電氣工程師評(píng)職論文電氣工程設(shè)計(jì)施工介紹

　　摘要：文章從電氣動(dòng)力及自動(dòng)化系統(tǒng)為主，照明等電氣工程為輔，結(jié)合第十六屆廣州亞運(yùn)會(huì)海心沙風(fēng)帆工程具體項(xiàng)目介紹，動(dòng)力及自動(dòng)控制系統(tǒng)工程、風(fēng)帆照明工程、橋架工程、航空障礙工程、避雷工程及接地工程設(shè)計(jì)施工進(jìn)行闡述。

　　關(guān)鍵詞：風(fēng)帆,變頻器,起降,PLC控制

　　一、工程概況：

　　第十六屆廣州亞運(yùn)會(huì)開幕式于2010年11月12日在廣州市海心沙島成功舉行，開幕式亮點(diǎn)在舞臺(tái)中央的四座風(fēng)帆八面帆屏。風(fēng)帆工程是一個(gè)跨學(xué)科跨行業(yè)的大型舞美創(chuàng)意工程，具有特殊的舞美效果和演出功能。工程主體為鋼柱架及圓鋼管空間桁架體系，分別由4個(gè)獨(dú)立空間桁架組成，每個(gè)空間桁架由4根鋼柱組成塔身，風(fēng)帆桅桿總高度88m，地下7.5米，±0.00以上80.5米(含天線)。在標(biāo)高9.6m處是風(fēng)帆桅桿的下平臺(tái);在標(biāo)高42.6m處是風(fēng)帆桅桿的上平臺(tái);在標(biāo)高69.6m處是風(fēng)帆桅桿的頂冠。頂冠與上平臺(tái)、上平臺(tái)與下平臺(tái)間分別有兩個(gè)20m*25m、23m*28m的折疊可升降風(fēng)帆造型帆架。風(fēng)帆提升動(dòng)力裝置部分在標(biāo)高42.6m、69.6m處，提升設(shè)備有電機(jī)、同步減速機(jī)、硬齒面卷筒、鋼絲繩系統(tǒng)、滑輪裝置。

　　二、風(fēng)帆電氣工程系統(tǒng)組成：

　　1、風(fēng)帆起降動(dòng)力及自動(dòng)控制系統(tǒng)

　　2、風(fēng)帆照明工程

　　3、橋架工程

　　4、航空障礙工程

　　5、避雷工程

　　6、接地工程

　　三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工介紹

　　1、風(fēng)帆起降動(dòng)力及自動(dòng)控制系統(tǒng)

　　1.1帆屏概況及機(jī)械聯(lián)接：

　　風(fēng)帆起降系統(tǒng)是風(fēng)帆電氣工程的重中之重，風(fēng)帆共8面，分上下帆屏各4面，總面積約為4420㎡，單塊面積分別為上帆492㎡和下帆613㎡。帆屏起降采用8根豎直平行鋼絲繩，經(jīng)滑輪改變方向繞在卷筒上，卷筒與同步減速機(jī)連接，減速機(jī)與變頻電機(jī)連接，變頻電機(jī)受變頻器及PLC控制。

　　1.2動(dòng)力、控制電纜要求

　　動(dòng)力電纜及控制電纜全部采用低煙無鹵系列，強(qiáng)弱電電纜分開，電纜分別沿電纜橋架及電氣配管敷設(shè)。

　　所有室外電控設(shè)備達(dá)到IP54的防護(hù)。

　　1.3變頻電動(dòng)機(jī)

　　對(duì)應(yīng)1#—4#風(fēng)帆，在地下室一層有1#—4#配電室，2#配電室為中控室。每面帆屏由2臺(tái)變頻電動(dòng)機(jī)提升，一主一從，8面帆屏總計(jì)需要16臺(tái)變頻電動(dòng)機(jī)。電機(jī)提升速度、質(zhì)量、有效高度符合使用要求。

　　1.4風(fēng)帆控制設(shè)備安裝

　　使用單位要求8面帆屏同步運(yùn)行，運(yùn)行速度同步，提升高度一致，為確保系統(tǒng)安全、可靠等運(yùn)行，系統(tǒng)采用分別驅(qū)動(dòng)集中控制的方案，每臺(tái)提升機(jī)均采用ABB提升機(jī)專用變頻器進(jìn)行調(diào)速控制，所有設(shè)備的控制信號(hào)，由中央PLC系統(tǒng)統(tǒng)一控制，以保證系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性。同時(shí)利用工控計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入、顯示、存儲(chǔ)等。變頻器采用ABB，ACS800型，共16臺(tái)，外加制動(dòng)電阻，可以快速制動(dòng)，此變頻器操作方便，簡單易懂，便于維護(hù)。變頻器及制動(dòng)電阻分別位于各帆屏地下配電室， PLC配電柜及工控機(jī)位于中控室內(nèi)。

　　為保證主從同步，在每臺(tái)變頻電機(jī)后安裝電機(jī)同步編碼器。高度位置傳感器采用絕對(duì)值旋轉(zhuǎn)編碼器，在卷筒上安裝旋轉(zhuǎn)編碼器，可準(zhǔn)確計(jì)算出提升高度。兩種編碼器數(shù)據(jù)采用現(xiàn)場總線PROFIBUS DP通訊方式傳輸，誤差控制在毫米級(jí)。 這樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)帆起升高度進(jìn)行檢測，使系統(tǒng)度作出相應(yīng)的調(diào)整。高度位置傳感器在實(shí)不論在調(diào)試還是運(yùn)行時(shí)都能實(shí)時(shí)監(jiān)控帆的高現(xiàn)整體連動(dòng)時(shí)起著非常關(guān)鍵的作用，它的數(shù)據(jù)幫助系統(tǒng)對(duì)每個(gè)帆的提升速度。

　　1.5風(fēng)帆安全設(shè)置：1)當(dāng)起降重量大于設(shè)置重量時(shí)變頻器拒絕啟動(dòng)，信號(hào)來源于稱重傳感器，稱重傳感器安裝在每個(gè)帆屏的中間鋼絲繩上，當(dāng)鋼絲繩張緊或者松弛時(shí)稱重傳感器發(fā)出信號(hào)至PLC,PLC經(jīng)過計(jì)算決定是否可以啟動(dòng)變頻器。2)當(dāng)風(fēng)速大于13.8m/s時(shí)，帆屏拒絕啟動(dòng)。在2#、3#帆屏下平臺(tái)安裝風(fēng)速傳感器，將信號(hào)傳輸至PLC,PLC經(jīng)過計(jì)算決定是否可以啟動(dòng)變頻器，如果風(fēng)速大于13.8m/s，風(fēng)帆已經(jīng)升起，必須立即人工降落，保證帆屏安全。3)備用手動(dòng)系統(tǒng)僅在單獨(dú)試車及緊急狀況下使用，當(dāng)切換到手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，在現(xiàn)場操作箱就地單獨(dú)操作，不參與整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行。4)在提升軌道上高位和低位各設(shè)置兩個(gè)限位開關(guān)，用于到位停止，升到高位時(shí)，碰到第一個(gè)限位開關(guān)即停車，碰到第二個(gè)限位開關(guān)用于緊急防護(hù)。下落時(shí)相同。5)其它各種故障通過繼電器輸出到控制室并報(bào)警。

　　1.6系統(tǒng)控制連接方式

　　為保證系統(tǒng)的安全可靠性采用了雙機(jī)冗余控制系統(tǒng)，當(dāng)主機(jī)出現(xiàn)錯(cuò)誤的情況下從機(jī)開始工作

　　本系統(tǒng)采用了工業(yè)現(xiàn)場總線PROFIBUS DP通訊方式，主站與16臺(tái)變頻器通過PROFIBUS-DP 適配器模塊RPBA-01進(jìn)行通訊，通過RPBA-01 PROFIBUS-DP 適配器模塊，可以：(1)向傳動(dòng)單元發(fā)出控制命令 ( 啟動(dòng)、停止、允許運(yùn)行等等)。(2)給傳動(dòng)單元發(fā)送速度或轉(zhuǎn)矩給定信號(hào)。(3)向傳動(dòng)單元的PID 調(diào)節(jié)器發(fā)送一個(gè)過程實(shí)際值或一個(gè)過程給定信號(hào)。(4)從傳動(dòng)單元中讀取狀態(tài)信號(hào)和實(shí)際值。(5)改變傳動(dòng)參數(shù)值等。

　　1.7工控機(jī)及監(jiān)控軟件

　　控制計(jì)算機(jī)采用工業(yè)專用機(jī)器，具有質(zhì)量可靠、持續(xù)運(yùn)行時(shí)間長等特點(diǎn)。用于顯示當(dāng)前提升高度、提升時(shí)間、提升速度、提升重量、驅(qū)動(dòng)電流、各驅(qū)動(dòng)之間的誤差等參數(shù)。以及各種報(bào)警及記錄。監(jiān)控軟件采用西門子WINCC 6.0編寫。軟件經(jīng)過十幾年的工業(yè)應(yīng)用，可靠性非常高。

　　1.8系統(tǒng)工作原理

　　冗余PLC控制器采用ABB AC500系列PLC，另配開關(guān)量模塊及模擬量模塊。通過ABB AC500系列PLC采集和控制模塊對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和控制，并把信號(hào)傳輸?shù)紺PU處理器統(tǒng)一處理，由CPU處理器完成處理后，再通過工業(yè)以太網(wǎng)與工控機(jī)連接;當(dāng)PLC把數(shù)據(jù)傳送到工控機(jī)后，通過組態(tài)軟件進(jìn)行編程和組態(tài)，把數(shù)據(jù)顯示在屏幕上，并在屏幕上制作操作開關(guān)對(duì)現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制。

　　2、照明工程

　　風(fēng)帆照明為普通照明，分別在帆架上中下三個(gè)平臺(tái)下端分別安裝4盞金鹵燈，控制開關(guān)在各風(fēng)帆地下配電室，連接電纜采用低煙無鹵電纜，保證照明安全。

　　3、橋架工程

　　本工程電纜橋架分強(qiáng)電橋架和弱電橋架。為降低腐蝕及防靜電對(duì)電氣元件的損害，使用防靜電噴塑電纜橋架。強(qiáng)電和弱電橋架間距為80cm.電纜橋架從1#—4#配電室分別經(jīng)預(yù)留電纜井敷設(shè)至風(fēng)帆69.6m平臺(tái)，地上部分橋架靠近爬梯敷設(shè)，方便施工。地下部分電纜橋架沿地下走廊連接1#—4#配電室。

　　4、航空障礙工程

　　因風(fēng)帆高80.5m,按設(shè)計(jì)要求在風(fēng)帆頂冠兩側(cè)端安裝航空障礙指示燈，電源為專用，由1#—4#配電室沿橋架敷設(shè)至頂冠障礙燈，保證24小時(shí)不間斷顯示，保證海心沙范圍航空安全。

　　5、避雷工程

　　因風(fēng)帆高度為80.5m，又因廣州雷雨天較多，在每個(gè)風(fēng)帆頂冠中心安裝長10.9米避雷針各一根，由避雷針向地面接地極引鍍鋅扁鋼50*5一道，保證各個(gè)風(fēng)帆安全。

　　6、接地工程

　　因風(fēng)帆全部為鋼結(jié)構(gòu)，自動(dòng)控制系統(tǒng)容易受雜散電流影響，分別在風(fēng)帆頂冠及各平臺(tái)安裝等電位端子箱，連接風(fēng)帆上所有用電設(shè)備，端子箱連接鍍鋅扁鋼50*5引到地面接地極，在1#—4#配電室安裝等電位端子箱，連接所有配電柜及用電器接地，保證電氣控制安全。

　　四、結(jié)語：

　　1、最終我們按質(zhì)按量保證了廣州亞運(yùn)會(huì)開閉幕式風(fēng)帆順利起降。風(fēng)帆起降使用全自動(dòng)化控制，提高了控制運(yùn)行安全，也為變頻器及PLC技術(shù)的使用提供了一個(gè)很好的平臺(tái)，展望未來，變頻器及PLC的應(yīng)用會(huì)更加廣泛。

　　2、其它輔助工程也非常重要，照明、避雷、障礙燈及接地系統(tǒng)的安全也是風(fēng)帆能正常使用必要前提。

　　參考文獻(xiàn)：

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