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掘進(jìn)機(jī)的電控系統(tǒng)研究畢業(yè)設(shè)計(jì)論文-閱讀頁(yè)

2024-10-28 00:43本頁(yè)面
  

【正文】 行比較判斷,若在一定時(shí)限內(nèi),采樣 到的信號(hào)有效值都在設(shè)定的故障范圍值之內(nèi),則認(rèn)為有故障產(chǎn)生,并由 PLC 發(fā)出故障控制信號(hào)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行跳閘斷電和報(bào)警,或是切斷電鈴和照明燈的電源,并送液晶屏和顯示視窗顯示故障信息,實(shí)現(xiàn)整個(gè)電控系統(tǒng)的保護(hù)功能。 工作原理(以油泵電機(jī)為例) 首先開(kāi)機(jī)前檢查供電電壓及各回路絕緣狀態(tài)。 油泵電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中,出現(xiàn)過(guò)載、過(guò)流、三相不平衡、斷相等故障時(shí), PLC 接受電流互感器采集的 電流信號(hào)通過(guò)程序運(yùn)算,使輸出點(diǎn) CZ221 斷電,接觸器 KM1 斷開(kāi)主回路,運(yùn)行的油泵電機(jī)停止。過(guò)載保護(hù)和漏電閉鎖為自動(dòng)復(fù)位,過(guò)載三分鐘后復(fù)位,絕緣恢復(fù)到漏電閉鎖值的 倍時(shí)自動(dòng)復(fù)位。 漏電閉鎖故障是在各電機(jī)起動(dòng)運(yùn)行之前檢查并顯示。當(dāng)掘進(jìn)機(jī)電氣系統(tǒng)主電路單相對(duì)地絕緣電阻值降到規(guī)定值以下時(shí)電機(jī)不能啟動(dòng) (參考值 AC1140V 為40KΩ , AC660V 為 22 KΩ )。流入大地的電流,叫做漏電電流。 當(dāng)系統(tǒng)送電后, PLC 首先檢測(cè)接觸器真空管是否粘連,若正常 主控器端子 CZ227 輸出 AC220V,使漏檢繼電器 KM KM8 吸合,對(duì)各回路漏電檢測(cè),當(dāng)絕緣阻值過(guò)低,電機(jī)不能啟動(dòng)。當(dāng)電機(jī)停止后,粘連回路投入檢測(cè),真空管無(wú)粘連,延時(shí) 2 秒漏檢繼電器吸合,檢測(cè)各回路漏電。分 別按油泵、截割、二運(yùn)、風(fēng)機(jī),對(duì)應(yīng)出現(xiàn)漏電故障信息,則認(rèn)為系統(tǒng)正常。對(duì)應(yīng)熱敏電阻阻值為 1KΩ2KΩ。但若出現(xiàn)長(zhǎng)期帶負(fù)載欠電壓運(yùn)行、長(zhǎng)期過(guò)載運(yùn)行及長(zhǎng) 期斷相運(yùn)行等不正常情況時(shí),就會(huì)加速電動(dòng)機(jī)絕緣老化過(guò)程,縮短電動(dòng)機(jī)的使用壽命,甚至?xí)?dǎo)致燒毀電動(dòng)機(jī)繞組。與電流繼電器和熔斷器不同,熱繼電器中發(fā)熱元件有熱慣性,在電路中不能做瞬時(shí)過(guò)載保護(hù),更不能做短路保護(hù)。熱繼電器采用的是雙金屬片熱繼電器,主要由熱元件、雙金屬片和觸頭組成。過(guò)載動(dòng)作后,使電機(jī)停止, 3 分鐘自動(dòng)復(fù)位。不對(duì)稱(chēng)故障對(duì)電動(dòng)機(jī)的損害不僅僅是電流增加引起的發(fā)熱,更重要的是不對(duì)稱(chēng)引起負(fù)序效應(yīng)給電動(dòng)機(jī)運(yùn)行帶來(lái)的隱患。 當(dāng)電機(jī)出現(xiàn)斷相或三相不平衡率達(dá)到 60%時(shí),主控器發(fā)出電機(jī)斷相故障,使電機(jī)停止,按復(fù)位鍵復(fù)位。常用的過(guò)電流保護(hù)裝置有:定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)、反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)、無(wú)時(shí)限過(guò)電流速斷保護(hù)、有時(shí)限過(guò)電流速斷保護(hù)和三段式過(guò)電流保護(hù)等。煤機(jī)電器系統(tǒng)以自動(dòng)空氣斷路器作為饋電開(kāi)關(guān),自動(dòng)空氣斷路器具有良好的滅弧裝置,斷流能力強(qiáng)。自動(dòng)空氣斷路器通常裝有短路、欠電壓及過(guò)負(fù)荷等保護(hù)裝置,當(dāng)被保護(hù)電路發(fā)生故障或不 正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí),可以自動(dòng)跳閘。 系統(tǒng)過(guò)電壓、欠電壓保護(hù) 當(dāng)系統(tǒng)電壓超過(guò)額定電壓 15%時(shí),啟動(dòng)時(shí)低于額定電壓 75%或長(zhǎng)時(shí)間低于額定電壓 85%時(shí),主控器動(dòng)作,發(fā)出電壓異常故障信息,使電機(jī)停止,電壓正常時(shí)自動(dòng)復(fù)位。 (參考值 AC220V為 5 KΩ, AC120V 為 3 KΩ, AC24V 為 2 KΩ。 3 PLC 與變頻器的通訊 根據(jù)掘進(jìn)機(jī)電控系統(tǒng)的控制要求選擇三菱公司的 FRA740 變頻器,下面分析 SIMENZ S7300 PLC 與 FRA740 在 PROF1BUSDP 網(wǎng)絡(luò)中通訊的實(shí)現(xiàn)。 變頻器的基本工作原理 變頻調(diào)速就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)定子供電頻率,以平滑改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。在整個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程中,都可以保持有限的轉(zhuǎn)差功率,具有高精度、高效率的調(diào)速性能。 由上式可知轉(zhuǎn)速 n 與頻率 f 成正比,只要改變頻率 f 即可改變?nèi)喈惒诫妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 可知,定子電壓與磁通和頻率成正比,當(dāng) U 不變時(shí), f 和 ? 成反比, f 的升高勢(shì)必導(dǎo)致磁通的降低。當(dāng)變頻器頻率調(diào)到大于 50Hz 時(shí),電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要以和頻率成反比的線性關(guān)系下降。 電源整 流濾 波制 動(dòng)逆 變電動(dòng)機(jī)回 饋 電 路L C 濾 波 變頻器的主電路圖 現(xiàn)代變頻器采用微計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)構(gòu)成,并提供了標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)通訊接口和內(nèi)置協(xié)議 (如 PROFIBUS, CCLINK 等 ),為變頻器的遠(yuǎn)程監(jiān)控提供了必要的基礎(chǔ)。 R / L 1S / L 2T / L 3G電源M~UVWS T FS T RS T O PR HR MR LJ O GR TM R SR E SS DC 1B 1A 1C 2B 2A 2T X D +T X D R X D +R X D V C C數(shù) 據(jù) 發(fā) 送數(shù) 據(jù) 接 收5 V正 轉(zhuǎn) 啟 動(dòng)反 轉(zhuǎn) 啟 動(dòng)啟 動(dòng) 自 保 持 選 擇高 速中 速低 速第 二 功 能 選 擇點(diǎn) 動(dòng) 模 式輸 出 停 止復(fù) 位公 共 端繼 電 器 輸 出 1繼 電 器 輸 出 2 PROFIBUSDP 的 DP 即 Decentralized Periphery。它與 PROFIBUSPA( Process Automation )、 PROFIBUSFMS (Fieldbus Message Specification )共同組成了 PROFIBUS 標(biāo)準(zhǔn) 。 圖 變頻器 FRA740 外部接口示意圖 頻器 FRA740 外部接口示意圖 –DP 作用 用于現(xiàn)場(chǎng)層的高速數(shù)據(jù)傳送。總線循環(huán)時(shí)間必須要比主站( PLC)程序循環(huán)時(shí)間短。 1傳輸技術(shù): RS- 485 雙絞線.雙線電纜或光纜。 2總線存?。焊髦髡鹃g令牌傳遞,主站與從站間為主-從傳送。總線上最多站點(diǎn)(主-從設(shè)備)數(shù)為 126。循環(huán)主-從用戶(hù)數(shù)據(jù)傳送和非循環(huán)主-主數(shù)據(jù)傳送。 5同步:控制指令允許輸入和輸出同步。 6功能: DP主站和 DP從站間的循環(huán)用戶(hù)有數(shù)據(jù)傳送。 DP 從站組態(tài)的檢查。輸入或輸出的同步。通過(guò)部線對(duì) DP 主站( DPM1)進(jìn)行配置,每 DP 從站的輸入和輸出數(shù)據(jù)最大為 246 字節(jié)。 DP 從站帶看門(mén)狗 定時(shí)器( Watchdog Timer)。 DP主站上帶可變定時(shí)器的用戶(hù)數(shù)據(jù)傳送監(jiān)視。第一類(lèi) DP 主站( DPM1)是中央 中央可編程控制器 ,如 PLC. PC等。 基于 PRDFIBUSDP 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建 FRA740 與 PROFIBUSDP 網(wǎng)絡(luò)的連接是通過(guò)安裝 A7NP 通訊卡來(lái)實(shí)現(xiàn)的,其典型配置如 圖 所示,我們可以把系統(tǒng)分為三層結(jié)構(gòu),分別為監(jiān)控層、控制層、執(zhí)行層。 I P CP L C電 機(jī)電 機(jī)變 頻 器變 頻 器M P IP R O F I B U S D P? ? ? ?控 制 層執(zhí) 行 層監(jiān) 控 層 圖 于 PofibusDP 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 變頻器數(shù)據(jù)通訊的實(shí)現(xiàn) 參數(shù)設(shè)置 在進(jìn)行設(shè)備通訊之前 .必須對(duì)變頻器的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置 .首先在 A7NP 卡上設(shè)置網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)地址,必須要與 STEP 7 硬件組態(tài)中設(shè)置的地址完全一致,這個(gè)設(shè)置主要通過(guò) A7NP 上 SW3, SW1 兩個(gè)旋鈕開(kāi)關(guān)來(lái)調(diào)節(jié)的,另外其他主要參數(shù)設(shè)置如表 所示,它們是在 FRA740 的操作面板設(shè)置的。這個(gè)通道經(jīng)常被稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)通道 .其中包含有用的用戶(hù)數(shù)據(jù)。 協(xié) 議 結(jié) 構(gòu)( 頭 部 ) 參 數(shù) 通 道( P K W )過(guò) 程 通 道( P Z D )有 效 數(shù) 據(jù)協(xié) 議 結(jié) 構(gòu)( 尾 部 )圖 PROFIBUSOP 報(bào)文中有效的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 變速驅(qū)動(dòng)行規(guī)對(duì) PPO 的結(jié)構(gòu)、長(zhǎng)度作了更具體的規(guī)定,常用的參數(shù)過(guò)程數(shù)據(jù)對(duì)象 PPO 一共有 5 種類(lèi)刑,按照可用數(shù)據(jù)有無(wú)參數(shù)通道及過(guò)程通道的數(shù)據(jù)字的多少來(lái)劃分: (1)可用數(shù)據(jù)有數(shù)據(jù)區(qū)而無(wú)參數(shù)區(qū),有兩字或六個(gè)字的過(guò)程數(shù)據(jù),如 PP03和 PP04; (2)可用數(shù)據(jù)有參數(shù)區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū),且有兩個(gè)字、六個(gè)字或是個(gè)字的過(guò)程數(shù)據(jù),如 PP0 PP0 PP05。選用那種類(lèi)型的 PPO,取決于在硬件組態(tài)中的設(shè)置。參數(shù)數(shù)據(jù)運(yùn)行存取傳動(dòng)系統(tǒng)的所有參數(shù)。 表 常用 PPO 數(shù)據(jù)類(lèi)型 PPO 1 2 3 4 5 PKW 段 PKE √ √ √ IND √ √ √ PWE √ √ √ PWE √ √ √ PZD 段 PZD1 STW1 ZSW1 √ √ √ √ √ PZD2 HSW HIW √ √ √ √ √ PZD3 √ √ √ PZD4 √ √ √ PZD5 √ √ √ PZD6 √ √ √ PZD7 √ PZD8 √ PZD9 √ PZD10 √ 注: PKW:參數(shù)識(shí)別值 IND:變址 ZSW:狀態(tài)字 PZD:過(guò)程數(shù)據(jù) PWE:參數(shù)值 HSW:主設(shè)定值 PKE:參數(shù)識(shí)別 STW:控制字 HIW:主實(shí)際值 PKW 區(qū)說(shuō)明參數(shù)數(shù)值 (PKW )的數(shù)據(jù)接口處理方式。這一機(jī)理確定了參數(shù)在兩個(gè)通訊伙伴之間 (如PLC 和變頻器之間 )的傳輸方式。前兩個(gè)字 (PKE和 IND)的信息是關(guān)于主站請(qǐng)求任務(wù) (任務(wù)識(shí)別標(biāo)記 ID)和從站應(yīng)答響應(yīng) (應(yīng)答識(shí)別標(biāo)記 ID)的報(bào)文。 PKW 參數(shù)通道的第一個(gè)字是參數(shù)標(biāo)識(shí)符 PKE。位 12 到位 15 (AK)包括任務(wù)標(biāo)識(shí)舊和應(yīng)答標(biāo)識(shí)舊。變址 IND的 0 到 7位為帶數(shù)組的參數(shù)尋址提供數(shù)組下標(biāo) .決定訪問(wèn)數(shù)組參數(shù)的哪一個(gè)元素。參數(shù)值總是以雙字來(lái)傳送,在 PPO 報(bào)文中,一次只能傳送一個(gè)參數(shù)值,由 PWE1(高位字 )和 PWE2(低位字 )共同組成一個(gè) 32 位參數(shù)數(shù)值 .當(dāng)用 PWE2 傳送一個(gè) 16 位參數(shù)值 .必須在 DP 主站中設(shè)置高位字 PWE1 為零。 (2)主站必須重復(fù)地發(fā)送任務(wù)報(bào)文直到從從站那里得到相應(yīng)的應(yīng)答報(bào)文。 (3)完成的任務(wù)必須送出一個(gè)報(bào)文,對(duì)于應(yīng)答也一樣。 (5)如果在周期工作中不器要 PKW 參數(shù)通道的信息而只需要 PZD 過(guò)程通道的信息 .則任 務(wù) ID 被發(fā)布為“無(wú)任務(wù) (用 0 表示 )”。通常 DP 主站給傳動(dòng)裝置的任務(wù)報(bào)文中,第一個(gè) PZD 字為控制字,第二個(gè)字為主設(shè)定值 。 本文中 FRA740 采用 PP03 的數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu) .即使用過(guò)程通道 (PZD)控制和監(jiān)測(cè)變 頻器的工作,而沒(méi)有使用參數(shù)通道 (PKW)修改變頻器的內(nèi)部參數(shù)。 表 PPO3 的 PZD 結(jié)構(gòu) 主站給 FRA740 的 PZD 任務(wù)報(bào)文的第一個(gè)字 PZD1 是變頻器的控制字(STW).其每一位的含義如表 所示。如果位 10 是0,變頻器將以從 前的控制方式繼續(xù)工作。 PZD 應(yīng)答報(bào)文的第二個(gè)字是主要的運(yùn)行參數(shù)實(shí)際值 (HIW).通常,把它定義為變頻器的實(shí)際輸出頻率。1:寫(xiě)入 EEPROM 表 FRA740 變頻器狀態(tài)字定義表 變頻器通訊程序 在編寫(xiě)變頻器通訊程序時(shí),首先應(yīng) 該讀取變頻器的狀態(tài)字,判斷變頻器是否準(zhǔn)備就緒,如果沒(méi)有就緒則判斷是否存在故障,若有故障要判斷故障的類(lèi)型,給出相關(guān)的故障提示信息。其程序結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。若能正確讀取數(shù)據(jù),錯(cuò)誤代碼返回 0000(HEX)。同理 .寫(xiě) PZD 報(bào)文是通過(guò)調(diào)用系統(tǒng)功能 SFC15(DPWR_DAT)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,它也有三個(gè)入口參數(shù) :DP 從站寫(xiě)數(shù)據(jù)區(qū)的首地址、存放待寫(xiě)入數(shù)據(jù)變量的首地址、存放錯(cuò)誤代碼的地址。若寫(xiě)入出錯(cuò),錯(cuò)誤代碼為非零值。 CALL DPRD_DAT //調(diào)用 SFC14 讀取 PZD 應(yīng)答報(bào)文 LADDR := addres_IW //DP 從站讀數(shù)據(jù)區(qū)的首地址 RET_VAL: = ERROR_ COD_I_N//存儲(chǔ)錯(cuò)誤代碼的返回變量 RECORD : = BPQ_in //存放應(yīng)答報(bào)文的首地址 L W16F L [1] //PZD1 字 AW //判斷變頻器是否就緒 JN NR//沒(méi)有準(zhǔn)備就緒 CLR = fault //清內(nèi)部故障標(biāo) 志位 L Control_ word1 T [1]//寫(xiě)從站固定控制字 SPEE: L SPEED_ IW T BPQ_ [2]//寫(xiě)主頻率給給定數(shù)值 CALL DPWR_DAT //調(diào)用 SFC15 寫(xiě) PZD 任務(wù)報(bào)文 LADDR := addres_QW //DP 從站寫(xiě)數(shù)據(jù)區(qū)的首地址 RECORD:= BPDee_out//存放任務(wù)報(bào)文的首地址 RET _VAL:= ERROR _CODE_OUT //存 儲(chǔ)錯(cuò)誤代碼的返回變量 NOP CALL DPRD_ DAT //調(diào)用 SFC14 讀取 PZD 應(yīng)答報(bào)文 LADDR:= addres_ IW RET _VAL:= ERROR_ CODE_IN RECORD:= BPQ_in L [2] T Actual_peed //讀取主頻率實(shí)際運(yùn)行值 JU END NR: L W168 L [1]//PZD1 字 AW //判斷變頻器是否有故障 JZ END SET
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