现场总线控制的变频器在采煤机中的应用.PDF

现场总线控制的变频器在采煤机中的应用 惠万里,孙国启 西安煤矿机械厂,陕西 西安 710032 摘 要说明了采用OMRON PLC和ACS800变频器,以及利用现场总线方式控制方案的确定。运 行结果证明,在 “ 一拖一 ”电牵引采煤机电气控制系统中,用变频器和PLC组成的拖动系统,运 行安全可靠,维护量小,故障率低,人机界面友好,是一套免维护控制系统。 关键词变频器;主从控制;人机界面;通信协议 中图分类号TD63211 文献标识码 B 文章编号 0253 - 2336 2005 05 - 0036 - 03 Frequency converter with site ma in bus line control applied to coal shearer HU IWan2li, SUN Guo2qi Xi ’an CoalM ineM achinery Plant, Xi’an 710032, China 1 概 述 我国的综合机械化采煤,在过去的20多年都 采用液压牵引采煤机,由于液压油污染后容易造成 液压元件损坏,并且液压牵引采煤机速度低,在液 压牵引的基础上很难制造大功率采煤机。从1990 年后,国内煤矿对牵引速度快、总装机功率在500 kW以上电牵引采煤机的需求量逐年增加。针对这 一情况,国内各采煤机制造厂在消化、吸收国外电 牵引采煤机的基础上研究、制造交流变频电牵引采 煤机,但是所有的交流变频电牵引采煤机的电气控 制系统控制变频器的信号线、模拟量信号线比较 多,在井下使用过程中,这些信号线容易松动,出 现一些软故障,对煤矿井下的维修造成困难。本文 介绍了一种基于现场总线技术电牵引采煤机电气控 制系统,增加了系统的可靠性、可维护性。现场总 线应用在生产现场、在测量控制设备之间实现双向 串行多节点数字通信的开放型控制网络技术。现场 总线是自动化领域的通信、网络技术,现场总线可 采用多种介质多种有线和无线方式传送数字 信号。在两根导线上可挂接多至几十个自控设备, 能节省大量线缆、槽架、连接件。减少系统设计、 安装、维护的工作量,丰富了控制设备的信息内 容,提供了如总运行时间、故障诊断等信息。便于 实现管控一体化,现场总线作为现场控制网络技 术,被视为公用数据网络在测控领域的延伸。 2 电牵引采煤机电气控制系统方案确定 根据采煤机电气拖动系统的要求,现代的直流 调速和交流变频调速都能满足要求,但是直流电牵 引采煤机中的直流电机昂贵,维护费用高,所以本 电牵引采煤机的牵引电机选用简单可靠的交流异步 鼠笼电动机拖动采煤机牵引部。两个交流电动机通 过两个牵引部共同驱动采煤机两个齿滚轮,按照采 煤机的驱动要求,两台牵引电动机必须同步且负荷 均匀,故选择了具有主从控制宏的ABB ACS800变 频器,利用主从控制功能保证了2台牵引电动机运 行同步且负荷均匀。控制系统选用了可编程控制器 取代传统的接触 继电控制,用触摸屏做显示,不 但提高了系统的可靠性,而且增加了智能化、故障 自诊断功能,人机界面友好。 3 电牵引采煤机电气控制系统组成和工作 原理 为了适应煤矿井下工况,增加电气控制系统的 可靠性、可维护性,用可编程控制器PLC通过 现场总线控制器ADAM4520与变频器通信,遵 守MODBUS协议来控制2台牵引电动机,监视牵 引电动机的运行状态。系统组成包括2台ABB ACS800变频器; 2台防爆交流异步电动机YQYBS - 40; 1台中文液晶触摸屏;2个有线指令器和一 个遥控器; 1台OMRON PLC。电气控制原理如图1 63 第33卷第5期 煤 炭 科 学 技 术 2005年5月 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 图1 电气控制原理 所示。 311 变频器 变频器是电气控制系统的核心之一,型号为 ACS800 - 0070,共2台。变频器带有主从应用宏, 用X2212端子调用用户宏1或用户宏2切换使变频 器在主从之间工作,实现任意一台变频器可随时工 作在单牵引方式。2台变频器在硬件、参数设置和 外部控制线完全一样,通过PLC对其控制决定变频 器是主变频器或从变频器。 312 交流异步电动机 交流异步电动机结构简单、结实、紧凑,维修 工作量小,运行效率高,转动惯量小,动态响应 快 [1 ]。因此 ,交流异步电动机适合应用于煤矿井下 潮湿、腐蚀性气体多的恶劣环境,增加了采煤机的 开机率。 313 中文液晶触摸屏 中文液晶显示触摸屏主要显示电牵引采煤机运 行过程中的牵引速度、牵引电流、牵引电压、变频 器的温度、供电电压等采煤机参数。当采煤机由于 故障原因停机时,中文显示器也实时显示故障原因 和相应的故障排除方法。 314 有线指令器和遥控器 有线指令器和遥控器完成采煤机的加减速、停 机、左右摇臂升降,有利于采煤机在牵引过程中本 地和远控操作。 315 可编程控制器 中心设备采用工业控制领 域应用最广泛的控制设备可编 程序控制器PLC,可靠性高、 抗干扰能力强,可以直接安装 于工业现场而稳定可靠地工 作。并且采用模块式硬件结 构,组合和扩展都很方便,又 用程序软连接代替硬连 接,安装工作量少。在实际使 用过程中,增加或减少功能比 传统的继电器电气控制方案更 简单易行 [2 ]。 4 PLC和变频器之间的通 信软件设计 ACS800变频器总线控制 器通信模块中, MODBUS通信 是一种串行的主从通信协议。 在PLC控制变频器的总线控制系统中,PLC建立协 议进行 “ 查询 ”,变频器根据总线上的信息,提供 数据响应 “ 查询 ”,或根据 “ 查询 ”作出相应的动 作。PLC的 “ 查询 ”格式包括设备地址,功能代 码,传输数据和错误校验等。 软件程序流程图如图2所示。 5 现场总线控制变频器进行调速的优点 传统的PLC采用继电器输出点对点控制变频器 进行加减速、改变牵引方向、故障复位、启动/停止 等,不能精确控制变频器的输出频率和采煤机速度, 在特殊工况下,不能对采煤机速度进行有效控制。 现场总线控制系统采用标准的工业现场总线协议和 变频器之间交换数字化控制信息、运行信息等,其 特点包括 1具有较高的性能价格比。由于连接导线大 幅度减少,使原来的几十根,甚至上百根控制电缆 减少到一根总线电缆,从而也使接线端子、电缆等 大幅度的减少。所以设计、安装、调试、维护的费 用大幅度地减少,原来繁琐的电气原理图、布线图 设计变得简单易行,便于携带;强大的故障诊断能 力,使系统的调试和维护工作量大幅减少。 2系统性能大幅度提高,使控制系统的智能 化程度档次跨越了一个台阶,可靠的数据传输,快 速的数据响应,强大的抗干扰能力。现场总线控制 协议在信息检验、信息纠错、重复地址检测等方面 73 第33卷第5期 煤 炭 科 学 技 术 2005年5月 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 图2 软件程序流程 都有严格的规定,从而确保现场总线通信快速、完 全可靠的进行。 3系统具有强大的自动诊断、故障显示功 能。诊断包括变频器的所有故障、通信故障、控制 电源故障,以及现场装置的温度传感器、电流传感 器故障,从而迅速地发现系统中的各种故障位置和 解决方法。 4采用数字信号进行通信,有效提高了系统 的测量和控制精度。 5变频器的故障,运行参数如变频器输出 电压、电流、温度、转矩、速度等采用中文显示 方式,解决了煤矿井下工人难以理解的英文显示信 息和代码显示。 6根据使用中出现的问题,很容易转换成单 牵引方式。 6 现场总线控制的电牵引采煤机运行情况 该电气控制系统在MG300 /700 - WD电牵引采 煤机上使用以来,增加了整个变频调速系统的可靠 性、可维护性,具有柔性修改和扩展功能,根据各 种煤矿井下工况的特殊地质条件,可以选择不同的 控制策略,提高了电牵引采煤机信息化、智能化程 度。现场总线控制技术,由于其巨大的技术优势和 发展前景,被认为是工业控制发展的必然趋势,将 逐步取代传统的PLC点对点继电器接线控制变频器 的方法。 参考文献 [1] 任兴权 1电力拖动基础[M ].北京冶金工业出版社, 1980. [2] 陈伯时 1电力拖动自动控制系统[M ]1北京机械工业出版 社, 1992. 作者简介惠万里1970 - ,男,陕西三原人,西安煤矿机械 厂采煤机研究所副所长,主要从事电气传动与计算机嵌入式控制系 统的研究。Tel 029 - 82055248,E - mailxwl12351631com 收稿日期 2004 - 10 - 30;责任编辑王宗禹 上接第61页 操作中的计算简单一些截齿的方向向量的设计 值均已在设计过程中计算好 , 而且检验截齿实际 方向偏差的效果并不差,所以多数情况下都采用这 种方法。三点法更多地用于研究、试验或探索性的 任务中,比如验证截割头制造用的工装模具等。 上面介绍的检验方法不像常规的机械检验方法 那样,能够直截了当地读取结果,而是包含了很多 “ 软 ”东西数学计算 , 所以被称为 “软硬兼 施 ”的方法。包含了这些 “软 ”的,就可以使 “ 硬 ”的检测设备更容易实现,这一点从图4 中就可以看出来。 参考文献 [1] 潘 玮 1测量切割头上空间位置的一种方法[J ].煤炭科学 技术, 1999 11. 作者简介徐小粤1958 - ,女,山西太原人,高级工程 师,现在煤炭科学研究总院太原分院掘进机研究所从事掘进机设计 和研 究 工作。Tel0351 - 7685397,E - mailmkyxuxiaoyue 1261com 收稿日期 2005 - 01 - 15;责任编辑王宗禹 83 第33卷第5期 煤 炭 科 学 技 术 2005年5月 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.