摘要：文章從電氣動力及自動化系統(tǒng)為主，照明等電氣工程為輔，結合第十六屆廣州亞運會海心沙風帆工程具體項目介紹，動力及自動控制系統(tǒng)工程、風帆照明工程、橋架工程、航空障礙工程、避雷工程及接地工程設計施工進行闡述。

　　關鍵詞：風帆,變頻器,起降,PLC控制

　　一、工程概況：

　　第十六屆廣州亞運會開幕式于2010年11月12日在廣州市海心沙島成功舉行，開幕式亮點在舞臺中央的四座風帆八面帆屏。風帆工程是一個跨學科跨行業(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個獨立空間桁架組成，每個空間桁架由4根鋼柱組成塔身，風帆桅桿總高度88m，地下7.5米，±0.00以上80.5米(含天線)。在標高9.6m處是風帆桅桿的下平臺;在標高42.6m處是風帆桅桿的上平臺;在標高69.6m處是風帆桅桿的頂冠。頂冠與上平臺、上平臺與下平臺間分別有兩個20m*25m、23m*28m的折疊可升降風帆造型帆架。風帆提升動力裝置部分在標高42.6m、69.6m處，提升設備有電機、同步減速機、硬齒面卷筒、鋼絲繩系統(tǒng)、滑輪裝置。

　　二、風帆電氣工程系統(tǒng)組成：

　　1、風帆起降動力及自動控制系統(tǒng)

　　2、風帆照明工程

　　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)設計施工介紹

　　1、風帆起降動力及自動控制系統(tǒng)

　　1.1帆屏概況及機械聯(lián)接：

　　風帆起降系統(tǒng)是風帆電氣工程的重中之重，風帆共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，卷筒與同步減速機連接，減速機與變頻電機連接，變頻電機受變頻器及PLC控制。

　　1.2動力、控制電纜要求

　　動力電纜及控制電纜全部采用低煙無鹵系列，強弱電電纜分開，電纜分別沿電纜橋架及電氣配管敷設。

　　所有室外電控設備達到IP54的防護。

　　1.3變頻電動機

　　對應1#—4#風帆，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臺變頻電動機提升，一主一從，8面帆屏總計需要16臺變頻電動機。電機提升速度、質量、有效高度符合使用要求。

　　1.4風帆控制設備安裝

　　使用單位要求8面帆屏同步運行，運行速度同步，提升高度一致，為確保系統(tǒng)安全、可靠等運行，系統(tǒng)采用分別驅動集中控制的方案，每臺提升機均采用ABB提升機專用變頻器進行調速控制，所有設備的控制信號，由中央PLC系統(tǒng)統(tǒng)一控制，以保證系統(tǒng)的協(xié)調性。同時利用工控計算機進行數(shù)據(jù)輸入、顯示、存儲等。變頻器采用ABB，ACS800型，共16臺，外加制動電阻，可以快速制動，此變頻器操作方便，簡單易懂，便于維護。變頻器及制動電阻分別位于各帆屏地下配電室， PLC配電柜及工控機位于中控室內。

　　為保證主從同步，在每臺變頻電機后安裝電機同步編碼器。高度位置傳感器采用絕對值旋轉編碼器，在卷筒上安裝旋轉編碼器，可準確計算出提升高度。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。 這樣可以實現(xiàn)對帆起升高度進行檢測，使系統(tǒng)度作出相應的調整。高度位置傳感器在實不論在調試還是運行時都能實時監(jiān)控帆的高現(xiàn)整體連動時起著非常關鍵的作用，它的數(shù)據(jù)幫助系統(tǒng)對每個帆的提升速度。

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

　　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冗余控制系統(tǒng)，當主機出現(xiàn)錯誤的情況下從機開始工作

　　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臺變頻器通過PROFIBUS-DP 適配器模塊RPBA-01進行通訊，通過RPBA-01 PROFIBUS-DP 適配器模塊，可以：(1)向傳動單元發(fā)出控制命令 ( 啟動、停止、允許運行等等)。(2)給傳動單元發(fā)送速度或轉矩給定信號。(3)向傳動單元的PID 調節(jié)器發(fā)送一個過程實際值或一個過程給定信號。(4)從傳動單元中讀取狀態(tài)信號和實際值。(5)改變傳動參數(shù)值等。

　　1.7工控機及監(jiān)控軟件

　　控制計算機采用工業(yè)專用機器，具有質量可靠、持續(xù)運行時間長等特點。用于顯示當前提升高度、提升時間、提升速度、提升重量、驅動電流、各驅動之間的誤差等參數(shù)。以及各種報警及記錄。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，另配開關量模塊及模擬量模塊。通過ABB AC500系列PLC采集和控制模塊對實際數(shù)據(jù)進行采集和控制，并把信號傳輸?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)與工控機連接;當PLC把數(shù)據(jù)傳送到工控機后，通過組態(tài)軟件進行編程和組態(tài)，把數(shù)據(jù)顯示在屏幕上，并在屏幕上制作操作開關對現(xiàn)場設備進行控制。

　　2、照明工程

　　風帆照明為普通照明，分別在帆架上中下三個平臺下端分別安裝4盞金鹵燈，控制開關在各風帆地下配電室，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電橋架和弱電橋架。為降低腐蝕及防靜電對電氣元件的損害，使用防靜電噴塑電纜橋架。強電和弱電橋架間距為80cm.電纜橋架從1#—4#配電室分別經(jīng)預留電纜井敷設至風帆69.6m平臺，地上部分橋架靠近爬梯敷設，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

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

　　5、避雷工程

　　因風帆高度為80.5m，又因廣州雷雨天較多，在每個風帆頂冠中心安裝長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，保證各個風帆安全。

　　6、接地工程

　　因風帆全部為鋼結構，自動控制系統(tǒng)容易受雜散電流影響，分別在風帆頂冠及各平臺安裝等電位端子箱，連接風帆上所有用電設備，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、結語：

　　1、最終我們按質按量保證了廣州亞運會開閉幕式風帆順利起降。風帆起降使用全自動化控制，提高了控制運行安全，也為變頻器及PLC技術的使用提供了一個很好的平臺，展望未來，變頻器及PLC的應用會更加廣泛。

　　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)的安全也是風帆能正常使用必要前提。

　　參考文獻：

　　[1]計鵬.工業(yè)電氣安裝工程使用手冊,中國電力出版社.

　　[2]郎祿平.建筑電氣設備安裝調試技術,中國建材工業(yè)出版社.

　　[3]吳曉君.電氣控制與可編程控制器應用,中國建材工業(yè)出版社.