PLC控制提升機電氣控制系統(tǒng)設(shè)計

1、礦井維修電工（08）技師班畢業(yè)設(shè)計2010年6月PLC控制提升機電氣控制系統(tǒng)設(shè)計楊鋒志20010年6月隨著人類科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的弊端也逐漸顯現(xiàn)，淘汰已成必然，電氣控制技術(shù)也由繼電器控制過渡到了計算機控制系統(tǒng)。PLC可編程控制器正是在繼電器控制和計算機技術(shù)的基礎(chǔ)上，逐漸發(fā)展起來的以微處理器為核心，集微電子技術(shù)，自動化技術(shù)，計算機技術(shù)，通信技術(shù)為一體，以工業(yè)自動化控制為目標的新型控制裝置。它已逐步成為工業(yè)自動化設(shè)備的主導(dǎo)產(chǎn)品，因它具有控制能力強，可靠性高，使用方便，適用與不同控制要求的各種控制對象等優(yōu)點，其工作原理，設(shè)計和使用方法也成為電氣和機電類專業(yè)的必修課程。它的出現(xiàn)對提高

2、機械設(shè)備自動控制性能起到了關(guān)鍵的作用，帶動了自動控制產(chǎn)品向著控制可靠、操作簡單、通用性強、價格低廉的方向發(fā)展，使自動控制的實現(xiàn)越來越容易。PLC可編程控制器目前已在工業(yè)、交通運輸、農(nóng)業(yè)、商務(wù)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，成為各行業(yè)的通用控制產(chǎn)品。這幾年隨著煤礦礦井的不斷擴建，產(chǎn)量的不斷提升以及機械化、自動化的不斷提高，同時也為煤礦設(shè)備能夠在井下惡劣和危險的環(huán)境下準確靈敏的實現(xiàn)各項保護功能，真正實現(xiàn)“安全第一，預(yù)防為主”的煤礦安全生產(chǎn)方針。使得PLC可編程控制器在礦山設(shè)備中也得到了廣泛的應(yīng)用，這就迫切的要求我們在最短的時間內(nèi)學(xué)習(xí)和了解PLC可編程控制器的原理和應(yīng)用。這個專業(yè)同時也是我個人的興趣和愛好以及在

3、工作中和實際處理問題中經(jīng)常遇到的一個難題，因此學(xué)好此課題對我來講至關(guān)重要也是當務(wù)之急。此專業(yè)知識的學(xué)習(xí)和掌握將會我在以后的工作中起到不可忽視的作用和產(chǎn)生巨大的幫助礦井提升系統(tǒng)是礦山生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，從井下采出的煤炭及矸石的提升，材料的下放，人員和設(shè)備的升降都是由提升設(shè)備來完成的。因此，采用更先進的技術(shù)，更安全可靠的控制方式來改善提升機電控裝置的技術(shù)性能，將直接提高礦山生產(chǎn)的效率及安全程度。綜上所述，將PLC可編程技術(shù)與提升機電控系統(tǒng)相結(jié)合，便是本人所要做的畢業(yè)設(shè)計題目是PLC控制提升機電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計。目 錄1概述 .42設(shè)計步驟 .63進行設(shè)計 .64變頻器說明 .165原理 .176硬件構(gòu)

4、成 .227人機界面 .258故障處理和維護.289主控臺各按鈕和轉(zhuǎn)換開關(guān)的用途與功能 .311概述1.1已知資料1、提升機型號：JK-2.5/20X 2、電動機參數(shù)功率：400kw，定子參數(shù)：6KV/50A，轉(zhuǎn)子電壓：512V/498A3、液壓站：RH-634、井型：斜井， 井深730m 5、減速機型號：ZK型 減速比：201.2控制要求在所有安全條件都具備時才能開車，開車前要有規(guī)定的信號操作：絞車運行到減速點后自動減速，距到位點3米出進入爬行，到位后自動停車：當司機發(fā)現(xiàn)緊急情況需要緊急停車，用右腳踏下右下角的腳踏開關(guān)，提升機應(yīng)立即抱閘停車：如果安全回路掉電，查清原因排除故障后，按復(fù)位按鈕后

5、方可進入開車狀態(tài)：發(fā)生過卷故障后，通過一定的處理，提升機應(yīng)能反方向啟動，以便于處理故障：各種保護及聲光信號齊全1.3設(shè)計要求設(shè)計采用PLC控制提升機電氣控制系統(tǒng)，采用繞線式異步電動機拖動，轉(zhuǎn)子回路串電阻啟動，調(diào)速，直流制動方式。1.4設(shè)計原則安全第一 除實現(xiàn)煤礦安全規(guī)程所要求的保護功能外，再根據(jù)提升機運行工況增加其他相應(yīng)的保護功能。性能可靠（1）優(yōu)選進口高性能電氣傳動裝置和電氣元件；（2）能用軟件實現(xiàn)的功能不再增加硬件，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡單、合理。功能強大（1）采用PLC可編程控制技術(shù)；（2）完全符合礦井提升機工藝的各種要求；（3）滿足現(xiàn)場復(fù)雜情況而不需再考慮增加硬件設(shè)備。性價比高（1）充分考慮

6、使用維護的便利性，以節(jié)省運行中的人力物力；（2）盡最大可能提高電控系統(tǒng)效率，以降低電耗，減少運行費用。(3)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，使系統(tǒng)設(shè)備最少。2設(shè)計步驟2.1應(yīng)收集資料（1）設(shè)備配置（2）提升行程和速度圖（3）系統(tǒng)保護參數(shù)設(shè)置（4）信號約定2.2設(shè)計主要內(nèi)容（1）根據(jù)控制要求設(shè)計電路（2）選擇PLC及控制電器（3）控制線路（PLC外部接線）設(shè)計（4）PLC程序設(shè)計3進行設(shè)計3.1設(shè)備配置根據(jù)所提供的技術(shù)參數(shù)以及對現(xiàn)代化礦井提升電控的基本要求，本系統(tǒng)采用傳統(tǒng)串電阻調(diào)速方式，適用于單機容量不大于1000KW的交流繞線轉(zhuǎn)子電動機。該系統(tǒng)采用技術(shù)先進、性能可靠的原裝進口可編程控制器，運用RS485串行

7、通訊方式實現(xiàn)了N：N網(wǎng)絡(luò)，適用于礦山豎井，斜井或其他要求提升的場所中，用于繞線式交流電動機拖動的各種型號的提升機，對于提高礦井自動化、安全保障能力，以及礦井現(xiàn)代化管理水平具有十分重要的現(xiàn)實意義。全數(shù)字交流提升機電控系統(tǒng)主要設(shè)備配置包括：主控臺、高壓換向電制動切換柜、動力制動電源柜、可控硅調(diào)速柜、低壓電源柜、高壓饋電開關(guān)柜、電阻及安裝附件。其主要設(shè)備配置圖及簡介如下：（1）智能型全數(shù)字交流主控臺主控臺 BPDKZN-ZKT主控臺是該電控系統(tǒng)的控制中心，該設(shè)備采用操作臺式結(jié)構(gòu)，除位置、速度、溫度、壓力、電流等必要的信號采集傳感器和終端執(zhí)行設(shè)備外，所有控制回路及操作全部集中于操作臺中。司機可操作主控

8、臺上的操作手把（如手閘、主令控制器）、開關(guān)及按鈕來控制提升機運行，并通過指示燈和人機界面及時了解提升機的運行狀態(tài)及運行參數(shù)。此外，本主控臺自身具有應(yīng)急提升功能，在不添加任何外部硬件的情況下，當PLC出現(xiàn)問題時，可以實現(xiàn)故障狀態(tài)下的低速運行。（2）高壓變頻器 JTDK-GBP-H-6KV 本設(shè)備采用雙斷點控制，運用RS485通訊方式接收主控臺PLC的操作指令，實現(xiàn)工頻高壓電源與電制動電源的切換，以及主提升機在工頻高壓電源下正、反向運轉(zhuǎn)的控制。為確保系統(tǒng)工作的安全可靠性，高壓電源與電制動電源的切換及正、反向運轉(zhuǎn)之間均具有電氣和機械的雙重閉鎖，保證設(shè)備的安全可靠。（3）高壓變頻電控裝置 GBP-H

9、本裝置與轉(zhuǎn)子金屬電阻配合使用。當絞車起動加速運行時，由主控臺PLC發(fā)出信號，通過RS485通訊方式傳送至可控硅加速柜的PLC，由PLC直接驅(qū)動可控硅加速柜的各級可控硅動作，以達到對電機轉(zhuǎn)子回路電阻的自動切換，實現(xiàn)電機啟動、調(diào)速、制動的目的。（5）電動機負荷柜（柜號KYN28-12/AH3）一臺進線柜（柜號KYN28-12/AH4）兩臺1）雙回路高壓供電，主回路采用真空斷路器構(gòu)成。2）手車式結(jié)構(gòu)，具有手動和電動兩種分合閘方式。3）具有電壓、電流、功率等指示和必要的過流、速斷等保護。（6）所用變壓器柜（柜號KYN28-12/AH2）用于提升機輔助設(shè)備的AC380/220V配電。1）雙回路進線，各進

10、、出回路配置有保護裝置和工作指示。2）除為主控臺供電外，還為室內(nèi)照明供電以及備用電源等。（7）附件1）軸編碼器兩套：分別安裝在提升機的高速軸和低速軸上，將數(shù)字信號傳送到主控PLC和監(jiān)控PLC，用來測量提升機的行程和速度，具有很高的測量精度；同時兩個軸編碼器互相獨立，相互監(jiān)視、實現(xiàn)安全回路雙線制。2）壓力變送器兩套：一個用于測量制動油壓；一個用于測量潤滑油壓，將相關(guān)的壓力值轉(zhuǎn)化為電信號，傳送到主控臺的PLC模塊，實現(xiàn)數(shù)字化的顯示與控制保護。3）到位開關(guān)四套：采用進口元器件的強磁感應(yīng)開關(guān)，用作井筒到位和減速開關(guān)。4）深指信號傳感器及感應(yīng)磁塊1套：采用強磁感應(yīng)信號，作為深指失效保護的傳感器。5）手持

11、式編程器：用于修改參數(shù)和輸入程序。6）軸編碼器萬向連軸器二套3.2提升行程和速度圖T：一次凈提升時間240s，行程730m。T1：加速時間。T2：等速時間。T3；減速時間。T4：爬行時間。T5：抱閘停車時間。3.3系統(tǒng)保護參數(shù)設(shè)置（1）深指失效運行距離：4m（2）接近停車位置的限速保護：2m/s（3）過卷保護距離：0.5m（4）反轉(zhuǎn)保護動作:時間: 2s或速度1.5m/s（5）主機過流保護: 1.5Ie/10s（6）減速段限速保護: 10%Ve（7）等速段限速保護: 15%Ve（8）制動油過壓保護: 6.2MPa（9）閘瓦磨損保護: 1mm（10）高壓保護:饋電開關(guān)跳閘（11）速度監(jiān)視保護:0

12、.5Ve3.4信號約定采用聲光信號系統(tǒng),提升方向以主罐為主. 停車 向上快提 向下快放 向上慢提向下慢放3.5根據(jù)控制要求設(shè)計電路及PLC外部接線3.5.1提升機主回路：3.5.2控制回路及PLC外部接線圖3.6選擇PLC及控制電器根據(jù)控制要求及現(xiàn)場實際情況選用4套日本三菱公司FX2N系列可編程控制器.3.6.1 PLC的選用采用FX2N-64MT可編程控制器作為系統(tǒng)主控器件,以及兩臺FX2N-32MR可編程控制器,其中一臺控制智能加速站,另一臺控制動力制動高壓切換柜.系統(tǒng)的各項控制和保護功能之間的邏輯關(guān)系,是根據(jù)電控原理圖結(jié)合現(xiàn)場實際情況,用編程的方法加以解決.本系統(tǒng)采用RS485通訊方式,

13、通過通訊模塊間的工作指令的傳送,將各種外設(shè)開關(guān)、傳感器來的信號均接到主控臺PLC的輸入端，經(jīng)PLC的邏輯運算，并經(jīng)制動、加速智能站、控制動力制動高壓切換柜等被控對象動作，而其中一部分控制開關(guān)、傳感器來的信號，經(jīng)主控臺PLC邏輯處理后，去驅(qū)動相應(yīng)的輸出繼電器動作，再控制安全繼電器、工作繼電器及各控制單元，完成提升機的啟動、加速、等速、減速、爬行、停車等過程，以及實現(xiàn)提升機的各種保護，語言報警、PID速度閉環(huán)控制等。另設(shè)一臺FX2N-32MR可編程控制器作為主機的監(jiān)控機使用,用以完成系統(tǒng)的后備保護、關(guān)鍵控制參數(shù)及系統(tǒng)的顯示功能。FX2N-4AD、FX2N-4DA為模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊。用以對模擬

14、量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。FX2N-16EX為輸入擴展模塊，用與對主控件FX2N-64MT輸入口的擴展。3.7系統(tǒng)的主要技術(shù)特點（1）安全回路雙線制1）系統(tǒng)采用兩套可編程控制器，分別從安裝于高速軸和低速軸上的兩個軸編碼器采集信號，形成安全回路雙線制。2）兩套可編程控制器采集的信號既相互獨立，又相互比較。（2）現(xiàn)場總線技術(shù)1）整套系統(tǒng)采用兩套可編程控制器，分安裝于主控臺內(nèi)兩套，高壓開關(guān)柜一套、高壓變頻柜一套、動力制動柜一套，通過現(xiàn)場總線技術(shù)僅用一根屏蔽雙絞線即可完成通訊控制功能，實現(xiàn)控制的網(wǎng)絡(luò)智能化。2）主要控制除了總線技術(shù)控制外，還采用了硬件控制，如高壓換向柜內(nèi)的高壓正反向供電等，保證了系統(tǒng)的可靠性。

15、3）系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線技術(shù)，在提高系統(tǒng)可靠性的同時，省去了大量的控制接線，具有安裝調(diào)試簡單，維護方便，故障率低等一系列優(yōu)點，如：可控硅加速柜的所有控制線除了控制電源線外，僅用一根通訊電纜即可完成所有控制。（3）全數(shù)字化設(shè)計1）整套系統(tǒng)采用四套軸編碼器，其中兩套安裝于高速軸和低速軸的軸編碼器實現(xiàn)了數(shù)字化的行程、速度和保護給定；另外兩套分別用于主令控制器和手閘控制器，形成數(shù)字化的主令和手閘控制器，為我公司的專利產(chǎn)品。2）整套系統(tǒng)采用二個壓力變送器、電流檢測模塊，將制動油壓、潤滑油壓、電機電流轉(zhuǎn)換模擬信號，通過A/D模塊將壓力信號變成數(shù)字信號，實現(xiàn)顯示和保護。3）全數(shù)字化的設(shè)計具有控制準確、操作方便、

16、故障率低等特點。（4）軟件化的設(shè)計系統(tǒng)運用軟件化的設(shè)計思想，“能用軟件實現(xiàn)的功能，決不用硬件”，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，大大減少了系統(tǒng)的硬件故障。如：1）變化的減速點：系統(tǒng)可根據(jù)負載的變化自動改變減速點，且不需增加硬件設(shè)備。2）變化的閉環(huán)參數(shù)：系統(tǒng)可根據(jù)負載的變化自動調(diào)節(jié)電制動閉環(huán)和工作閘閉環(huán)參數(shù)。3）自動斜坡貼閘：當系統(tǒng)下放重物時，可根據(jù)下放負載多少，自動貼閘。（5）模塊化設(shè)計本系統(tǒng)運用模塊化的設(shè)計思想，將多個功能集成為不同的電路模塊，如1）語言報警模塊：系統(tǒng)人性化的將操作提示和故障用語言的方式告知操作人員和維護人員；語言報警有減速點到、提升過卷、等速段過速、減速段過速、2m/s超速、鋼絲繩松、

17、閘瓦磨損、深指失效、潤滑泵未開、操作錯向、軸編碼器失效、緊急停車、打點錯誤、通訊錯誤等二十段。2）可調(diào)閘模塊：本模塊集電制動開環(huán)和閉環(huán)以及工作閘開環(huán)和閉環(huán)于一體，且比較開環(huán)和閉環(huán)后輸出結(jié)果，具有線性好、輸出功率大、穩(wěn)定性高等特點，適用于各種電磁調(diào)節(jié)閥。3）電流檢測模塊：本模塊將電機電流轉(zhuǎn)換為電壓信號后輸出，模塊內(nèi)電流信號和電壓信號完全隔離，確保強電不竄入控制回路。4）電源模塊：本模塊為系統(tǒng)內(nèi)各部件提供不同的穩(wěn)壓電源，具有輸出功率大、穩(wěn)定性強等特點。5）所有模塊都是即插即用的免調(diào)試模塊，極大地縮短了處理故障的時間。（6）工業(yè)控制人機界面將工業(yè)顯示屏應(yīng)用于絞車電控系統(tǒng)，顯示絞車的各種靜、動態(tài)參數(shù)。

18、主要顯示畫面如下：1）預(yù)備態(tài)：主要顯示有容器位置、本次打點次數(shù)、上次打點次數(shù)、提升鉤數(shù)、潤滑油壓、提升時間、到位信號、模擬深度指示器以及主要故障指示等。2）運行態(tài)：主要顯示有速度圖、力圖、容器位置、提升速度、電機電流、制動油壓、本次打點次數(shù)、轉(zhuǎn)子加速級數(shù)、加速電流繼電器等。3）故障態(tài)：本屏顯示所有的故障點，紅色為故障，綠色為正常，只要調(diào)出此屏即知道故障之所在，極大的縮短了查找故障的時間。4）故障記憶：當安全回路動作時，能記錄在發(fā)生故障的那一時刻絞車的運行參數(shù)，非常方便我們分析故障原因，可記憶多屏參數(shù)。5）絞車停車時顯示預(yù)備態(tài)，絞車啟動后自動轉(zhuǎn)換為運行態(tài)，故障時自動轉(zhuǎn)換為故障記憶，同時也可手動切

19、換。6）可根據(jù)用戶要求增加顯示內(nèi)容。（7）冗余化設(shè)計采用性能優(yōu)越的進口可編程控制器作為主要控制器件，兩套PLC相互冗余，構(gòu)成安全回路雙線制，且冗余量不低于20%，主要用于現(xiàn)場增加保護和控制以及作為備用。（8）抗干擾設(shè)計按照抗干擾的設(shè)計原則，在輸入、輸出、電源等方面有針對性地實施了抗干擾措施，符合電磁兼容性要求，使得系統(tǒng)安全可靠。（9）完善的防雷系統(tǒng)主控臺內(nèi)設(shè)置有完善的防雷系統(tǒng)，采用防雷器，有效地提高了系統(tǒng)抵抗自然災(zāi)害的能力。（10）UPS電源采用具有正弦波特性、功率容量足夠大的不間斷電源為控制回路供電，主要作用如下：1）當系統(tǒng)突然停電時，保證二級制動的有效性。2）正弦波純在線工作方式，當系統(tǒng)停

20、電時，輸出切換時間為零秒，保證設(shè)備不間斷供電。3）輸入電壓范圍寬，輸出電壓穩(wěn)定，保證設(shè)備的穩(wěn)定工作。4）內(nèi)置電源濾波器，提高了系統(tǒng)電磁兼容性。（11）多種開車方式1）常規(guī)開車：司機根據(jù)信號，操作主令和工作閘開車。2）低速開車：即驗繩或檢查罐道時的低速開車，速度為0.5m/s。3）正力開車：當制動電源發(fā)生故障時，可用正力開車。4）應(yīng)急開車：當PLC故障時，可以采用此開車方式完成一次提升。3.8系統(tǒng)的主要技術(shù)性能（1）數(shù)字行程監(jiān)控器數(shù)字行程監(jiān)控器由PLC、兩個軸編碼器構(gòu)成。兩個軸編碼器將脈沖信號送入PLC中，經(jīng)PLC邏輯運算處理轉(zhuǎn)換成提升機鋼絲繩線速度和容器行程位置，形成各種操作信號、保護信號和按

21、行程給定的速度給定曲線。主控PLC與監(jiān)控PLC之間相互保護、相互監(jiān)督，并能完成如下功能：1）實現(xiàn)PLC故障狀態(tài)下的低速開車功能；2）實現(xiàn)數(shù)字行程給定功能，定位精度1cm，并實現(xiàn)數(shù)字行程罐位顯示；3）具有對編碼器進行同步校正的功能；4）PLC行程監(jiān)控器可以很容易地進行參數(shù)的整定以適應(yīng)變化的工況（如變化了的速度、深度等）。（2）提升控制系統(tǒng)核心控制部分采用兩套模塊化工業(yè)微機FX2N可編程控制器，該型可編程控制器具有指令眾多，功能強大，配置靈活，使用簡單，工作可靠，可以和管理計算機聯(lián)網(wǎng)，并能完全滿足礦井提升工藝過程要求。1）選用日本三菱公司的FX2N 型PLC；2）主控PLC應(yīng)用軟件能完成提升機手動

22、、自動、常規(guī)等運行方式的控制要求；3）完成提升機運行工藝要求的控制功能；4）實現(xiàn)對調(diào)速系統(tǒng)按速度給定的控制；5）實現(xiàn)完善的保護功能，對于等速段超速、減速段過速、過卷等安全保護具有多重保護；6）保護功能按下列三類設(shè)置： 立即施閘的緊急停車； 完成本次提升后不允許再次開車的功能，即一次提升； 自動減速后施閘停車。7）可在線或離線修改用戶程序；8）采用全數(shù)字工作閘和主令控制器，采用脈沖編碼器來實現(xiàn)，使得控制準確度高、操作輕便、故障率低。9）留有與礦井生產(chǎn)管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的接口。（3）安全保護系統(tǒng)的安全回路有兩套，一套由主控機PLC，另一套為監(jiān)控機PLC，實現(xiàn)PLC的相互冗余。系統(tǒng)的主要保護有：立即施閘類

23、故障保護（就是說發(fā)生下列各類故障時，系統(tǒng)能立即進行完全制動停車，并發(fā)生聲報警）。 提升容器過卷； 減速段過速保護； 等速段超速保護 高、低壓電源斷電故障； 提升容器接近井口速度超過2m/s； 松繩保護； 錯向保護； 深指失效保護； 通訊錯誤； 高壓失壓跳閘保護； 無制動源保護； 制動油過壓； 軸編碼器失效等。終端施閘類保護（完成本次提升后不允許再次開車的保護）。 潤滑油欠壓； 潤滑油超溫； 制動油超溫； 煤位滿倉；自動減速后施閘類保護（就是說發(fā)生下列各類故障時，系統(tǒng)自動降低速度，然后再施閘停車，并發(fā)出聲報警）。 制動油故障； 閘瓦磨損、閘盤偏擺、彈簧疲勞等。（4）制動控制系統(tǒng)提升機制動控制系統(tǒng)

24、由PLC、安全繼電器、腳踏動力制動和可調(diào)閘模塊組成，其主要功能是：1） 當系統(tǒng)發(fā)生故障導(dǎo)致安全回路斷開時，PLC利用采集來的速度信號和油壓信號，對液壓站制動電液閥進行PID閉環(huán)控制，以實現(xiàn)液壓站的減速制動功能。2） 當減速制動發(fā)生故障時，若提升機在井中，PLC直接控制安全閥和二級制動閥動作，實施二級制動控制；若提升機接近井口，則實施一級緊急制動。4變頻器說明4.1型號說明GBP高壓變頻器現(xiàn)有3KV、6KV和10KV三個電壓等級，根據(jù)用戶要求可以定制其他非標準電壓等級產(chǎn)品。型號GBP-H06/077變頻器容量(KVA)800適配電機功率(KW)630額定輸出電流(A)77外型尺寸(WHD)210

25、025901500單元柜 / 200025901500變壓器柜重 量（kg）2550/2900每相串聯(lián)單元數(shù)6輸 入 頻 率45Hz55Hz額定輸入電壓6KV（-20%15%）調(diào) 制 技 術(shù)矢量控制技術(shù)控 制 電 源220VAC，1kVA輸入功率因數(shù)額定負載下0.97效率（含變壓器）額定負載下0.96輸出頻率范圍0Hz到120Hz輸出頻率分辨率0.01Hz過 載 能 力120%一分鐘，150%立即保護模擬量輸入兩路，010V/420mA模擬量輸出兩路，010V/420mA上 位 通 訊隔離RS485接口，MODBUS規(guī)約加減速時間5秒1600秒開關(guān)量輸入輸出12入/9出運行環(huán)境溫度0到40貯存

26、/運輸溫度-40到70冷 卻 方 式強迫風(fēng)冷環(huán) 境 濕 度90%,不結(jié)露安裝海拔高度1000米（超過1000米時，需降額運行）5原理5.1主電路GBP系列高壓變頻器采用交-直-交直接高壓（高-高）方式，主電路開關(guān)元件為IGBT。由于IGBT耐壓所限，無法直接逆變輸出6kV、10kV，而因開關(guān)頻率高、均壓難度大等技術(shù)難題無法完成直接串聯(lián)。GBP變頻器采用功率單元串聯(lián)，疊波升壓，充分利用常壓變頻器的成熟技術(shù)，因而具有很高的可靠性。圖5.1 GBP高壓變頻器6kV系列主電路圖主離變壓器（以下簡稱主變壓器），強迫，有使用壽命長、免維護等優(yōu)點。變壓器原邊為Y型接法，直接與高壓相接。 組數(shù)量依變頻器電壓等

27、級及結(jié)構(gòu)而定，3kV系列為9個，6kV系列為18，10kV系列為27個，延邊三角形接法，為每個功率單元提供三相電源輸入。由于為功率單元提供電源的變壓器副邊繞組間有一定的相位差，從而消除了大部分由單個功率單元所引起的諧波電流，所以GBP變頻器輸入電流的總諧波含量（THD）遠小于國家標準5%的要求，并且能保持接近1的輸入功率因數(shù)。圖5.2為6kV系列（每相六單元串聯(lián)）輸入電流實錄波形，電流峰值120A，幾近完美的正弦波。圖5.2輸入電流波形變頻器輸出是將多個三相輸入、單相輸出的低壓功率單元串聯(lián)疊波得到。如額定輸出580VAC功率單元六個串聯(lián)時產(chǎn)生3450V相電壓，見表2-1。表5-1：GBP變頻器

28、功率單元配置變頻器系列每相串聯(lián)單元數(shù)單元額定電壓（V）輸出相電壓（V）輸出線電壓（V）每相電壓等級數(shù)量6kV6580345060001310kV964257741019相輸出Y接，中性點懸浮，得到驅(qū)動電機所需的可變頻三相高壓電源。圖5.3為6KV變頻器系列的電壓疊加示意圖。圖5.3 6kV電壓疊加圖圖5.4為五個690VAC功率單元串聯(lián)時，每個功率單元輸出的電壓波形及其串聯(lián)后輸出的相電壓波形示意圖，可以得到50-5共11個不同的電壓等級。增加電壓等級的同時，每個等級的電壓值大為降低，從而減小了dv/dt對電機絕緣的破壞，并大大削弱了輸出電壓的諧波含量，電壓等級數(shù)量的增加，大大改善了變頻器的輸出

29、性能，輸出波形幾乎接近正弦波。圖5.4 6kV系列5單元輸出及相電壓波形示意圖5.2功率單元 功率單元原理見圖5.5，輸入電源端R、S、T接變壓器二次線圈的三相低壓輸出，三相二極管全波整流為直流環(huán)節(jié)電容充電，電容上的電壓提供給由IGBT組成的單相H形橋式逆變電路。圖5.5 功率單元原理圖功率單元通過光纖接收信號，采用矢量正弦波脈寬調(diào)制（PWM）方式，控制Q1Q4IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷，輸出單相脈寬調(diào)制波形。每個單元僅有三種可能的輸出電壓狀態(tài)，當Q1和Q4導(dǎo)通時，L1和L2的輸出電壓狀態(tài)為1；當Q2和Q3導(dǎo)通時，L1和L2的輸出電壓狀態(tài)為-1；當Q1和Q3或者Q2和Q4導(dǎo)通時，L1和L2的輸出電壓

30、狀態(tài)為0。輸出電壓波形見圖2.4。功率單元具有有源逆變能量回饋功能，當電機處于制動狀態(tài)，電容器上的直流電壓達到有源逆變起動的門檻電壓時，電源自動起動有源逆變，將電機及其負載的機械能轉(zhuǎn)化為電能，回饋到電網(wǎng)中去。5.3控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)由控制器，IO板和人機界面組成。控制器由三塊光纖板，一塊信號板，一塊主控板和一塊電源板組成。各部分之間的聯(lián)系如圖5.8GBP變頻器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖所示。光纖板通過光纖與功率單元傳遞數(shù)據(jù)信號，每塊光纖板控制一相的所有單元。光纖板周期性向單元發(fā)出脈寬調(diào)制（PWM）信號或工作模式。單元通過光纖接收其觸發(fā)指令和狀態(tài)信號，并在故障時向光纖板發(fā)出故障代碼信號。信號板采集變頻器的輸出

31、電壓、電流信號和光電編碼盤信號，并將模擬信號隔離、濾波和量程轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后的信號用于變頻器控制、保護，以及提供給主控板數(shù)據(jù)采集。主控板采用高速單片機，完成對電機控制的所有功能，運用正弦波空間矢量方式產(chǎn)生脈寬調(diào)制的三相電壓指令。通過RS232通訊口與人機界面主控板進行交換數(shù)據(jù)，提供變頻器的狀態(tài)參數(shù)，并接受來人機界面主控板的參數(shù)設(shè)置。人機界面為用戶提供友好的全中文操作界面，負責信息處理和與外部的通訊聯(lián)系，可選上位監(jiān)控而實現(xiàn)變頻器的網(wǎng)絡(luò)化控制。通過主控板和IO接口板通訊來的數(shù)據(jù)，計算出電流、電壓、功率、運行頻率等運行參數(shù)，并實現(xiàn)對電機的過載、過流告警和保護。通過RS232通訊口與主控板連接，通過RS4

32、85通訊口與IO接口板連接，實時監(jiān)控變頻器系統(tǒng)的狀態(tài)。IO接口板用于變頻器內(nèi)部開關(guān)信號以及現(xiàn)場操作信號和狀態(tài)信號的邏輯處理，增強了變頻器現(xiàn)場應(yīng)用的靈活性。IO接口板有處理2路模擬量輸入和2路模擬量輸出的能力，模擬量輸入用于處理來自現(xiàn)場的流量、壓力等模擬信號或模擬設(shè)置時的設(shè)置信號；模擬輸出量是運行頻率和輸出電流。6硬件構(gòu)成GBP變頻器典型排列圖如圖6.1，主要由下列幾部分組成：l 變壓器柜l 控制、單元柜單元柜柜頂安裝有離心式風(fēng)機，用于帶走柜內(nèi)產(chǎn)生的熱量。柜與柜之間通過柜體側(cè)立拄由M10螺栓連接。6.1變壓器柜變壓器柜內(nèi)裝有為功率單元提供三相電源的移相變壓器。柜門上還裝設(shè)有干式變壓器溫度控制儀，

33、為變壓器提供溫度告警和過熱保護。前柜門內(nèi)側(cè)裝有行程開關(guān)，當柜門打開時告警。后柜門裝有電磁鎖，當高壓電上電后，從安全角度考慮，只能用鑰匙打開后柜門。6.2控制/單元柜單元柜內(nèi)安裝的功率單元分成三組，每組排列成一排，每組串聯(lián)成一相，每相串聯(lián)的單元數(shù)量因電壓等級的不同而不同，6kV電壓等級為每相6個單元。單元串聯(lián)后星接（Y接），前右邊三個單元短接成星點，后左邊三個單元輸出接電機和輸出電壓檢測的分壓電阻。A、C相在短接的中性點有霍爾元件，檢測輸出電流。單元安裝在導(dǎo)軌上，用螺釘與導(dǎo)軌固定。單元柜中部為通風(fēng)道，冷空氣通過前后柜門過濾層，流經(jīng)單元散熱器，把功率單元內(nèi)和電抗器產(chǎn)生的熱量帶到中部通風(fēng)道，由柜頂離

34、心風(fēng)機將熱空氣排到單元柜外。柜門外裝有過濾層，用于阻擋粉塵進入單元內(nèi)部。柜門內(nèi)側(cè)裝有行程開關(guān)，用于柜門連鎖，柜門打開時將發(fā)出告警?？刂葡到y(tǒng)安裝在柜的前右面，從上到下依次為控制器（內(nèi)含光纖板、主控板、信號板、電源板）和IO接口板。門上為監(jiān)視器。電源開關(guān)及用戶接線端子排在前面面的右側(cè)小門內(nèi)，變頻器輸出接線柱在控制室下面的高壓出現(xiàn)室內(nèi)。操作人機界面安裝在柜體右門上，人機界面下方是“系統(tǒng)復(fù)位”按鈕及“高壓分斷”自鎖按鈕。觸摸屏上方有“高壓指示”燈、“運行指示”燈和“故障指示”燈。控制系統(tǒng)由220VAC和高壓主電源雙路供電，以保證運行過程中220VAC電源出現(xiàn)故障時變頻器能繼續(xù)工作。光纖板連接與單元通訊

35、的光纜，一塊光纖板對應(yīng)其中一相的單元。電源板為控制器本身提供工作電源。6.3功率單元功率單元（簡稱單元）安裝在單元柜內(nèi)，由螺釘固定在安裝導(dǎo)軌上。柜內(nèi)的所有單元具有完全相同的電氣和機械參數(shù)，可以互換。單元的三相輸入接電抗器器的RST輸出，并由熔斷器保護；單相輸出串聯(lián)后，一端與其他兩相短接成星點，一端輸出到電機。單元內(nèi)有獨立的控制板、驅(qū)動板，驅(qū)動板工作電源取自主回路中的交流環(huán)節(jié)，經(jīng)過隔離變壓器采用開關(guān)電源，最高工作電壓600VAC。驅(qū)動板于驅(qū)動IGBT，控制板通過光纖與系統(tǒng)中的光纖板通訊。光纖是單元與主控系統(tǒng)的唯一連接，因而實現(xiàn)了單元與主控系統(tǒng)的完全電氣隔離。有源逆變的同步相位信號是通過驅(qū)動板板的

36、三相交流檢測線取得的。卸下單元與導(dǎo)軌的固定螺釘，輸入電纜、輸入電壓檢測線、輸出銅排或電纜和光纖接頭后，就完全將單元與單元柜分離了，并可以將其從導(dǎo)軌上取下。單元安裝的步驟則與之相反，將單元放到導(dǎo)軌上，往里輕推至極限位置，擰緊固定螺釘，接好輸入電纜、輸入電壓檢測線和輸出銅排或電纜，插上光纖接頭。變頻器停電后，單元內(nèi)仍可能存在危險電壓。因此一定要等待至少5分鐘后，方能卸下光纖接頭，分離單元；如果要對單元內(nèi)部操作，則必須要等電容完全放電后才能進行。L1、L2為輸出銅排，R、S、T為輸入端子，XT、XR為光纖接口，JC為檢測線端子。圖6.4 功率單元圖功率單元型號因變頻器電壓等級和容量而不同，型號含義如

37、下：例如HPU580/077F代表額定輸出電壓580V，額定輸出電流77A的帶有源逆變功能的功率單元，用于6kV，77A（容量800KVA）變頻器。變頻器的額定電流取決于功率單元，或者說功率單元的額定電流即為變頻器的額定電流。7人機界面GBP-H系列變頻器在控制柜門上安裝有用戶界面，用戶界面分為四個部分，第一部分為指示燈，第二部分為液晶屏，第三部分為薄膜式輕觸鍵盤，第四部分是按紐和閉鎖按紐。如圖7.1所示。圖7.1 人機界面7.1指示燈一共有三個指示燈，從左到右的排列為紅色的高壓指示燈、綠色運行指示燈和紅色的故障指示燈。l 高壓指示：變頻器高壓電源正常，但有兩個特殊情況，其一為系統(tǒng)上高壓電時需

38、等待約15秒鐘系統(tǒng)待機后此燈才亮；其二為在系統(tǒng)高壓短暫失電時，只要沒有報出故障則此燈仍亮。l 運行指示：系統(tǒng)狀態(tài)為運行狀態(tài)時，此燈亮。在上高壓電后正常運行或調(diào)試狀態(tài)下運行時，此燈均亮。注意，在減速停機過程中，變頻器仍為運行狀態(tài)，指示燈亮。l 故障指示：變頻器發(fā)生故障時，該燈亮，有兩種模式。常亮表示有重故障，此時將分斷高壓，可以從液晶屏上查明故障原因，并有故障記錄，需要按柜門上的系統(tǒng)復(fù)位按鈕清除故障鎖存。1秒鐘一個周期，0.5秒亮0.5秒滅時，表示有輕故障，發(fā)生輕故障時，沒有故障原因顯示和故障記錄，變頻器可以正常上電、啟動和運行。7.2液晶屏指示燈下方為液晶屏，是一塊240128分辨率的帶背光的

39、工業(yè)屏，可以顯示8行中文全角文字，這里可以完成對變頻器的一切操作。只有授權(quán)的操作人員才能進入和對參數(shù)進行修改，以保證操作的安全性。液晶屏分為四種屏顯狀態(tài)，通過PRG鍵依次切換，第一屏為系統(tǒng)狀態(tài)屏，第二屏為功能設(shè)置屏，第三屏為參數(shù)設(shè)置屏，第四屏為故障記錄屏。其中系統(tǒng)狀態(tài)屏為主顯示屏，在其他任何顯示屏下，如果15秒沒有鍵盤操作，自動轉(zhuǎn)到系統(tǒng)狀態(tài)屏。7.2.1功能設(shè)置功能設(shè)置為第二主屏，在系統(tǒng)主屏顯示狀態(tài)，按一次PRG鍵，進入功能設(shè)置主屏，功能設(shè)置主頻分三個部分顯示。7.2.2參數(shù)設(shè)置參數(shù)設(shè)置為第三主屏，在系統(tǒng)主屏顯示狀態(tài)，按兩次PRG鍵，進入?yún)?shù)設(shè)置主屏，功能設(shè)置主頻分三個部分顯示在參數(shù)設(shè)置主屏內(nèi)

40、，第一部分參數(shù)設(shè)置是顯示參數(shù)設(shè)置主屏的狀態(tài)，第二部分為參數(shù)名稱，第三部分為參數(shù)值。在參數(shù)設(shè)置主屏內(nèi)，按PRG鍵可以切換到其他主屏；按ALT+/-鍵，可以上下翻頁參數(shù)名稱部分；按和可以更改參數(shù)值；選擇合適的參數(shù)后，按SET鍵保存設(shè)置結(jié)果，在本主屏內(nèi)，RUN和STOP/RESET鍵無效。7.2.3故障記錄故障記錄為第四主屏，在系統(tǒng)主屏顯示狀態(tài)，按三次PRG鍵，進入故障記錄主屏在主屏顯示如圖7.6所示。圖7.6故障記錄8故障處理和維護8.1輕故障分類與報警系統(tǒng)發(fā)生輕故障時，系統(tǒng)給出間歇光報警，輕故障包括變壓器過熱報警，柜門連鎖打開。對于輕故障的發(fā)生，系統(tǒng)不作記憶處理，僅在故障指示中顯示。故障存在時報

41、警，如果故障自行消失，則報警自動取消。系統(tǒng)運行時如果發(fā)生這類故障，變頻器并不立即停機。在停機狀態(tài)下，如果存在這類故障，用戶也還能進行啟動操作。8.2重故障分類與報警系統(tǒng)發(fā)生下列故障時,按照重故障處理：重故障包括：外部故障、變壓器過熱、電機過流、柜溫過熱、單元故障、變頻器過流、高壓失電、PLC故障、控制器不通訊、PLC不通訊。單元故障包括：熔斷器故障、過熱、IGBT故障、電源故障、欠壓、過壓、光纖故障。上述任何一個故障發(fā)生時，系統(tǒng)給出連續(xù)的報警信號和故障指示，發(fā)出高壓分斷指令。系統(tǒng)保持故障指示及高壓分斷指令。以上重故障發(fā)生后，系統(tǒng)作記憶處理。故障一旦發(fā)生，系統(tǒng)報警并自動跳閘停機，故障原因被記錄。

42、如果故障自行消失，故障指示、高壓分斷等指令也都一直保持。只有故障徹底排除，并且用人機界面上的系統(tǒng)復(fù)位按鈕或者遠程的外部復(fù)位按鈕復(fù)位后才能使變頻器恢復(fù)到系統(tǒng)待機狀態(tài)，并允許重新開機。重故障發(fā)生時，高壓電源將自動分斷。如果因為其他原因沒有分斷，用戶可以用柜門的高壓分斷按鈕將高壓電源強行手動分斷。l8.3如何更換功率單元單元柜內(nèi)的功率單元模塊是完全一致的，如果某一單元由于故障而不能正常工作，可以在允許設(shè)備退出的時間用備用單元將其替換。更換功率單元模塊可遵照以下步驟進行：l 停機，使變頻器退出運行狀態(tài)；l 切斷高壓電源，推出高壓柜小車，并將本地或遠程高壓分斷開關(guān)鎖定；l 打開功率柜柜門，等待所有單元的

43、指示燈熄滅；l 拔掉故障單元的TX、RX兩根光纖頭；l 用扳手卸下故障單元的R、S、T輸入電源接線和L1、L2輸出連接銅排；l 打開故障電源相應(yīng)位置的單元柜的后蓋板，拆下單元和相應(yīng)的電抗器功率線；l 拆下故障單元與軌道的兩個固定螺絲；l 將故障單元沿軌道拔出，注意輕拿輕放；l 按與上述拆卸相反的順序?qū)溆脝卧b上并接線，并且一定要注意電抗器和單元之間功率線的相序 ；l 系統(tǒng)重新上電投入運行；l 與廠家聯(lián)系維修故障單元。8.4維護GBP高壓變頻器在設(shè)計和制造時已充分考慮到人身安全，然而作為高壓設(shè)備，變頻器內(nèi)部連接均存在致命電壓。另外，散熱器和許多其他元器件都很熱，不能接觸。因此，在變頻器操作和維

44、護時必須考慮下列警告：l 在柜內(nèi)靠近或接觸元器件時，要消除靜電，消除靜電的方法是：戴接地防靜電手鐲環(huán)，該手鐲環(huán)通過1M電阻接地；通過觸摸接地的金屬片可以消除靜點。l 在變頻器運行過程中，不要斷開控制電源，這有可能導(dǎo)致出現(xiàn)未知損害，這將導(dǎo)致功率單元損壞。l 不要將易燃易爆物品存放在變頻器柜內(nèi)或周圍。l 在做任何維護和檢修工作之前，要嚴格遵守操作規(guī)程。l 確認無發(fā)熱部件和不帶電之前，千萬不要觸摸柜內(nèi)的任何部位。l 不要以為關(guān)斷輸入開關(guān)后柜內(nèi)就不存在電壓了，電壓仍然存在于輸入開關(guān)的上端。l 操作時保持單手操作，穿戴安全防護鞋，并有其他人在場。l 不要帶電連接或斷開任何表計、電纜、通訊光纜和電路板。l

45、 在檢修或更換功率單元時，一定要將高壓切斷并將器下端可靠接地，然后方可打開高壓柜門，并檢查所有單元指示燈完全熄滅后才能接觸功率單元。l 不要使高壓輸入誤送到變頻器的輸出端，這樣會嚴重損壞變頻器。l 不要用高壓搖表測量變頻器的輸出絕緣，這樣會使功率單元中的開關(guān)器件損壞。l 變頻器的日常維護及巡視l 經(jīng)常檢查室內(nèi)溫度，通風(fēng)情況，注意室內(nèi)溫度不要超過40。l 保持室內(nèi)清潔衛(wèi)生。l 經(jīng)常檢查變頻器是否有異常聲響，異味，柜體是否發(fā)熱；排風(fēng)口是否有異味。l 經(jīng)常用一張A4紙檢查變壓器柜、功率單元柜進風(fēng)口風(fēng)量，看紙張是否能被過濾網(wǎng)牢牢吸住，如有問題應(yīng)及時排除（檢查冷卻風(fēng)機是否運轉(zhuǎn)正常，更換或清洗過濾網(wǎng)）。l

46、 建議變頻器投入運行頭一個月內(nèi)，將變壓器所有進出線電纜、功率單元進出線電纜、控制電纜緊固一遍，以后每半年緊固一遍。并用吸塵器清除柜內(nèi)灰塵。l 定期記錄變頻器運行情況，發(fā)生故障跳閘時，要記錄故障情況，查明原因并排除后方可再次上電。9主控臺各按鈕和轉(zhuǎn)換開關(guān)的用途與功能一、急?；謴?fù)按鈕： 1、此按鈕作為緊?；謴?fù)按鈕，如絞車出現(xiàn)故障，為方便維護工檢查，故障點程序內(nèi)部自鎖，故障排除后，按此按鈕方可解除自保點，使安全繼電器能得電開車。 2、可以校正行程計數(shù)器的脈沖總數(shù)：校正辦法，首先將“解語言報警”開關(guān)順時針旋轉(zhuǎn)90度，將串車開到上井口停車位置，容器位置顯示“0”位，打3點正常開車當運行到下井口停車位置時提前按住“急?；謴?fù)”按鈕，當右滾筒箕斗到位后這時容器位置顯示729m 。 3、提升鉤數(shù)清零：鉤數(shù)需要清零時，將速度選擇開關(guān)順時針旋轉(zhuǎn)90度，按一下急?；謴?fù)按鈕，提升勾數(shù)被清零。二、慢上、慢下按鈕：這兩個按鈕在這里主要用于調(diào)整制動泵KT線圈電流大小的，調(diào)KT線圈電流方法如下：先將1AK、2AK、3AK、三個鈕子開關(guān)順時針旋轉(zhuǎn)90度，按住切除程序保護按鈕，不要開制動泵，打上信號，推開工作閘，按一下慢上按鈕，KT線圈電流有所上升，按一下慢下按鈕，KT線圈電流有所下降，調(diào)整完畢，應(yīng)將1AK、2AK、3AK開