电气工程师评职论文电气工程设计施工介绍

来源：职称论文发表咨询网作者：qifan时间：2013-06-27 10:55

　　摘要：文章从电气动力及自动化系统为主，照明等电气工程为辅，结合第十六届广州亚运会海心沙风帆工程具体项目介绍，动力及自动控制系统工程、风帆照明工程、桥架工程、航空障碍工程、避雷工程及接地工程设计施工进行阐述。

　　关键词：风帆,变频器,起降,PLC控制

　　一、工程概况：

　　第十六届广州亚运会开幕式于2010年11月12日在广州市海心沙岛成功举行，开幕式亮点在舞台中央的四座风帆八面帆屏。风帆工程是一个跨学科跨行业的大型舞美创意工程，具有特殊的舞美效果和演出功能。工程主体为钢柱架及圆钢管空间桁架体系，分别由4个独立空间桁架组成，每个空间桁架由4根钢柱组成塔身，风帆桅杆总高度88m，地下7.5米，±0.00以上80.5米(含天线)。在标高9.6m处是风帆桅杆的下平台;在标高42.6m处是风帆桅杆的上平台;在标高69.6m处是风帆桅杆的顶冠。顶冠与上平台、上平台与下平台间分别有两个20m*25m、23m*28m的折叠可升降风帆造型帆架。风帆提升动力装置部分在标高42.6m、69.6m处，提升设备有电机、同步减速机、硬齿面卷筒、钢丝绳系统、滑轮装置。

　　二、风帆电气工程系统组成：

　　1、风帆起降动力及自动控制系统

　　2、风帆照明工程

　　3、桥架工程

　　4、航空障碍工程

　　5、避雷工程

　　6、接地工程

　　三、系统设计施工介绍

　　1、风帆起降动力及自动控制系统

　　1.1帆屏概况及机械联接：

　　风帆起降系统是风帆电气工程的重中之重，风帆共8面，分上下帆屏各4面，总面积约为4420㎡，单块面积分别为上帆492㎡和下帆613㎡。帆屏起降采用8根竖直平行钢丝绳，经滑轮改变方向绕在卷筒上，卷筒与同步减速机连接，减速机与变频电机连接，变频电机受变频器及PLC控制。

　　1.2动力、控制电缆要求

　　动力电缆及控制电缆全部采用低烟无卤系列，强弱电电缆分开，电缆分别沿电缆桥架及电气配管敷设。

　　所有室外电控设备达到IP54的防护。

　　1.3变频电动机

　　对应1#—4#风帆，在地下室一层有1#—4#配电室，2#配电室为中控室。每面帆屏由2台变频电动机提升，一主一从，8面帆屏总计需要16台变频电动机。电机提升速度、质量、有效高度符合使用要求。

　　1.4风帆控制设备安装

　　使用单位要求8面帆屏同步运行，运行速度同步，提升高度一致，为确保系统安全、可靠等运行，系统采用分别驱动集中控制的方案，每台提升机均采用ABB提升机专用变频器进行调速控制，所有设备的控制信号，由中央PLC系统统一控制，以保证系统的协调性。同时利用工控计算机进行数据输入、显示、存储等。变频器采用ABB，ACS800型，共16台，外加制动电阻，可以快速制动，此变频器操作方便，简单易懂，便于维护。变频器及制动电阻分别位于各帆屏地下配电室， PLC配电柜及工控机位于中控室内。

　　为保证主从同步，在每台变频电机后安装电机同步编码器。高度位置传感器采用绝对值旋转编码器，在卷筒上安装旋转编码器，可准确计算出提升高度。两种编码器数据采用现场总线PROFIBUS DP通讯方式传输，误差控制在毫米级。这样可以实现对帆起升高度进行检测，使系统度作出相应的调整。高度位置传感器在实不论在调试还是运行时都能实时监控帆的高现整体连动时起着非常关键的作用，它的数据帮助系统对每个帆的提升速度。

　　1.5风帆安全设置：1)当起降重量大于设置重量时变频器拒绝启动，信号来源于称重传感器，称重传感器安装在每个帆屏的中间钢丝绳上，当钢丝绳张紧或者松弛时称重传感器发出信号至PLC,PLC经过计算决定是否可以启动变频器。2)当风速大于13.8m/s时，帆屏拒绝启动。在2#、3#帆屏下平台安装风速传感器，将信号传输至PLC,PLC经过计算决定是否可以启动变频器，如果风速大于13.8m/s，风帆已经升起，必须立即人工降落，保证帆屏安全。3)备用手动系统仅在单独试车及紧急状况下使用，当切换到手动状态时，在现场操作箱就地单独操作，不参与整个系统的自动运行。4)在提升轨道上高位和低位各设置两个限位开关，用于到位停止，升到高位时，碰到第一个限位开关即停车，碰到第二个限位开关用于紧急防护。下落时相同。5)其它各种故障通过继电器输出到控制室并报警。

　　1.6系统控制连接方式

　　为保证系统的安全可靠性采用了双机冗余控制系统，当主机出现错误的情况下从机开始工作

　　本系统采用了工业现场总线PROFIBUS DP通讯方式，主站与16台变频器通过PROFIBUS-DP 适配器模块RPBA-01进行通讯，通过RPBA-01 PROFIBUS-DP 适配器模块，可以：(1)向传动单元发出控制命令 ( 启动、停止、允许运行等等)。(2)给传动单元发送速度或转矩给定信号。(3)向传动单元的PID 调节器发送一个过程实际值或一个过程给定信号。(4)从传动单元中读取状态信号和实际值。(5)改变传动参数值等。

　　1.7工控机及监控软件

　　控制计算机采用工业专用机器，具有质量可靠、持续运行时间长等特点。用于显示当前提升高度、提升时间、提升速度、提升重量、驱动电流、各驱动之间的误差等参数。以及各种报警及记录。监控软件采用西门子WINCC 6.0编写。软件经过十几年的工业应用，可靠性非常高。

　　1.8系统工作原理

　　冗余PLC控制器采用ABB AC500系列PLC，另配开关量模块及模拟量模块。通过ABB AC500系列PLC采集和控制模块对实际数据进行采集和控制，并把信号传输到CPU处理器统一处理，由CPU处理器完成处理后，再通过工业以太网与工控机连接;当PLC把数据传送到工控机后，通过组态软件进行编程和组态，把数据显示在屏幕上，并在屏幕上制作操作开关对现场设备进行控制。

　　2、照明工程

　　风帆照明为普通照明，分别在帆架上中下三个平台下端分别安装4盏金卤灯，控制开关在各风帆地下配电室，连接电缆采用低烟无卤电缆，保证照明安全。

　　3、桥架工程

　　本工程电缆桥架分强电桥架和弱电桥架。为降低腐蚀及防静电对电气元件的损害，使用防静电喷塑电缆桥架。强电和弱电桥架间距为80cm.电缆桥架从1#—4#配电室分别经预留电缆井敷设至风帆69.6m平台，地上部分桥架靠近爬梯敷设，方便施工。地下部分电缆桥架沿地下走廊连接1#—4#配电室。

　　4、航空障碍工程

　　因风帆高80.5m,按设计要求在风帆顶冠两侧端安装航空障碍指示灯，电源为专用，由1#—4#配电室沿桥架敷设至顶冠障碍灯，保证24小时不间断显示，保证海心沙范围航空安全。

　　5、避雷工程

　　因风帆高度为80.5m，又因广州雷雨天较多，在每个风帆顶冠中心安装长10.9米避雷针各一根，由避雷针向地面接地极引镀锌扁钢50*5一道，保证各个风帆安全。

　　6、接地工程

　　因风帆全部为钢结构，自动控制系统容易受杂散电流影响，分别在风帆顶冠及各平台安装等电位端子箱，连接风帆上所有用电设备，端子箱连接镀锌扁钢50*5引到地面接地极，在1#—4#配电室安装等电位端子箱，连接所有配电柜及用电器接地，保证电气控制安全。

　　四、结语：

　　1、最终我们按质按量保证了广州亚运会开闭幕式风帆顺利起降。风帆起降使用全自动化控制，提高了控制运行安全，也为变频器及PLC技术的使用提供了一个很好的平台，展望未来，变频器及PLC的应用会更加广泛。