1　引言

　　世界第三大、中國第二大水電站—溪洛渡電站，位于四川省雷波縣和云南省永善縣境內的金沙江干流上。上接白鶴灘電站尾水，下與向家壩水庫相連。電站總投資503億元，裝機總容量1260萬千瓦，僅次于三峽電站。左右兩岸布置地下式廠房，各裝機9臺單機70萬千瓦機組，總裝機1260萬千瓦，初期保證出力339.5萬千瓦，多年平均發(fā)電量571.2～640億千瓦時。由中信重機公司制造的8000kn固定式啟閉機已安裝用于導流開截閘。啟閉機由2組卷筒組成，其直徑為2.786米，長度4.49米，左右分布24圈繩槽，雙向卷揚，螺距60mm，每個卷筒與閘門的一個吊點相連，閘門凈重800噸，正常截流閉閘時，在水的壓力下，提升重量可達1400噸，電機運行于50hz,閘門運行速度1米/分鐘，提升高度80米，提升能力高達1600噸。如此大型的啟閉機必須要求控制系統(tǒng)具有極高的可靠性和穩(wěn)定性，否則一旦發(fā)生事故，后果不堪設想。

2　啟閉機系統(tǒng)

　　啟閉機是用來開啟和關閉閘門的機械設備，也稱閘門操作設備。啟閉機除滿足一般起重機的設計要求外，工作安全可靠和操作靈活方便也十分重要。啟閉機的類型可分為固定式和移動式。主要參數(shù)包括啟閉力、閘門開啟或下降的牽引力或施加的壓力、開啟行程和開啟速度。選擇啟閉機時主要考慮以下因素:閘門形式、封口尺寸和運行條件、同型閘門孔口數(shù)量和閘門設置扇數(shù)，閘門起吊點的個數(shù)、啟閉力、啟閉行程和啟閉速度、啟閉動力狀況，設置地點，空間尺寸和其他操作要求等等。本項目選用的是固定式啟閉機。

　　啟閉機的主要配置:siemens觸摸屏和s7-315-2dp plc各1個、vacon變頻器4臺及制動電阻柜，110kw變頻電動機4臺，減速箱(減速比80:1) 4套，電動液壓抱閘4套，卷筒2組，吊點2個，高度計4個，荷重計2個，及其他主令控制器和信號指示等。

3　控制系統(tǒng)設計

　　控制系統(tǒng)要有極高的可靠性、穩(wěn)定性及嚴格的同步控制，其控制核心為plc、vacon變頻器、profibus dp和system bus。其中，plc采用的是siemens s7-315-2dp。vacon變頻器采用了先進的矢量控制算法和領先的模塊化設計，配合電機參數(shù)識別，動態(tài)補償負載波動，及時地快速響應和控制，具有很高的過載能力、穩(wěn)態(tài)精度和快速動態(tài)響應能力，可滿足要求很高的應用場合。同時還具有開放式的基于iec61131-3標準的編程軟件工具nc61131,利用它可以設計出滿足客戶特殊要求的應用程序和參數(shù)。vacon變頻器自帶的面板支持熱插拔，同時具有存儲多組參數(shù)的功能，便于機器間參數(shù)的復制和調試，支持眾多流行的現(xiàn)場總線，與其他控制器兼容性非常強。system bus總線為vacon開發(fā)的基于can的現(xiàn)場總線，傳輸介質為光纖，波特率高達12mbps，它可以實現(xiàn)64臺變頻器的主從同步控制。profibus是一種國際化、開放式、不依賴于生產商的現(xiàn)場總線標準，廣泛應用于工業(yè)自動化。profibus根據(jù)應用特點可分為profibus dp、profibus fms、profibus pa三個兼容版本。其中profibus dp是一種高速(速率9.6-12mbps)的經(jīng)濟設備網(wǎng)絡，主要用于現(xiàn)場控制器和分散式i/o之間的通訊，可滿足交流調速系統(tǒng)快速響應的時間要求。因此，由plc、變頻器、profibus dp和system bus組成的控制系統(tǒng)可以實時、可靠、快速、準確、高效滿足控制要求，為啟閉機提升提供了全新的解決方案。整個過程須保證閘門勻速，穩(wěn)定的上升或下降。閘門提升速度推導如下:已知三相異步電機轉速 可得卷筒轉速( g- 減速比)卷筒線速度閘門提升速度(動滑輪組力臂比)

　　啟閉機采用常規(guī)控制方式-本地操作。在柜門上裝有主令控制按鈕用于設備的起停操作，觸摸屏上有閘門高度顯示、載荷顯示、信號指示、電壓表、電流表、頻率速度表和轉矩顯示等。閘門運行方式可分為點動和聯(lián)動，點動用于高度微調和修正，聯(lián)動則用于正常工作。運行速度分為3檔，即低速、中速、高速;低速用于調試或點動微調，中速為正常運行速度，高速則用于無負載快速檢修。上升或下降時，由主令元件給出啟動及正反轉信號到plc, plc接到命令后通過profibus dp把控制字送給第一個卷筒的master變頻器，master變頻器為開環(huán)矢量速度控制,，master變頻器把控制信號傳給follow變頻器，follow變頻器為轉矩控制，并通過system bus與master變頻器同步，保持master和follow轉矩相等。同時，plc也會根據(jù)兩個吊點的高度差和荷重進行pid調節(jié)并計算出第二個卷筒master變頻器運行的參考速度，并通過profibus dp傳送過去，2#卷筒的follow變頻器也將近一步同步跟隨master，進而達到2個卷筒連個吊點在同一水平位置勻速上升或下降。

4　系統(tǒng)電氣保護設計

　　為了維持啟閉機負荷-閘門水平的上升或下降，防止閘門傾斜，在卷筒上裝有高度計和壓力傳感器用于檢測閘門的高度和荷重，當兩吊點高度差大于5mm或者荷重差大于50噸時，控制系統(tǒng)將報警，停止變頻器和電機。除此之外，變頻器還提供了pt100電機溫度報警等。

5　結束語

　　以vacon變頻器、plc、現(xiàn)場總線為控制核心的水電站啟閉機控制方案，可以實時控制，還具有啟閉力矩大，節(jié)能效果顯著，機械沖擊小，運行安全可靠，操作簡單等優(yōu)點，可滿足不同工況的應用場合，為重型啟閉機提供了一個可靠穩(wěn)定的解決方案。