浅谈750m3/h挖泥船主拖动系统改造
作者： 朱恩德 郝格超
| （葛洲坝集团五公司港口航道工程处 066000） 摘 要：葛洲坝集团五公司有两艘大型施工船舶750 m3/h挖泥船，由于长期在艰苦环境中施工作业，加之船龄老化，针对电气系统的具体情况，我们在今年对两条船的主拖动系统作了重大改造。 关键词：750 m3/h挖泥船 ；主拖动系统 ；改造。 两条750船的电气系统是葛洲坝当年最大的也是最先进的大型水下施工设备，控制系统庞大及复杂。其主拖动系统为F-D调速系统，可控硅对发电机激磁控制，主发电额定功率为750KW、推进电动机额定功率为700 KW、斗链电动机额定功率为500 KW。推进系统为恒转矩调速，斗链系统为恒转矩及恒功率调速。 逻辑控制为继电器、接触器控制，可控硅为分离元件控制，两系统可进行转换运行。特别是752船的主控制柜内接触器、继电器及D6、D7柜内的电器生锈霉变，柜内的抽屉式控制器件几乎全部损坏；控制柜内逻辑单元、信号单元、触发单元损坏。我们作过一次改造，但在运行中不稳定，在电动机停车时，由于发电机剩磁产生的电压导致F-D系统中产生很大电流，曾经造成过斗链电动机烧毁的事故。根据电气系统的实际状况，为保障施工船舶立足于沿海港口，我们对751及752船主电气系统进行了重大技术改造。 一、在双闭环调速系统中，逻辑控制、直流调速、主线路电流监测及电动机停止运行的剩磁电流监测和消除、信号及报警控制均采用西门子生产的PLC，采用CPU226和扩展模块NE235来实现。 二、调速系统实现模块化。发电机激磁控制采用双闭环直流调速模块，电动机激磁为恒流模块，在斗链系统运行时附加自动平滑弱磁控制。主回路电流监测用电流变送器将模拟信号转换为数字信号。综合其特点具有： （１）技术先进，性能优越。①采用进口方芯片，高级芯片支撑板及高级热绝缘材料。②国外专用IC，大大提高智能化控制能力。③热循环负载次数超过国家标准近10倍，使用寿命长。④可控硅控制电路置于模块内部，简化了外围器件，增强可靠性，便于更换。⑤移相控制系统，主电路、导热基板相互隔离，介电强度≥2500VAC。⑥三相模块主电路交流输入无相序要求。（２）质量可靠，应用安全方便。① 0～10V 直流信号，可对主电路输出电压进行平滑调节。②给定积分环节可实现直流电机软起动，并且积分时间可调。③电机起动电流可调节。④模块具有过流、过热和缺相三种保护。（3）环境适应温度摄氏-25℃～+45℃。 （4）工作场所要求干燥、通风、无尘、无腐蚀性气体。完全满足我船的工作条件。 三、我们在设计中，采用智能化控制，对发电机进行剩磁电流的检测及消除，防止在电动机停止运行时，在F-D主回路中产生的剩磁电流烧毁电机的恶性事故。检测装置能自动控制这一过程，直至发电机剩磁为零。由于速度环和电流环对系统的性能起决定作用，设计中考虑到其响应速度，将采样、滤波、PI、PID调节各环节总时间控制在5ms以内。电流环数据处理周期限制在1.5ms以内。采样周期限制在1.5~3.5ms以内，速度环采样周期限制在20ms以内。 四、系统软件及作用。（1）对751、752船主系统运行安全保证所必备条件由可编程序控制器（以下简称PLC）完成全部逻辑监测和控制。采用PLC后大大简化了外部控制线路，取消了大量的继电器。其运行时的可靠性能大大提高，一次编程后，对电气的维护、修理带来极大的方便。全部程序均为我们自行设计。（2）PLC首先对所有外部条件进行程序处理，只有外部条件允许时PLC才有相应的输出。这些条件包括：交、直流电源电压；控制电源；运行方式；电动机激磁绕组电流；电机转速、电流、温度；发电机电压；零位保护；冷却系统；绝缘监测等。（3）两台大型电动机均为它激式直流电动机。当它激式直流电动机磁场失磁时，整个系统将紧急停机，发电机输出电压为零。事故处理完毕后，由人工解除封锁。（4）通过PLC的控制，在斗链运行时，当电动机转速在≤250转/分时，系统做恒转矩调速。当操作继续加速时，速度≥250~450转/分时，系统将自动转为恒功率调速状态。其弱磁过程将是平滑进行的。控制中，还增设了防“过速”的功能。在斗链停产进行系统检修时，在使用反转的控制中，增加了“慢速”功能。在任意的给定速度，具有良好的机械“硬度”。（5）该调速系统的特点是速度调节器由PLC及直流调速模块共同完成。速度环信号取自主回路电压，电流环信号取自住回路电流，PLC实施时实控制，设置了独立控制的电动机激磁模块。它本身含有一个激磁电流调节器、触发脉冲电路和激磁晶闸管。满足电动机的恒转矩或恒功率调速。（6）双系统转换。任何电气系统都不能做到无故障。在直流调速系统发生故障时，将造成影响施工。由于系统采用模块化，运行中的电气系统发生故障时（可控硅控制失控、非电机故障），在停车后，可方便的通过选择开关的切换，立即将备用控制系统投入运行。 五、主要元器件的选用。发电机激磁采用引进技术双闭环直流调速模块；电动机激磁空闲采用引进技术恒流模块；PLC选用西门子产品；出口扩展继电器选用欧姆龙产品；主控制接触器及继电器选用施耐德产品。 六、经济效益。经752船改造后运行以来，运行良好，全部性能达到我们的设计要求，保证了船舶的正常施工。技术达现在国内工程船舶F-D调速系统的先进水平。由于经费的限制，对系统的升级留有大量的余地，对驾驶台的控制和仪表能升级到进行通讯控制及电视化显示，完全取代目前保留的驾驶台操作及指针式仪表。在操作上可实现在斗链生产时的自动控制。 我们对两条船的电气改造投入经费为13万多元，主要用于硬件的采购、电器制作等。相比之下，国内某航道局同样的两条750 m3/h挖泥船在对该电气系统改造的投入为64万元，且技术落后于我们，我们直接节省经费为51万元。 |