卸船机电气系统.docx

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卸船机电气系统

2000t/h卸船机控制系统和CMS

1.2000t/h卸船机控制系统

1.电气系统设计概况

本手册适用于印尼泗水TELUKMONG码2000T/H卸船机电气系统的系统组成及功能描述。

1.1使用环境条件

根据《IEC国际电工委员会标准》、《FEM欧洲搬运工程协会》、《JB/T4315起重机电控设备》《GB3811起重机设计规范》、《GB6067起重机械设计安全规程》、《JB4326-86湿热带型装有电子器件的电控设备》及《JB4374-86湿热带型低压电器电控设备》，确定系统设备的使用环境条件及要求。

而且完全满足以下要求：

温度:

-10゜C--＋45゜C

相对湿度:

95%（25゜C）

海拔高度:

<1000m

密封:

设备应防虫害,防止自然尘埃对设备的可靠性的侵害

防霉:

使用抑制霉菌生长的材料

冲击:

设备、组件应能经受得住正常生产过程中产生的冲击，以及运输、装卸过程中的冲击。

振动:

设备满足长途运输的要求,以及在使用中产生的振动的作用

1.2供电电源及机上电源

1.高压配电系统

地面供电为6600V（±10％）50Hz（±1％）中压，三相交流电源，采用电缆卷筒上机供电方式，为主要传动机构及辅助机构、控制、照明等提供电源。

2.低压配电系统

主拖动系统供电电压：

三相三线400VAC，50Hz。

控制电源：

隔离的220VAC，50Hz及24VDC

辅助设备供电电压：

隔离的三相四线380VAC，50Hz

照明、加热器电源：

隔离的220VAC,50HZ,零线允许配电。

维修电源：

交流380/220V，三相，50Hz

备用低压电源：

交流380/220V，三相，50Hz

*主回路电源、控制电源、照明电源等需要维修时必须切断主变压器、辅助变压器电源，注意人身安全。

Ø系统概述

Ø卸料机电气控制系统由国际著名电气制造厂商的产品组成，交流调速器采用ABB公司ACS800系列产品；PLC采用西门子公司S7-300系列产品；主要机构电动机采用ABB电机；低压配电元器件及附件如：

断路器、接触器、继电器等均采用Schneider公司产品；主令控制器采用Schneider公司产品限位；限位开关等均采用德国施迈赛公司产品；触摸屏采用日本GP-4000产品；触摸屏与PLC之间通过MB+通讯，构成监控管理系统，能全面实时监控系统工作状态，并提供完善的故障信息，方便运行及维护。

Ø系统具有手动与半自动控制的功能，能实现系统半自动循环堆料、取料等控制功能，可有效地提高生产效率，确保整机运行平稳，震动冲击小，有效减少交变载荷对机械的冲击，减少机械疲劳强度，提高寿命。

Ø在司机室、电气房、登机口配置电话系统，方便机上工作人员的联系。

1.3电气室控制柜

序号

名称

主要元器件

数量（套）

备注

1.

配电保护柜

控制电源断路器控制变压器

1

2.

整流柜

ACS-404-2100-3整流模块，重载1392KW/

1

可回馈电网

3.

1#起升控制柜

ACS-104-0770-3逆变模块，重载450kw

1

也控制大车

4.

2#起升控制柜

ACS-104-0770-3逆变模块，重载450kw

1

也控制大车

5.

1#抓斗控制柜

ACS-104-0770-3逆变模块，重载450kw

1

6.

2#抓斗控制柜

ACS-104-0770-3逆变模块，重载450kw

1

7.

小车/俯仰控制柜

ACS-104-0510-3逆变模块，重载450kw

1

8.

PLC控制柜

1

9.

CMS控制柜

1

10.

综合控制柜

1

11.

照明维修柜

1

控制柜柜体尺寸统一高度2500mm，深度650mm，单体宽度800~1200mm，表面静电喷塑，颜色RAL7035，框架式安装结构。

1.4中压电器

序号

名称

主要元器件

数量（套）

备注

12.

主中压开关柜

UniGear5501250A

1

13.

副中压开关柜

UniGear5501250A

1

14.

中压分线柜

10KV接线柱6个

1

15.

主降压变压器

SCB9-1600，6.6/0.4

1

16.

副降压变压器

SCB9-250，6.6/0.4

1

1.5操作站

1.5.1司机室联动台

Ø2个主令控制器分别控制大车/起升/开闭、小车/俯仰

Ø整机操作用的按钮、选择开关、指示灯、急停按钮等

Ø触摸屏，显示故障信息

1.5.2大车就地操作站

Ø大车及夹轨器就地操作用的按钮、选择开关、指示灯、急停按钮等

1.5.3前臂架就地操作站

Ø前臂架就地操作用的按钮、选择开关、指示灯、急停按钮等

1.5.4大车就地操作站

Ø大车就地操作用的按钮、选择开关、指示灯、急停按钮等

1.5.5料斗就地操作站

Ø料斗就地操作用的按钮、选择开关、指示灯、急停按钮等

1.6传动系统

起升、开闭、小车、大车、前臂架俯仰和司机室移动都采用通过ABB逆变器调速，各传动系统中的发电机状态电能直接通过直流母线回馈电网，不用制动单元和制动电阻，功率因数在0.85以上。

1.7变频调速系统

1.7.1变频器的基本构成

变频器分为交—交和交—直—交两种形式。

交—交变频器可将工频交流直接变换成频率、电压均可控制的交流，又称直接式变频器。

而交—直—交变频器则是先把工频交流通过整流器变成直流，然后再把直流变换成频率、电压均可控制的交流，又称间接式变频器。

我们主要研究交—直—交变频器，以下简称变频器。

变频器的基本构成如图1所示，由主回路（包括整流器、中间直流环节、逆变器）和控制回路组成，分述如下：

网侧交流器I中间直流环节III负载变流器II

～3φ

O整流器逆变器

ACDC

控控

制制

指指

令控制电路令

运行指令

图1变频器的基本构成

（1）整流器电网侧的交流器I是整流器，它的作用是把三相（也可以是单相）交流整流成直流，本机的整流模块采用ABB的ACS800-404-2100-3,重载出力1392KW/2681A,,在环境温度40℃的情况下，每5分钟可有1分钟的150%过载；该整流器采用可控硅控制，系统的发电机状态能量可以回馈电网，不用制动单元和制动电阻。

（2）逆变器负载侧的变流器II为逆变器。

是利用IGBT大功率半导体主开关器件组成的三相桥式逆变电路。

有规律地控制逆变器中主开关的通与断，可以得到任意频率的三相交流输出。

本机的4个逆变器采用ABB的ACS-104-0770-3，重载出力450KW/831A，同时控制起升开闭系统的4个315KW的ABB电动机，其中起升机构的2个逆变器也可控制海侧和陆侧的大车电动机群；本机的1个逆变器采用ABB的ACS-104-0510-3，重载出力315KW/554A，分别时控制小车运行的250KW的和前臂架俯仰系统的1个110KW的ABB电动机；

（3）中间直流环节由于逆变器的负载为异步电动机，属于感性负载。

无论电动机处于电动或发电制动状态，其功能因数总不会为1。

因此，在中间直流环节和电动机之间总会有无功功率的交换。

这种无功能量要靠中间直流环节的储能元件（电容器或电抗器）来缓冲。

所以又常称中间直流环节为中间直流储能环节。

（4）控制电路控制电路常由运算电路、检测电路、控制信号的输入、输出电路和驱动电路等构成。

其主要任务是完成对逆变器的开关控制、对整流器的电压控制以及完成各种保护功能等。

控制方法通过PLC程序采用数字控制。

1.7.22000t/h卸船机变频调速中电动机的几种调速方式

通常情况下，电动机拖动系统有恒磁通调速方式、恒功率调速方式、恒电电流调速方式三种。

其力矩曲线见图2。

f

150HZ

100HZ

恒功率调速（抓斗空斗超速快速下降，小车空载超速快速运行）

50HZ

恒转矩调速（抓斗满斗额速上升，小车重载额速运行）

Me

M

图2电动机恒功率调速、恒磁通调速、恒电流调速力矩曲线

1.7.3，2000t/h卸船机控制方式

本卸船机采用DTS矢量控制技术,在控制量值的同时也控制其相位。

使用坐标变换的方法，实现定子电流的磁场分量和转矩分量的解耦控制，可以使交流电动机象直流电动机一样具有良好的调速性能。

具有优良的调速性能和机械特性。

2.2000t/h卸船机管理系统

2.1.监控管理系统的组成

2.1.1监控管理系统硬件

提供用于CMS的软件和相应的硬件，提供用于门机监控的所有显示画面，并将组态后的软件提交给买方，组态软件具有良好的透明性和兼容性，提供良好的软硬件接口和配合，满足买方为实现整体控制方案而要求对其所提供的软件的修改，直至在中央控制系统监控操作员站上实现对2000t/h卸船机的监控功能。

2000t/h卸船机监控管理系统（CMS）采用适合于工业环境的硬件和成熟的软件实现数据采集、分析、存储、交换、显示和故障诊断等监控、管理功能。

系统应具有友好的人机交互界面，良好的可操作性、可维护性和稳定性。

硬件是由监控计算机与PLC通信接口件、远程地面控制中心接口件组成。

软件系统采用中文界面软件，工业控制面板计算机选用DELL名牌产品，相关配置须经买方认可，其它未明确部分由卖方在投标书中提供。

2.1.2主要硬件构成见下表：

序

名称

型号规格

数量

价格（元）

附注

12

CMS系统柜

600*600*2200,IP23

1

1）

供电指示灯

1

2）

电源模块

PS307

2

西门子

3）

CPU模块

315-2DP

1

西门子

4）

接口模块

343-1

2

西门子

5）

总线模块

342-5

2

西门子

6）

接口模块

IM360

2

西门子

7）

接口模块

IM361

2

西门子

8）

输入模块

SM321

12

西门子

9）

输出模块

SM322

5

西门子

10）

交换机

10/100M自适应

1

TP-link

序

名称

型号规格

数量

价格（元）

附注

13

工控机

CPU:

P4\2.4G\120G硬盘\1000M内存\80G移动硬盘

1

立柜形式，供专用便携式编程器，中文支持正版软件，免费提供最新版的系统软件、应用软件、组态软件，将来可免费升级，

14

UPS

30分钟

1

15

激光打印机

1200dpi

1

16

彩色显示器

21”,工业用

1

17

笔记本电脑

CPU:

P4\2.4G\500G硬盘\1000M内存\

1

18

正版PLC编程软件

1

19

正版CMS软件

1

20

原装编程电缆、通讯线

1组

2.1.32000t/h卸船机状态及测量参数实时、相关累计值显示：

（1）供电系统状态及测量参数实时、相关累计值图形显示

（2）调速装置状态、测量参数实时、相关累计值图形显示

（3）各机构状态、位置检测状态、相关累计值图形显示

（4）PLC通信网络状态、主机运行状态、相关累计值图形显示

（5）本机及地面工艺设备运行状态、相关累计值图形显示

（6）消防系统实时状态及测量参数显示

（7）其他装置的状态及测量参数实时、相关累计值图形显示

2.1.4故障显示及报警

（1）故障显示、报警

故障显示应能显示主要故障点，并自动显示故障出现时间和故障排除时间，并可传入地面控制中心统计管理。

具体内容及形式基本设计审查时由买卖双方确认。

a、供电系统故障显示及报警

b、逆变装置故障显示及报警

c、起升机构故障显示及报警

d、开闭机构故障显示及报警

e、PLC通信网络故障显示及报警

f、大车行走故障显示及报警

g、前臂架俯仰机构故障显示及报警

h、小车机构故障显示及报警

i、电缆卷取装置故障显示及报警

j、主令控制器故障显示及报警

k、地面其他设备与2000t/h卸船机联锁设备故障显示及报警

l、消防系统动作及故障显示及报警

（2）主要故障历史记录

系统至少能存储10，000个故障信息。

凡是能造成整机停止和本机构停止故障，均应具有完备历史记录。

凡是消防系统动作及故障，均应具有完备历史记录。

（3）故障帮助系统

凡是能造成整机停止和本机构停止故障，均应具有故障帮助功能。

2.1.5备件信息管理

备件管理应便于买方查询备品、备件的型号、规格、技术参数、供货商名称、生产厂家通讯地址等信息。

2.1.6计量信息管理

（1）电量计量管理

电能及相关参数显示采用图形动化实时和累计值显示，电能计量主要包括无功、有功、功率因数计量。

a、各机构电能计量

b、备用电源电能计量

（2）作业计量管理

整机、各机构累计工作时间、每个司机累计工作时间管理系统，时间精确到“分”。

2.1.7技术资料信息管理

（1）电气原理图（含消防电气）

（2）电气安装接线图

（3）电气装置接口线路图

（4）PLC程序

（5）结构及机构原理图

2.1.8生产管理信息系统

（1）司机有关信息传输、指令请求及对地面控制中心反馈信息管理

（2）地面控制中心传入物料信息管理

（3）地面控制中心传入的指令信息管理

（4）整机、各机构累计运行时间、故障累计时间、故障累计次数、停机累计时间信息传输，时间精确到“分”。

（5）消防系统动作及故障信息传输

（6）并分别进行查询、统计、报表打印。

2.1.9其它必要的信息：

该系统应允许用户现场补充功能屏幕；

该系统可通过通讯口对PLC的程序、数据进行修改、调试和实时监控。

在电控保用期内整个系统保留软件版本无偿升级的权利。

2.1.10编程功能

1）PLC在线和离线编程功能

2）CMS的维护和二次开发功能

CMS基本具备以上的具体功能。

2.2CMS功能介绍

　　2000t/h卸船机为了方便用户对设备的使用、维修和管理，提供了完善的卸船机管理系统（CMS）和故障报警显示器。

CMS的硬件就是一台上位计算机，通过标准的RS-232或RS-485串行口与PLC进行数据通信；其软件平台为RockwellSoftware公司的RSView32人机界面软件，该软件广泛运用于自动化领域，性能优越，功能强大，可与西门子公司S7-300PLC进行通信及数据传递，所有文字均可用中英文显示。

CMS具有动画仿真、警报监视、参数监控、作业统计及打印等多种功能。

　2000t/h卸船机的CMS是专门为卸船机开发的专业性软件系统，拥有独立的知识开发产权，并可扩展到其他各类起重机上应用。

　　2000t/h卸船机机的主要作业机构为起升、开闭、小车、和大车运行机构，而起升、开闭和小车构成的立体作业运行过程为CMS提供了一个很好的二维动态显示画面。

该CMS可以动态模拟卸船机的作业状况，包括起升、开闭、小车机构运行的动画模拟，其中起升、开闭和小车的移动位置和速度完全是根据PLC所提供的计算位置和速度而得到的，并伴有数值显示。

　　整台2000t/h卸船机在运行过程中可能发生的100多条或更多的故障，都可由CMS进行监视、存储及打印。

当某一故障发生时，在监视画面上会即时显示出该故障的描述，发生的时间、日期，同时字体的背景颜色会以红、绿两色交替闪烁，并且有报警声发出；按下“警报监视”按钮，切换到警报监视画面，在这里可以监视到当前发生的所有故障，以及发生的时间、日期，若故障已排除，画面会显示该故障已排除及排除的时间、日期；在某一故障报警时，按下识别按钮，即弹出一个窗口，显示出该故障的具体内容及解决方法；进入警报记录查看器，即可查看到历史上所发生的故障、警报的内容和时间、日期，以及何时被确认、排除的记录，该记录可根据需要设置成一周更新一次。

　　作为2000t/h卸船机的调试或维护工程师，都希望能在运行过程中，对各机构的转速、电流、力矩等参数进行实时状态监视。

而CMS具有这种以曲线形式反映在坐标轴上的示波器功能，坐标轴的横坐标为时间，纵坐标为参数值，曲线可以根据参数类型进行放大、缩小，其扫描速度可以加快、减慢或停止，并可锁定。

同时根据计算设计，可设定额定参数限制界限，当实际参数曲线超过所设置的额定参数限制线时，超过的部分将以阴影显示。

此外，各个机构的速度设定、转速、电流、力矩等参数曲线可以任意单独切换或同时选择。

　　卸船作业的统计管理用户单位需要记录、考核的指标，CMS对卸船机当月每日及当年每月的装卸作业量进行自动统计，系统自动计算出当年的谷物卸料量并显示。

同时，PLC可将谷物卸料的总重量分别按日、月、年进行累加并显示。

　　CMS还将2000t/h卸船机上的需更换的部分，如制动片、滑轮、钢丝绳等，以及齿轮箱、轴承的润滑部分等，根据机构的工作时间，计算出需更换、维护的报告表，并进行存档管理。

　　CMS所有的各类故障表、逆变器参数表、曲线图、谷物卸量统计表等均可通过打印机打印出来。

2000t/h卸船机的管理系统是一个先进、可靠的智能化系统，南通润邦重机有限公司的技术人员坚持走创新开拓的道路，借助于国外电气公司的先进设备和技术，开发出适用于各类用户要求的产品，为国际港机行业的发展作出我们应有的贡献。

编制人设计三室赵国庆2013.07.04