PLC自动控制实现变压器等大型精密设备平稳卸车就位技术应用研究

李彤

1、引言

1.1研究背景。变压器是发电厂的重要设备，重量多达数百吨，由于内部构造特点，其质量集中于设备中心，为防止内部结构变形，对变压器搬运过程提出了特殊的要求。国家标准《三相油浸式电力变压器技术参数和要求》（GB6451—2008）中规定：“31500kVA及以上的变压器在运输中应装三维冲撞记录仪”，以记录在运输和装卸过程中受冲击和振动情况，设备受冲击的轻重程度一般认为应小于3g为好。变压器搬运过程倾斜角度过大也可能造成内部结构移位变形，按生产厂家规定搬运倾斜角在长轴方向上不大于15°，在短轴方向上不大于10°。

1.2研究内容。大型变压器以及其它大型精密设备如何实现平稳卸车就位，该研究也可用于大型钢结构、大型砼构件的搬运，尤其场地受限区域应用此方法优势明显。

1.3研究思路及难点。1.3.1研究思路。本文通过对比以往单纯利用人力和机械进行变压器卸车就位方案的弊端，论证自动控制的可行性，创新技术，以期采用PLC控制进行变压器的倾斜角度监测，将施工中倾斜角度的细微变化直观的显示出来，减少人为误判，从而避免变压器损坏甚至失稳倾覆事故的发生，实现大型变压器平稳卸车就位。1.3.2研究难点。本文的研究难点在于：施工现场状况纷繁复杂。如何进行详细全面的分析具有一定的困难；该自动控制技术成本应控制在可以接受范围内方能够广泛应用。

2、大型变压器等精密设备卸车就位技术应用现状、不足分析及对策浅论

汇总而言变压器的卸车就位常规方法有三种，分别为采用滚杠、卷扬机牵引、利用大型起重机械、利用液压顶升液压推进缷车。方案1采用滚杠、卷扬机牵引：该方法工作量大，劳动强度较高，且施工过程极易造成内部结构变形甚至酿成变压器失稳倾覆的危险 。方案2利用大型起重机械：在机械选取上需要1000吨以上起重机，成本高；大型起重机械的进场、拆装耗时耗力延长了施工周期；对施工场地要求高。方案3利用液压顶升液压推进缷车：该方案缺乏變压器倾斜监测手段，在实际应用中单纯依靠人的目测判断，依靠人的经验控制不可信。综合分析以上各方案，采用方案3作为改进对象最易满足需求，且成本较低，可通过增加倾斜监测手段以替代人的目测判断。

3、应用PLC自动控制技术特点

施工过程中变压器任何方向的移动均以液压传动确保缓慢平稳，施工过程中采用传感器检测偏移角度（可控制在5°以内），由PLC进行逻辑判断进而控制液压顶升装置和推进装置，保证了变压器的倾斜角度在允许范围内。彻底避免了因变压器冲击、振动和倾斜造成的内部铁芯、线圈移位变形，为变压器以后的可靠运行提供了质量保证。采用PLC进行变压器的倾斜角度监测，可将施工中倾斜角度的细微变化直观的显示出来，减少了人为误判，从而避免了变压器失稳倾覆事故的发生，提高了变压器卸车就位过程的安全性。卸车就位时不需大面积施工场地，节约了土地资源。与传统方法相比节省了大量人力，节省了大型起重机进场、工况改造时间及费用，大大节约了施工成本，提高了经济效益。施工过程中变压器任何方向的移动均以液压传动确保缓慢平稳，施工过程中采用传感器检测偏移角度（可控制在5°以内），由PLC进行逻辑判断进而控制液压顶升装置和推进装置，保证了变压器的倾斜角度在允许范围内。彻底避免了因变压器冲击、振动和倾斜造成的内部铁芯、线圈移位变形，为变压器以后的可靠运行提供了质量保证。采用PLC进行变压器的倾斜角度监测，可将施工中倾斜角度的细微变化直观的显示出来，减少了人为误判，从而避免了变压器失稳倾覆事故的发生，提高了变压器卸车就位过程的安全性。

4、自动控制工艺原理分析

4.1顶升原理。顶升系统主要由电动液压泵、双作用液压油缸、分流块、节流阀、电磁阀、压力表和高压软管等标准元件组成，其工作原理：一台700bar电动液压泵驱动四个250吨液压千斤顶，泵上预装的三位四通手动方向阀控制油的流向，实现油缸的上升和下降。每个油缸的进程油路上都配有节流阀和电磁阀，元件皆用快换接头连接，便于安装、维护，压力表监测各顶升点承载情况和泵站的运行情况。

4.2推进工作原理。利用钢与钢在润滑良好的情况下摩擦系数小（一般为0.1～0.2）的特点，故用小吨位的液压推进器就可以推动数百吨的变压器。推进系统液压原理：设备顶升到位后，安装滑移轨道和滑靴装置；电动泵上的换向阀可调节单向节流截止阀，使顶升油缸同步下降，将设备放置在滑靴装置上。用带快速接头的液压软管夹轨装置和推进油缸与电动泵站、控制阀的对应接口相连。启动泵站并操作控制阀，系统在顺序阀的控制下，夹轨装置先自动夹紧轨道，随着顶推油缸活塞杆的伸出，滑靴装置及被平移设备向前推进一个行程（可以通过分流节流阀来调节两个顶推油缸的速度同步）。反向操作控制阀，夹轨装置先自动松开轨道，然后顶推油缸活塞杆的回缩，夹轨装置向前跟进一个行程。往复操作，就可以实现重物的步进平移。顶推平移到位后，再使用顶升油缸将设备举升，拆除顶推油缸、夹轨装置，最后同步回缩顶升油缸，将设备放置就位。

4.3传感器检测变压器角度实现原理。在变压器正面和侧面分别装设一把1m钢板尺，在钢板尺末端并排固定三个传感器，设钢板尺长度为y， 两传感器之间距离为x，则变压器偏斜角度α：

设定α=5°，因钢板尺长度为1m，则两传感器之间距离为8.8cm.为确保α<5°使两传感器之间距离设定为8cm。

4.4PLC控制原理。顶升时当PLC接受到某偏移传感器发出的偏移信号后，立即停止对侧顶升机构电磁阀；当PLC接受到某复位传感器发出的信号后，为防止电磁阀频繁动作，接受到复位信号后延时5秒再启动停止的顶升机构；如果PLC同时接受到两个偏移传感器发出的偏移信号时，PLC经逻辑判断后发出操作指令。推进时当PLC接受到任何偏移传感器发出的偏移信号后，立即停止推进，进行调整后继续推进，直至完成。PLC控制逻辑为：设正面传感器编号为A、B、C（左、中、右），侧面传感器编号为D、E、F（前、中、后）。设四个顶升机构对应电磁阀分别以LF（左前）、RF（右前）、LB（左后）、RB（右后）表示。

5、实际应用研究及要点分析

5.1变压器顶升。根据变压器安装方向调整运输车辆，使变压器的纵向中心线与主变基础的纵向中心线重合。在变压器正面和侧面分别固定传感器并与PLC之间用电缆连接。通过加道木的方式调整钢垫板上表面与运输车高度一致。布置液压千斤顶，连接PLC与电磁阀之间电缆，使用PLC辅助控制系统将变压器顶起，高度满足轨道铺设。

5.2轨道敷设。在两列钢垫板上画好中心线，分别铺设双钢轨，钢轨间距200mm。将主变降落到钢轨上，主变和钢轨之间安装4个专用滑靴。滑靴下表面必须打磨光滑，并涂抹润滑脂进行润滑。

5.3变压器推进。将两台50t液压推进器分别与两侧滑靴通过销子连接，并操作液压夹轨器锁紧钢轨。同步操作两个推进器，缓慢推动变压器向前滑动。推进过程中，PLC检测变压器偏移情况，如发生偏移及时进行调节。

5.4变压器就位。变压器推进至指定位置后，在PLC辅助控制下将变压器顶起，将钢轨拆除，使变压器平稳落在基础上，依据设计对变压器坐标进行细微调整。

6、可行性分析及效益分析

6.1可行性分析。综上变压器的推进就位，采用了机械、电子技术、传感技术相结合的机电一体化控制技术。降低了外部因素在变压器就位移动时的影响，避免内部构件在移动过程中移位变形，即提高了安全系数，又保证了安装质量。且本技術不需大面积施工场地，不影响此区域其它工程施工。与常规方法相比，不需要大型机械，施工周期短，成本低，经济效益高。

6.2效益分析。6.2.1利用PLC辅助液压推进器进行大型变压器卸车和就位，可以节省大型起重机械使用费用，且一套液压推进器可以重复多次使用，具有很好的经济性。施工过程得以有效控制，对变压器卸车就位的倾斜角度控制与冲击值控制大大加强，提高了施工质量，并具有极大的安全效益。6.2.2利用PLC辅助液压推进器进行大型变压器卸车和就位，能源消耗方面仅使用电能，相对节能环保，不造成环境污染，具有良好的环保效益。

7、结语

作为现场传统施工项目与PLC技术相结合的应用实例，大型变压器PLC辅助控制平稳卸车就位施工技术必将成为一种新的施工模式，推动其他传统施工项目与PLC技术相结合，为生产技术的革新及质量的提升做出积极的贡献，具有极大的社会效益。

（作者单位：山东电力建设第一工程公司）