一种矢量闭环速度控制快速下降卷扬式启闭机系统及其控制方法技术方案

一种矢量闭环速度控制快速下降卷扬式启闭机系统及其控制方法。涉及启闭机技术领域，尤其涉及一种快速下降卷扬式启闭机的控制系统及其控制方法。提供一种失电时，能够适时响应，及时介入闸门下降速度控制进程的矢量闭环速度控制快速下降卷扬式启闭机系统及其控制方法。一种矢量闭环速度控制快速下降卷扬式启闭机系统，包括驱动电机和闸门，所述闸门横向设置在水道上，所述控制器内设有控制电路，所述控制电路采集所述三相交流电源的供电状态，所述控制电路还连接切换开关K2和速度传感器。本发明专利技术全面采用电磁摩擦，没有实物之间的摩擦，也就没有磨损和噪音，没有易损件更换。只需在交流电源正常供电时，及时对蓄电池进行充电。

A Vector Closed Loop Speed Control Fast Down Hoist System and Its Control Method

【技术实现步骤摘要】
一种矢量闭环速度控制快速下降卷扬式启闭机系统及其控制方法
本专利技术涉及启闭机
，尤其涉及一种快速下降卷扬式启闭机的控制系统及其控制方法。
技术介绍
快速下降卷扬式启闭机是我国泵站事故闸门经常使用的一种启闭机，主要用途是在出现停电等事故时，闸门需要快速关闭，来保护水泵机组的安全。原理比较简单，在启闭机的高速端(电机轴)安装有离心飞轮装置，在速度达到一定值时，飞轮打开和摩擦片进行摩擦，从而保证一定的速度下降，直至闭门。传统装置的优点在于：飞轮装置优点在于结构简单，能够在断电的情况下实现快速下降；缺点是调整到平衡位置困难，需要在现场进行非常多次的调整，才能达到，而且使用一段时间之后，摩擦片出现磨损就需要重新进行调整；摩擦噪音大，经常是刺耳的啸叫，尤其是250KN以上的启闭机，快速下降时噪音非常大，远远超过规范要求；无法对速度进行控制，闭门时，以最快速度砸向底坎，因此规范才有不超过5m/min的要求；摩擦片摩擦量大，更换困难，因为转速达到2000rpm以上，摩擦片的磨损量大，使用一年就需要对摩擦片进行更换。
技术实现思路
本专利技术针对以上问题，提供一种失电时，能够适时响应，及时介入闸门下降速度控制进程的矢量闭环速度控制快速下降卷扬式启闭机系统及其控制方法。本专利技术的技术方案是：一种矢量闭环速度控制快速下降卷扬式启闭机系统，包括驱动电机和闸门，所述闸门横向设置在水道上，在所述水道两侧设约束所述闸门的升降导轨，在所述水道的底部具有底坎；所述驱动电机连接三相交流电源，还包括控制器、直流电源和速度传感器；所述控制器内设有控制电路，所述控制电路采集所述三相交流电源的供电状态，所述控制电路还连接切换开关K2和速度传感器。所述控制电路为PLC控制电路。在所述底坎上部还设有行程开关，所述行程开关连接所述控制电路。所述速度传感器为转速传感器，所述转速传感器连接在所述驱动电机的电机轴上，用于采集所述驱动电机转速。所述速度传感器为线速度传感器，所述线速度传感器设置在所述升降轨道上，用于采集所述闸门的下降运行速度。所述切换开关K2将直流电源的正负极连接在所述驱动电机三相线路的其中任意两相上。本专利技术的控制方法，按以下步骤进行控制：1)、初始化运行，设定并输入闸门在失电状态下，不同高度位置的上、下限速度值，作为比较参数；2)、系统由市电供电，闸门处于升起保持状态；3)、PLC控制电路不断刷新，检测市电供电状态，在供电状态正常时，维持升起、半升起或关闭工作状态；当处于升起或半升起工作状态、且市电供电失电时，闸门因自重下坠；同时，PLC控制电路指令切换开关K2向驱动电机通入直流电；4)、速度传感器不断向PLC控制电路反馈速度数据，在闸门下落过程中，根据所述反馈速度数据不断进行比较，在速度超过上限速度值时，增加直流电电流，在速度降低到下限值时，减小直流电电流；5)、当闸门运行至行程开关位置时，增加直流电电流值，使闸门轻触底坎、停止。所述步骤3)中通入直流电的电流值根据闸门行程预设。本专利技术摒弃了传统机械式离心飞轮装置对闸门进行失电下落的保护。采用了柔性直流缓速控制理念，系统包括直流电源(如蓄电池)、控制电路以及数据采集部件，系统全部采用直流电控制，能够在交流电突然断电的情况下，向驱动电机输入直流电，能够随时控制下降的速度，可以实现下降过程中，加速-匀速-慢速的全过程控制。开始的时候是加速，如达到5m/min(此速度可以跟据快速下降需要自行设定)的时候是匀速，接近底坎(如设置为20cm)时慢速。可以控制全行程的下降时间，满足保护泵组的规范要求时间2min之内，到底坎慢速也可以减少对底坎的冲击。在闸门入水，轨道摩擦等情况出现水阻力和摩擦力变化时，矢量系统可以增加或减少速度达到设定值，保护闸门能够最快的速度下降。系统全面采用电磁摩擦，没有实物之间的摩擦，也就没有磨损和噪音，没有易损件更换。只需在交流电源正常供电时，及时对蓄电池进行充电。附图说明图1是本专利技术系统的工作状况示意图一，图2是本专利技术系统的工作状况示意图二，图3是本专利技术系统电气原理图，图4是本专利技术控制流程图，图5是本专利技术系统的电气接线实施例示意图；图6是闸门底缘距底坎1m高度时通入直流电电流-时间曲线，图7是闸门底缘距底坎1m高度时闸门快速下降运行的速度-时间曲线；图8是闸门底缘距底坎2m高度时通入直流电电流-时间曲线，图9是闸门底缘距底坎2m高度时闸门快速下降运行的速度-时间曲线；图10是闸门底缘距底坎4m高度时通入直流电电流-时间曲线，图11是闸门底缘距底坎4m高度时闸门快速下降运行的速度-时间曲线；图中1是驱动电机，2是直流电源，3是闸门，4是升降导轨，5是水道，6是底坎。具体实施方式本专利技术的系统如图1-3所示，包括驱动电机1和闸门3，闸门3横向设置在水道5上，在水道5的两侧设约束闸门3的升降导轨4，保证闸门3仅仅只有一个高度升降方向的运动自由度，在水道5的底部具有底坎6；驱动电机1连接三相交流电源，还包括控制器、直流电源和速度传感器；控制器内设有控制电路，控制电路采集三相交流电源的供电状态，控制电路还连接切换开关K2和速度传感器。图5是本专利技术系统的电气接线实施例示意图，图中，(1)断路器QF1、接触器KM1和KM2、热继FR1的作用是：闸门电动上升、下降；(2)断路器QF2、调压器T、整流回路D1、接触器KM4的作用：快速下降过程中投入直流电源的回路。具体原理如下：当闸门快速下降到一定转速(通过编码器反馈)，调节调压器T的输出电压，经过整流D1整流成直流，供给主电动机M1,这里实际上是调节调压器T的输出电压来调节电动机内通入的直流电流大小(电流变送器测量直流电流值)。⑶断路器QF3、开关电源G1的作用是：给控制回路供24V电以及给PLC给24V电源。该控制电路还可以为PLC控制电路，如图3所示，图中虚线为控制信号传输线路。在底坎8上部还设有行程开关，行程开关连接PLC控制电路。采用的速度传感器可以采取以下两种实施方式：A、速度传感器为转速传感器，转速传感器连接在驱动电机的电机轴上，用于采集驱动电机转速。B、速度传感器为线速度传感器，线速度传感器设置在所述升降导轨上，用于采集闸门的下降运行速度。切换开关K2将直流电源2的正负极连接在驱动电机1三相线路的其中任意两相上。至于直流电源2，本案选用蓄电池组，如选用24v，20安时铅酸蓄电池组，增配充电器，在正常供电时，保证电能。本专利技术的控制方法，如图4所示，按以下步骤进行控制：1)、初始化运行，设定并输入闸门在失电状态下，不同高度位置的上、下限速度值，作为比较参数；2)、系统由市电供电，闸门处于升起保持状态；3)、PLC控制电路不断刷新，检测市电供电状态，在供电状态正常时，维持升起、半升起或关闭工作状态；当处于升起或半升起工作状态、且市电供电失电时，闸门因自重下坠；同时，PLC控制电路指令切换开关K2向驱动电机通入直流电；4)、速度传感器不断向PLC控制电路反馈速度数据，在闸门下落过程中，根据所述反馈速度数据不断进行比较，在速度超过上限速度值时，增加直流电电流，在速度降低到下限值时，减小直流电电流；5)、当闸门运行至行程开关位置时，增加直流电电流值，使闸门轻触底坎、停止。所述步骤3)中通入直流电的电流值根据闸门行程进行预设。可以通过计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种矢量闭环速度控制快速下降卷扬式启闭机系统，包括驱动电机和闸门，所述闸门横向设置在水道上，在所述水道两侧设约束所述闸门的升降导轨，在所述水道的底部具有底坎；所述驱动电机连接三相交流电源，其特征在于，还包括控制器、直流电源和速度传感器；所述控制器内设有控制电路，所述控制电路采集所述三相交流电源的供电状态，所述控制电路还连接切换开关K2和速度传感器。

【技术特征摘要】
1.一种矢量闭环速度控制快速下降卷扬式启闭机系统，包括驱动电机和闸门，所述闸门横向设置在水道上，在所述水道两侧设约束所述闸门的升降导轨，在所述水道的底部具有底坎；所述驱动电机连接三相交流电源，其特征在于，还包括控制器、直流电源和速度传感器；所述控制器内设有控制电路，所述控制电路采集所述三相交流电源的供电状态，所述控制电路还连接切换开关K2和速度传感器。2.根据权利要求1所述的一种矢量闭环速度控制快速下降卷扬式启闭机系统，其特征在于，所述控制电路为PLC控制电路。3.根据权利要求1所述的一种矢量闭环速度控制快速下降卷扬式启闭机系统，其特征在于，在所述底坎上部还设有行程开关，所述行程开关连接所述控制电路。4.根据权利要求1所述的一种矢量闭环速度控制快速下降卷扬式启闭机系统，其特征在于，所述速度传感器为转速传感器，所述转速传感器连接在所述驱动电机的电机轴上，用于采集所述驱动电机转速。5.根据权利要求1所述的一种矢量闭环速度控制快速下降卷扬式启闭机系统，其特征在于，所述速度传感器为线速度传感器，所述线速度传感器设置在所述升降导轨上，用于采集所述闸门的下降运行速度。6.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王波，戴健，钟卫华，刘杰，陈刚，王开谟，陈卫冲，李淮东，刘红伟，骆国强，韩俊，张啸，赵立华，朱桂娟，李娟，张军，江锦祥，林江，刘俊，张文翰，
申请(专利权)人：江苏省水利机械制造有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32