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掘進機的電控系統(tǒng)研究畢業(yè)設計論文(已改無錯字)

2022-11-20 00:43:28 本頁面
  

【正文】 按風機按鍵,主控器端子 CZ224 斷開AC220V,接觸器 KM4 斷開, 斷開,主控器檢測到輸入信號斷開,認為風機電機已正常停止,粘連檢測投入,不正常發(fā)出“風機粘連”故障信息。風機停止后狀態(tài)信息顯示“風機停止” 。 總急停 機器運轉過程 中,按下緊急停止按鈕 SB SB2,主控器端子 CZ225 無AC220V 輸出, KM5 斷電,切斷 220V 供電,同時主控器內部停止所有的輸出,使運行中的各電機立即停止。按下急停按鍵彈出急停的報警信息,再次啟動需按復位鍵。 SB3 為截割急停,按下截割急停截割電機不能啟動,截割狀態(tài)顯示“按復位復位” ,需按復位鍵解鎖。 電氣連鎖 連鎖一般用于串聯(lián)電路或并聯(lián)電路中 ,也就是說電器的工作狀態(tài)是由二個以上條件決定的 ,比如在串聯(lián)電路中它必需全部滿足條件才能運行 ,在并聯(lián)電路中它只要滿足其中一個條件就能運 行。 主要的電氣連鎖有: 1:必須發(fā)開機信號才能進入啟動畫面,油泵電機才能啟動 。 2:只有當油泵電機啟動后,截割、二運、風機電機的狀態(tài)信息才顯示,否則截割、二運、風機按鍵將不起作用。油泵 停止,運行中的截割、二運、風機將停止。 3:啟動截割電機時首先自動啟動截割預警,預警結束后截割電機自動啟動。 4: 利用限位開關 XK2,確保在無負荷情況下, 隔離開關 TQ 停、送電。 5:當前級電源先導回路接 43 和 47 時,開箱門和瓦斯閉鎖可停前級電源。 保護回路 電路 的組成 保護回路主要是由電流互感器 TA1TA12,電機內熱敏電阻,低壓漏電檢測,漏電閉鎖檢測回路等組成。由電流、電壓互感器實時檢測電動機的三相線電壓和線電流 。用粘連漏電檢測電路檢測真空接觸器的管漏電、觸頭的粘連和電機的絕緣檢測 。用低壓漏電檢測電路檢測電鈴和照明燈漏電 。用瓦斯斷電儀和甲烷傳感器監(jiān)測礦井下的瓦斯?jié)舛?,此外還有電機溫度,液位、油溫、位移等傳感器的信號, PLC 接受電流互感器、熱敏電阻、零續(xù)電流互感器、漏電閉鎖等信號,并將計算出來的信號有效值與預先設定的相應整定值進行比較判斷,若在一定時限內,采樣 到的信號有效值都在設定的故障范圍值之內,則認為有故障產生,并由 PLC 發(fā)出故障控制信號對電動機進行跳閘斷電和報警,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,實現(xiàn)整個電控系統(tǒng)的保護功能。若無故障產生,則循環(huán)采樣、顯示和存儲電壓、電流信號。 工作原理(以油泵電機為例) 首先開機前檢查供電電壓及各回路絕緣狀態(tài)。當出現(xiàn)過電壓、欠電壓、瓦斯超限、漏電閉鎖時,各電機將不能啟動,同時顯示出故障狀態(tài)。 油泵電機運轉過程中,出現(xiàn)過載、過流、三相不平衡、斷相等故障時, PLC 接受電流互感器采集的 電流信號通過程序運算,使輸出點 CZ221 斷電,接觸器 KM1 斷開主回路,運行的油泵電機停止。同時液晶屏和顯示窗顯示故障狀態(tài),當出現(xiàn)過流和斷相時,按操作箱復位按鈕可以重新啟動。過載保護和漏電閉鎖為自動復位,過載三分鐘后復位,絕緣恢復到漏電閉鎖值的 倍時自動復位。截割、二運、風機的保護原理和油泵電機相同。 漏電閉鎖故障是在各電機起動運行之前檢查并顯示。漏電閉鎖( earth leakage search/lockout),檢測分斷狀態(tài)的饋電開關或電磁啟動器負荷側絕緣電阻,如低于設定值時使其不能合閘送電 的功能。當掘進機電氣系統(tǒng)主電路單相對地絕緣電阻值降到規(guī)定值以下時電機不能啟動 (參考值 AC1140V 為40KΩ , AC660V 為 22 KΩ )。 漏電故障是指在電力系統(tǒng)中,當帶電導體對大地的絕緣阻抗降低到一定程度,使經該阻抗流人大地的電流增大到一定程度.我們就說該帶電導體發(fā)生了漏電故障,或者說該供電系統(tǒng)發(fā)生了漏電故障。流入大地的電流,叫做漏電電流。對于目前國內井下廣泛采用的變壓器中性點絕緣的低壓供電系統(tǒng),漏電故障的明確定義為:在中性點絕緣的低壓供電系統(tǒng)中,發(fā)生單相接地 (包括直接按地和經過渡阻抗接地 )或兩相、三相對 地的總絕線阻抗下降到危險值的電氣故障就叫作漏電故障,簡稱漏電。 當系統(tǒng)送電后, PLC 首先檢測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,對各回路漏電檢測,當絕緣阻值過低,電機不能啟動。如各回路正??梢詥与姍C,啟動電機前斷開漏檢繼電器,停止漏電檢測,然后電機啟動。當電機停止后,粘連回路投入檢測,真空管無粘連,延時 2 秒漏檢繼電器吸合,檢測各回路漏電。 在未開機的情況下, 進入參數(shù)修改畫面可以對四臺電機漏電檢測回路進行漏電試驗,以驗證系統(tǒng)的可靠性。分 別按油泵、截割、二運、風機,對應出現(xiàn)漏電故障信息,則認為系統(tǒng)正常。 電機溫度保護 由于冷卻系統(tǒng)故障或環(huán)境溫度過高,油泵和截割電機繞組溫度達到 170℃時,熱敏電阻呈高阻,埋在電機定子繞組中的溫度繼電器動作,保護裝置通過程序控制油泵或截割電機停止運轉,電機冷卻后自動復位。對應熱敏電阻阻值為 1KΩ2KΩ。 電機過載保護 在電動機實際的運行中,常會遇到過載或欠電壓情況,但只要不嚴重、時間短,電機繞組不超過允許的溫度,這些情況是允許的。但若出現(xiàn)長期帶負載欠電壓運行、長期過載運行及長 期斷相運行等不正常情況時,就會加速電動機絕緣老化過程,縮短電動機的使用壽命,甚至會導致燒毀電動機繞組。為了充分發(fā)揮電動機的過載能力,保證電動機的正常啟動和運轉,當電動機一旦出現(xiàn)長時間過載等情況,需要自動切斷電路,從而出現(xiàn)了能隨過載程度而改變動作時間的電器,這就是熱繼電器。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過載保護,更不能做短路保護。 EBZ135 型掘進機的電動機過載保護,是通過熱繼電器實現(xiàn)的。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。當電機出現(xiàn) 過載時,程序采取反時限過載保護。過載動作后,使電機停止, 3 分鐘自動復位。 電機三相不平衡及斷相保 電動機的不對稱保護主要有斷相、相間短路、匝間短路、不平衡運行、接地短路等。不對稱故障對電動機的損害不僅僅是電流增加引起的發(fā)熱,更重要的是不對稱引起負序效應給電動機運行帶來的隱患。因此,電動機運行缺陷的早期診斷是非常重要的。 當電機出現(xiàn)斷相或三相不平衡率達到 60%時,主控器發(fā)出電機斷相故障,使電機停止,按復位鍵復位。 各電機過流保護 電器設備的過電流保護,通常又被稱為短路保 護,它是指當電網供電線路或供電設備發(fā)生短路故障時,供電線路的電流突然增大,過電流保護就是利用這一特點構成的保護裝置。常用的過電流保護裝置有:定時限過電流保護、反時限過電流保護、無時限過電流速斷保護、有時限過電流速斷保護和三段式過電流保護等。 EBZ135 型掘進機的過電流保護采用有時限過電流速斷保護。煤機電器系統(tǒng)以自動空氣斷路器作為饋電開關,自動空氣斷路器具有良好的滅弧裝置,斷流能力強。它不僅能夠切斷正常的負荷電流,也能切斷短路電流。自動空氣斷路器通常裝有短路、欠電壓及過負荷等保護裝置,當被保護電路發(fā)生故障或不 正常運行狀態(tài)時,可以自動跳閘。 當各回路電流達到額定電流 810 倍時,主控器在 200400 毫秒動作,使電機停止,按復位按鈕復位。 系統(tǒng)過電壓、欠電壓保護 當系統(tǒng)電壓超過額定電壓 15%時,啟動時低于額定電壓 75%或長時間低于額定電壓 85%時,主控器動作,發(fā)出電壓異常故障信息,使電機停止,電壓正常時自動復位。 低壓線路漏電保護 低壓線路漏電保護 :當 AC220V、 AC120V、 AC24V 低壓線路對地絕緣能力降低到規(guī)定值時保護動作,顯示 220V漏電、 120V漏電或 24V漏電。 (參考值 AC220V為 5 KΩ, AC120V 為 3 KΩ, AC24V 為 2 KΩ。 瓦斯閉鎖保護 當瓦斯檢測儀檢測的瓦斯含量超標時,主控器通過程序判斷故障,使串入前級電源控制回路的繼電器得電,從而停前級電源。 3 PLC 與變頻器的通訊 根據(jù)掘進機電控系統(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 網絡中通訊的實現(xiàn)。變頻器由于其應用簡便和性能可靠,已成為工業(yè)傳動裝里中首選的電機控制器。 變頻器的基本工作原理 變頻調速就是通過改變電動機定子供電頻率,以平滑改變電動機轉速。當頻率 f 在 050Hz 的范圍內變化時,電動機轉速調節(jié)范圍非常寬。在整個調節(jié)過程中,都可以保持有限的轉差功率,具有高精度、高效率的調速性能。 由電動機基本理論知道,三相異步電動機的轉速表達式為 p sfn )1(60 ?? 式中: n — 異步電動機的轉速; f — 異 步電動機定子頻率; s — 電動機轉差率; p — 電動機極對數(shù)。 由上式可知轉速 n 與頻率 f 成正比,只要改變頻率 f 即可改變三相異步電動機的轉速。但是異步電動機電動勢公式 UfNE ??? 式中: E — 定子每相繞組感應電動勢的有效值; f — 定子頻率; N — 定子每相繞組的有效匝數(shù); ? — 每極磁通量; U — 定子電壓。 可知,定子電壓與磁通和頻率成正比,當 U 不變時, f 和 ? 成反比, f 的升高勢必導致磁通的降低。通常電動機是按 50Hz 的頻率設計制造的,其額定轉矩也是在這個頻率范圍內給出的。當變頻器頻率調到大于 50Hz 時,電動機產生的轉矩要以和頻率成反比的線性關系下降。為了有效維持磁通的恒定,我們必須在改變頻率時同步改變電動機電壓 U ,即保持 U 與 f 成比例關系。 電源整 流濾 波制 動逆 變電動機回 饋 電 路L C 濾 波 變頻器的主電路圖 現(xiàn)代變頻器采用微計算機數(shù)字控制技術構成,并提供了標準的工業(yè)通訊接口和內置協(xié)議 (如 PROFIBUS, CCLINK 等 ),為變頻器的遠程監(jiān)控提供了必要的基礎。變頻器外部接口 圖如圖 。 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 啟 動反 轉 啟 動啟 動 自 保 持 選 擇高 速中 速低 速第 二 功 能 選 擇點 動 模 式輸 出 停 止復 位公 共 端繼 電 器 輸 出 1繼 電 器 輸 出 2 PROFIBUSDP 的 DP 即 Decentralized Periphery。它具有高速低成本,用于設備級控制系統(tǒng)與分散式 I/O 的通信。它與 PROFIBUSPA( Process Automation )、 PROFIBUSFMS (Fieldbus Message Specification )共同組成了 PROFIBUS 標準 。 PROFIBUSDP 做為現(xiàn)場總線 PROFIBUS 標準中一種,是一種高速 (數(shù)據(jù)傳輸率為 )、經濟、可靠的現(xiàn)場級網絡,已經在工業(yè)控制得到了廣泛的應用。 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)場層的高速數(shù)據(jù)傳送。主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息??偩€循環(huán)時間必須要比主站( PLC)程序循環(huán)時間短。除周期性用戶數(shù)據(jù)傳輸外, PROFIBUSDP 還提供智能化設備所需的非 周期性通信以進行組態(tài).診斷和報警處理。 1傳輸技術: RS- 485 雙絞線.雙線電纜或光纜。波特率從 bit/s到 12M bit/s。 2總線存取:各主站間令牌傳遞,主站與從站間為主-從傳送。支持單主或多主系統(tǒng)??偩€上最多站點(主-從設備)數(shù)為 126。 3通信:點對點(用戶數(shù)據(jù)傳送)或廣播(控制指令)。循環(huán)主-從用戶數(shù)據(jù)傳送和非循環(huán)主-主數(shù)據(jù)傳送。 4運行模式:運行.清除.停止。 5同步:控制指令允許輸入和輸出同步。同步模式:輸出同步;鎖定模式:輸入同步。 6功能: DP主站和 DP從站間的循環(huán)用戶有數(shù)據(jù)傳送。各 DP 從站的動態(tài)激活和可激活。 DP 從站組態(tài)的檢查。強大的診斷功能,三級診斷診斷信息。輸入或輸出的同步。通過總線給 DP 從站賦予地址。通過部線對 DP 主站( DPM1)進行配置,每 DP 從站的輸入和輸出數(shù)據(jù)最大為 246 字節(jié)。 7可靠性和保護機制:所有信息的傳輸按海明距離 HD=4 進行。 DP 從站帶看門狗 定時器( Watchdog Timer)。對 DP 從站的輸入 /輸出進行存取保護。 DP主站上帶可變定時器的用戶數(shù)據(jù)傳送監(jiān)視。 8設備類型:第二類 DP 主站( DPM2)是可進行編程
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