周红雨, 杨忠满

(1.江西省九江职业技术学院,江西 九江 332000;2.中国人民武装警察部队 水电第十一支队,四川 成都 610036)

MQ900门机是西藏直孔电站主要的大型施工设备之一,其起升、回转、变幅等主要工作机构采用数字式直流调速装置,具有无级变速和恒定加(减)速度的功能,能使各机构运行平稳,减少动载。整机由 PLC(可编程控制器)进行控制,从而使操纵、控制、指示、保护系统更加准确和可靠。

1 PLC的应用

MQ900门机采用两套 PLC系统,分别安装在司机室和电气室,由 U-01KI/KF通讯模块实施通讯并成为整机的 PC控制系统。该 PLC全部采用日本光洋公司生产的 SU-6-C型 PLC模块,对整机的操纵、控制、指示和保护进行统一控制,从而提高了其运行的准确性和可靠性。

司机室的 PLC由 SU-6-C电源模块、U-01EWC扩展电源模块、U-01KI/KF和 U-01DM通讯模块、U-05N输入模块、U-15T和 U-05T输出模块组成,主要功用是采集各种指令、设置、工况等信号并进行加工处理后输送到电气室的 PLC。

电气室的 PLC由 SU-6-C电源模块、U-01EWC扩展电源模块、U-01KI/KF和 U-01DM通讯模块、U-05N输入模块、U-15T和 U-05T输出模块、U-01Z高速计数器模块、U-01AD模拟量输入模块、U-4DAC-1模拟量输出模块等组成,主要是对输入设备送来的控制、检测信号进行计算处理,并将计算结果转换为控制信号经输出设备控制机械设备的运行。

全机的 PLC具有很高的工作可靠性和抗干扰能力,还具有扩充方便、组合灵活的特点,从而使设备体积小巧、维护方便、插件更换灵活。全机的 PLC布局情况见图 1。

图1 PLC布局示意图

2 PLC模块的维护

2.1 CPU模块

CPU模块有 1个方式切换开关,其 RUN、TERM、STOP三种切换位置分别表示为 CPU运行状态、编程器安装时的状态和运行停止状态。送电后,还有 6个 LED显示灯进行监视,PWR灯在2次侧逻辑电路电压接通(ON)时亮,RUN灯在CPU运行状态时亮,CPU灯在监控定时器发生异常时亮,BATT灯在 CPU中的存储器备用电池或存储器盒内的电池电压低时亮,I/O灯在 I/O模块及 I/O总线等模块的联系发生异常时亮,COMM灯在上位通讯、PC通讯、通用端口的通讯以及编程器的通讯发生异常时亮。CPU运行流程见图 2。

图2 CPU运行流程简图

2.2 扩展电源模块

扩展电源模块投入后,PWR灯亮(ON),向各基架提供 5V电源。

2.3 I/O模块

I/O模块配置有自诊断功能,由 3个 LED显示灯进行监视,TB灯亮时表示接线板脱落,CPU在任何方式时均可检测接线板脱落;FU灯亮时表示输出模块的保险丝熔断;24V灯亮时表示外部24V电源电压低。

2.4 PLC电源

PLC选用直流型,主要目的是为了减少干扰。司机室 PLC的控制电源配置了二回直流稳压电源,分别为 ±24V和 ±5V,分别提供给光电编码器、I/O模块和故障显示;电气室 PLC的控制电源配置了三回直流稳压电源,为 ±24V、±24V和±5V,分别提供给光电编码器、速度给定、I/O模块、电流、速度模数转换以及故障显示。

2.5 PLC运行时动作不正常

(1)检查电源电压是否正常,或有强的干扰噪声。

(2)机械的老化、损耗造成外围元件(限位开关、继电器、电磁开关等)接触不良。

(3)控制回路出现意外情况。

(4)噪声或误操作造成程序的改变。

3 直流调速器的原理及应用

该门机起升、变幅、回转机构的控制调速系统全部采用 SIEMENS公司生产的 6RA22系列全数字可控硅直流调速装置,其基本原理为逻辑无环流可逆系统及非独立励磁控制系统。采用数字化技术,使各个放大器参数及性能均由数字设定,使用方便,运行稳定。其控制原理见图 3。

图3 直流调速器控制原理简图

3.1 起升机构

起升机构的直流调速器为 6RA22-91型,其主回路和控制回路额定输入电压为 3AC-380V(+20%/-15%),励磁回路额定输入电压为2AC-380V(+20%/-15%),主回路额定输出电压为 400V,主回路额定输出电流为 1200A,功率为 480kW,励磁回路额定输出电压为 310V,励磁回路额定输出电流为 25A。采用两套直流调速器分别驱动两台 166kW的直流电动机,每台电机驱动卷筒机械互不关联,由 PLC提供两个可调模拟量信号,在联动工作状态下分别控制两套装置同步运行,在 1#、2#单机工作状态下也可以单机运行。

3.2 变幅机构

变幅机构的直流调速器为 6RA22-77型,其主回路和控制回路额定输入电压为 3AC-380V(+20%/-15%),励磁回路额定输入电压为2AC-380V(+20%/-15%),主回路额定输出电压为 400V,主回路额定输出电流为 250A,功率为 100kW,励磁回路额定输出电压为310V,励磁回路额定输出电流为 15A。该直流调速器驱动一台 33kW的直流电动机,由 PLC提供一个可调模拟量信号控制该装置驱动电动机匀速运行。

3.3 回转机构

回转机构的直流调速器为 6RA22-85型,其主回路和控制回路额定输入电压为 3AC-380V(+20%/-15%),励磁回路额定输入电压为2AC-380V(+20%/-15%),主回路额定输出电压为 400V,主回路额定输出电流为 600A,功率为 240kW,励磁回路额定输出电压为310V,励磁回路额定输出电流为 25A。该直流调速器驱动两台 50kW的直流电动机,由 PLC提供一个可调模拟量信号进行控制,每台电动机串一组电阻,使电动机特性曲线变软,将负荷均匀分配,驱动两台电动机同步运行。

4 直流调速器的调试及维护

6RA22系列全数字可控硅直流调速装置在控制主板上配置了 3个按键和一个三位七段数码管显示器,用按键对直流调速器的参数进行设定和修改,数码管显示器可显示参数号和参数值。主要参数由 P11～P99和 E、H、U、L等参数组成,P01～P10参数对速度、电枢电流、控制角、电枢电压、电源电压等实际显示数值进行监控。关键参数有 P51、P76、P87、P98、P99、E00、E77等。 P51参数控制所有参数的修改权,其参数值分别是 4、10、20、99,当参数值为 0时,其他参数值均无法修改。P76参数为励磁电流额定值的百分比设定值。P87参数为 33时,EEPROR监控参数存储器RAM有效,其他参数值才能进行存储。P98参数是额定电源电压的设定值。P99正常时,调速器装置结构和软件状态为四象限传动。E00参数为SIMOREG装置附加组件配置的设定值。E77是电枢电压的设定值。其他参数均可根据设备的实际配置进行修改和设定。

调速器发生故障时,由一个三位七段数码管显示器显示故障代码。故障代码由第一位的 F和一个两位的数字组成,如显示 F02故障时,表示电源电压及励磁电源的相序不一致。故障显示代码主要分为电源故障、与机械有关的故障、控制系统故障、内部故障信号、调试时的故障、功率部分故障等。电源故障代码有 7个:从 F02～F08;与机械有关的故障有 9个:从 F10～F19;控制系统故障有 1个:F21;内部故障信号有 6个:F22～F24、F26、F28、F34;调试时的故障有 8个:F30、F32、F35～F40;功率部分故障有 27个:F41～F49、F51～56、F61～F66、F71～F76。不同的故障代码表示不同的故障含义,根据故障含义对相应的故障部位进行检查处理,使维护工作简单明了,加快了检查故障的效率和处理速度,使门机的使用率大大提高。

5 结 论

西藏直孔水电站共有两台 MQ900门机,整体运行状况良好。但是,近年来,由于使用年限的增加,部分电气元件已经老化,故障也逐渐增多,为解决这一问题,我单位决定对其进行改造,将原直流调速器改为由 ABB公司生产的直流调速器装置,对 PLC系统和其他相应的部件也进行了改造,使该门机在水电工程的建设中发挥了重要的作用,同时也充分显示了可编程控制器和电子控制技术在施工设备中的应用和其广阔的发展前景。