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卸船机电气系统

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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。
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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
Uni Gear 550 1250A
1

13.
副中压开关柜
Uni Gear 550 1250A
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
Ø 2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

AC DC
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。
1.7.2 2000t/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
IM 360
2

西门子
7)
接口模块
IM 361
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

2.1.3 2000t/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。

2.2 CMS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Rockwell Software公司的RS View32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S7-300 PLC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