的主从控制方式实现。主变频器设置为速度控制方式，从PLC通过PROFIBUSDP总线接收控制指令，从变频器设置为转矩控制方式，通过同步卡D2从主变频器接收控制指令，跟随主变频器转矩控制指令运行，保证了2台变频器的转矩均衡。主从变频器采用光纤通信，传输迅速12Mbps。每台变频器的运行参数都通过PROFIBUSDP总线传入PLC，并在触摸屏上实时监控。

三、变频调速系统的调试

调试主要工作是变频器参数的设定。首先通过操作面板输入变频器基本参数，设置为自学习模式让电机旋转自学习。自学习后将每台变频器的地址和控制模式输入，单吊点的2台电机联机运行，通过观察卷筒齿轮的啮合情况来判断2台电机的出力情况。若卷筒齿轮出现背齿，即2台电机出力不均，通过调整从变频器的转矩跟随速度，实现2台电机同步。2个吊点分别调速完成后，2个吊点才能同时动作联调。

四、电气控制系统介绍

2×900kN启闭机的电气控制系统是基于PLC的变频调速系统，PLC是控制系统的核心。西门子S300系列属于模块化微型PLC系统，主要模块有2个数字量输入模块（DI）,2个数字量输出模块（DOI）,1个模拟量输入模块（AI）,1个位置模块（SSI）。变频器与PLC间采用PROFIBUS DP通讯方式，传输速度1.5Mbps。通过变频器与PLC组成的控制系统，不仅实现了启闭机的逻辑控制和启闭机2个吊点的电气同步，完成系统的PID调节功能，而且通过触摸屏和控制面板，操作人员可以对系统中各种参数、控制点进行实时监控，保证了启闭机电机控制系统安全平稳的运行。

五、电气控制原理

2个吊点之间没有连接轴，2个吊点之间采用主从模拟量同步控制，1号吊点的变频器运行指令通过模拟量模块送入PLC中，在PLC内部经过逻辑处理后，转换成与实践对应的闸门起升高度值。如果1号吊点和2号吊点要联动，必须通过电气控制保证2个吊点起升高度一致，2个吊点高度差在20 mm以内。每个卷筒均装有1套光电绝对值型编码器，用于检测每个吊点的起升高度，绝对值编码器输出信号以为SSI串口通讯方式接入PLC位置模块。PLC通过处理2个吊点的高度差，进行PID运算得出速度补偿量，此速度补偿量用于改变第二吊点的速度给定值，通过对第2个吊点速度的控制来实现2号吊点起升高度与1号吊点起升高度的同步，保证2个吊点高度差在20mm以内。高度差的大小可以通过调节补偿量的大小来控制，也就是改变比例系数或者积分时间的大小。在现场调试过程中，调节比例系数即可以使2个吊点高度差满足要求在20mm以内。高度差最好调节在10～15mm，如果高度差设定过小，即速度补偿量较大，会出现高速运行或机械环境变化较大时高度差超过20mm，不满足设计要求。

六、结语

2×900kN启闭机在山东即墨大任河工程中运行良好，未发生任何故障。PLC变频调速同步控制技术在启闭机中的应用，完美解决了无中间轴连接的双吊点同步问题，可以使双吊点卷扬启闭机布置不受吊点距的限制，具有广阔的市场前景

（作者单位：江苏省水利机械制造有限公司 225003）

（专栏编辑：顾 梅）