ASCS变频调速系统组成.ppt

ASCS直流调速系统的构成,,徐志鸥二00七年一月,一、概述ASCS（Adjustingspeedcontrolsystem）即调速控制系统是我们公司董事长谭老师在九三年自己研制开发的，最初只有直流调节部分，后来经过发展，辅以SIEMENS的PLC，组成我们现在的适应大功率矿井提升机的控制系统。包括直流和交流两种。交流系统系统包括高压、低压配电、调节、操作保护、操作台、变流流部分、。具体如下图所示,调节系统硬件简介,调节系统硬件简介,二、调速部分1、调速系统的硬件构造全数字调节装置在硬件上采用可自由配置的模块结构。基本模块包括电源模块、主CPU模块、脉冲模块\光纤触发模块、I/O转接模块、如下图所示，各模块之间通过总线互相连接，统一安装在欧式标准19寸机箱内。,调节系统硬件简介,调节系统硬件简介,图中（1）电源模块用于将24VDC转换为15VDC和5VDC两组电源，为其它模块供电，电源模块面板上LED指示灯用于指示电源上电。（2）CPU模块用于控制总线上模块之间的数据传输，并执行用户程序、矢量控制算法并发出脉冲和系统自诊断。（3）光线模块模块用于将CPU发出的脉冲电信号转化成光信号传输到变流柜的触发模块上。（4）I/O转接模块主要用于将外围的保护和操作信号传输到主CPU进行操作和保护。,调节系统硬件简介,,,,,,,,,,,,,,,,,（5）通讯板主要利用PROFIBUS、触摸屏和PLC之间的通讯。,调节系统硬件简介,2、外围电路（1）电流和电压检测元件Ⅰ、电流LEM传感器此互感器利用霍尔原理，来检测电流大小。输出有电压型和电流型两种，本系统使用的是电流型的，所以要匹配采样电阻。在本系统一共使用了两个，用于检测两相电流。Ⅱ、电压LEM传感器和电流传感器一样，是用来检测电压大小的，本系统一共使用了六个，其中三个用来作为电压反馈引入到控制系统，另外三个是用来检测电压控制冲放电。,调节系统硬件简介,Ⅱ、速度检测元件（1）测速发电机利用发电机的转速和所发出的电压成正比来测量提升机的速度，有高速和低速两种。本系统主要用来引到PLC作为速度保护用。（2）光电编码器利用光电原理，每转一圈，发出固定数目的脉冲。有增量式和绝对值式两种。本系统主要是用增量式来检测提升机箕斗或罐笼的位置，并由此计算出提升机的速度。它和PLC组合成的行程监控器可以取代传统的机械式深度指示器。,调节系统硬件简介,Ⅲ、控制变压器是一个多路输出的变压器，输入电压为380V，输出四路10.7V，到AC-DC板进行整流，得到四路控制用24V直流电源；一路30V，供磁场同步用。一路20.4V，经AC-DC板整流得到48V直流电源。Ⅳ、AC-DC板六路三相整流桥，经电容滤波后得到控制用的各等级直流电源。,调节系统硬件简介,Ⅴ、隔离继电器在数字量信号的输入和输出端加上继电器隔离，可以防止因外围干扰信号的串入毁坏计算机控制系统。具体如下K11变流柜熔断（三相进线、24VDC、输入继电器）K21变流柜IGBT过热（24VDC、输入继电器）K32变流柜熔断（三相进线、24VDC、输入继电器）K42变流柜IGBT过热（24VDC、输入继电器）K53变流柜熔断（三相进线、24VDC、输入继电器）K63变流柜IGBT过热（24VDC、输入继电器）,调节系统硬件简介,K7接插件故障（24VDC、输入继电器）K8备用（24VDC、输入继电器）K9备用（24VDC、输入继电器）K10备用（24VDC、输入继电器）K11高压合闸（24VDC、输入继电器）K12重故障（24VDC、输入继电器）K13轻故障（24VDC、输入继电器）K14报警（24VDC、输入继电器）,调节系统硬件简介,Ⅵ、数码故障指示●主CPU板主CPU板是和PLC以及脉冲板通讯用的，如果通讯正常，该LED依次显示0-9十个数字，时间间隔1S钟。如果通讯故障，则固定显示某个0-9之间的某个数字。●脉冲板0闪烁则系统正常，无故障发生2闪烁系统过流发生或者是选择了不正确的开车方式3闪烁直流母线超过了2600V4闪烁直流母线电压小于1000V5闪烁变流柜无返回信号6闪烁变流柜指示过流错误,,●光纤板0无错误，光纤板显示1变流柜无返回信号2过流错误3断线故障4同时发生过流和无返回信号5同时发生断线和无返回信号6同时发生断线和过流7同时发生断线、过流、无返回信号8有直通发生，光纤板显示8,三、PLC控制系统的硬件构造PLC控制柜由行程监控PLC、操作保护PLC、信号调理机笼和继电器部分等构成。各部分的功能如下（一）操作保护PLC1、操作保护PLC的主要功能●控制液压制动系统松闸或抱闸；●执行操作程序，生成开车信号和方向；●实现各种故障保护及闭锁。来自系统各部分的保护信号直接引入到PLC中，PLC将其处理后分为立即施闸、终端施闸、电气制动和报警四类，送监视器显示故障类型并控制声,PLC柜硬件简介,光报警系统报警并施闸。系统的安全回路有两套，一套由PLC构成，另一套为继电器直动回路。2、操作PLC的结构操作PLC的结构如下图所示,PLC柜硬件简介,（1）电源模块将120VAC或220VAC交流电压转换成24V直流电压，为其它模块供电，电源模块的前面板上有●一个LED指示灯，指示24V直流输出电压；●交流电压选择开关带有玻璃保护盖，该开关用于选择120V交流或220V交流电源；●24V直流送电/断电开关；●接线端子位于电源模块下部，带有保护盖。,PLC柜硬件简介,（2）CPU模块用于控制总线上模块之间的数据传输，并执行用户程序，CPU模块前面板上有●6个LED指示灯SF──系统故障指示（红色表示故障）BATF──后备电池故障指示（红色表示故障）DC5V──直流5V电源指示（绿色表示5V电源正常）FRCE──备用指示灯RUN──运行指示（绿色表示CPU执行用户程序）STOP──待机指示（黄色表示CPU处于待机状态）,PLC柜硬件简介,●运行方式选择开关是一个可上下拨动的开关，可选择3种运行方式RUN方式──CPU执行用户程序，编程装置能进行在线监视用户程序；STOP方式──待机方式，CPU处于停止状态不执行用户程序MRES方式──用于清除CPU内存，开关拨到此位置，用户程序将全部丢失。用户切记不要将开关选择在MRES位置上。,PLC柜硬件简介,●存储器卡用于固化用户程序。●接线端子位于CPU模块下部，带有保护盖。●编程口用户可通过此口进行程序下载和在线监视，另外还可以通过此口组成MPI网。●网络口可以通过此口组成PROFIBUS网，完成各PLC之间的双网通讯。,PLC柜硬件简介,（3）输出模块用于将S7-300内部信号电平转换成控制系统所要求的外部信号电平。该模块具有下列特性●前面板上有绿色LED，以指示各输出信号状态，输出高电平时，绿色亮；输出低电平时绿色灭。●前面板上有一个小门，小门里边是一个插拔型接线端子，用于用户接线。当接线端子首次插入模块时，与编码锁啮合，以便使此接线端子只能插在该模块上。●可输出16路继电器触点信号。,PLC柜硬件简介,（4）输入模块用于将控制系统送来的外部数字信号电平转换成S7-300内部信号电平，该模块具有下列特性●前面板上有绿色LED，以指示各输入信号状态，输入为高电平时，绿色亮；输入为低电平时绿色灭。●前面板上有一个小门，小门里边是一个插拔型接线端子，用于用户接线。当接线端子首次插入模块时，与编码锁啮合，以便使此接线端子只能插在该模块上。●可输入32路24V开关量信号。,PLC柜硬件简介,（5）A/D模块用于将控制系统送来的外部模拟信号（如电压、电流、速度、精度等）转换成S7-300内部处理用的数字信号，该模块具有下列特性●前面板上有一个红色LED（标记为SF），以指示该模块故障或错误，发生故障时，红色亮；正常时红色灭。●前面板上有一个小门，小门里边是一个插拔型接线端子，用于用户接线。当接线端子首次插入模块时，与编码锁啮合，以便使此接线端子只能插在该模块上。●可输入8路模拟信号。,PLC柜硬件简介,（6）D/A模块用于将S7-300输出的数字信号转换成控制系统所需的模拟信号（如电压），该模块具有下列特性●前面板上有一个红色LED（标记为SF），以指示该模块故障或错误，发生故障时，红色亮；正常时红色灭。●前面板上有一个小门，小门里边是一个插拔型接线端子，用于用户接线。当接线端子首次插入模块时，与编码锁啮合，以便使此接线端子只能插在该模块上。●可输出4路模拟信号。,PLC柜硬件简介,（7）计数模块共两块，一块用于对导向轮的轴编码器进行计数，另一块用于对传动控制器上的轴编码器进行计数，该模块具有下列特性●前面板上有一个红色LED（标记为SF），以指示该模块故障或错误，发生故障时，红色亮；正常时红色灭。●前面板上还有两个绿色LED，分别标记为CR和DIR，CR用于指示计数器是否工作，DIR用于指示计数方向。●前面板上有一个小门，小门里边是一个插拔型接线端子，用于用户接线。当接线端子首次插入模块时，与编码锁啮合，以便使此接线端子只能插在该模块上。,PLC柜硬件简介,（二）行程监控PLC1、行程监控PLC的主要功能是●将部分操作信号、部分保护信号以及设定的一些行程参数与轴编码器信号结合起来进行逻辑运算处理，自动产生提升机所需的速度给定信号即运行曲线,减速段行程通过PLC实际运算来调节减速度以保证其为一固定值，从而保证了停车点不变和停车点的精度。,PLC柜硬件简介,●行程监控PLC还将轴编码器信号经软件计算后处理成罐笼在井筒中的位置和在线速度，送到操作台监视器显示,此外还产生包络曲线对提升机的的速度进行连续监视。这种以软件处理为主的行程跟踪方法在灵活性、可靠性及精度等方面都很高，只要选择分辨率较高的轴编码器，就可保证定位精度2cm，因打滑及钢绳伸长等行程误差，可通过井筒同步开关加以校正。2、行程监控PLC的结构结构图如下所示,PLC柜硬件简介,PLC柜硬件简介,（三）信号调理机笼的前视图如下图所示。,PLC柜硬件简介,1、电源模块用于将24V直流电压转换成15V直流电压，为其它模块供电，电源模块的前面板上有指示15V电压的红色LED。2、模拟信号处理模块●将角机过来的交流信号结合方向，生成正负10V送到PLC的A/D模块。●对测速发电机的信号进行分压处理，送到PLC的A/D模块。3、安全直动回路用于控制液压站的安全阀组，当出现大事故时，安全模块上的一组继电器失电，使得安全阀组失电抱闸。面板上有两个指示灯，绿色亮表示安全回路正常，红色亮表示安全回路断。,PLC柜硬件简介,4、可调闸控制模块利用来自制动手柄的直流电压，进行PWM脉宽调制，给液压站的比例阀供电，达到线形控制抱闸和紧闸的目的。主要是控制电流。（四）继电器部分1、输入继电器主要用来对PLC控制系统的信号和外围设备进行隔离。●DNK111变流柜风机接近开关监视（DC24V）●DNK122变流柜风机接近开关监视（DC24V）●DNK133变流柜风机接近开关监视（DC24V）,PLC柜硬件简介,●JD10主斗齐平位置（AC110V）●JD11主斗2M/S位置（AC110V）●JD12主斗减速位置（AC110V）●JD13主斗同步位置（AC110V）●JD14主斗过卷位置（AC110V）●JD20副斗齐平位置（AC110V）●JD21副斗2M/S位置（AC110V）●JD22副斗减速位置（AC110V）,PLC柜硬件简介,●JD13北罐同步位置（AC110V）●JD14北罐过卷位置（AC110V）●JD60工作方式选择（提煤）（AC220V）●JD61工作方式选择（检修1）（AC220V）●JD62工作方式选择（检修2）（AC220V）●JD63工作方式选择（紧急开车）（AC220V）●JD64操作方式选择（手动）（AC220V）●JD65操作方式选择（半自动）（AC220V）●JD911高压合闸指示（AC220V）,PLC柜硬件简介,●JD92备用（AC220V）●JD93备用（AC220V）2、输出继电器●KD150旁通（DC24V）●KD151松闸指示（DC24V）●KD152减速投入指示（DC24V）●KD153正向运行（DC24V）●KD154反向运行（DC24V）●KD155开车信号（DC24V）,PLC柜硬件简介,●KD156安全复位（DC24V）●KD157立即施闸（DC24V）●KD160备用（DC24V）●KD161报警（DC24V）●KD162二级制动阀G5（DC24V）●KD163二级制动阀G6（DC24V）●KD164备用（DC24V）●KD165电气减速（DC24V）,PLC柜硬件简介,●KD166备用（DC24V）●KD167终端施闸（DC24V）●XD120行控器故障（DC24V）●XD121预制力矩输出（DC24V）3、接触器●PC11安全制动接触器（AC220V）●PC22安全制动接触器（AC220V）,PLC柜硬件简介,（五）外围部分1、空气开关部分●E11机笼电源开关（AC220V）●E12稳压源电源开关（AC220V）●E13安全阀电源开关（AC220V）●E10井筒开关电源开关（AC110V）,PLC柜硬件简介,●E16输入继电器开关（AC220V）●E17操作指示台电源开关（AC220V）●A2PLC柜380V控制电源总开关（380V）●E2硬件安全回路电源开关（DC24V）●E3机笼电源开关（DC24V）●E4行程PLC模块电源（DC24V）●E7备用（DC48V）●E14保护PLC供电电源开关（AC220V）,PLC柜硬件简介,●E15行程PLC供电电源开关（AC220V）●E1保护PLC模块电源开关（DC24V）●E5二级制动阀电源开关（DC24V）2、开关电源部分●KG1保护PLC供电电源（AC220V/DC24V）●KG2二级制动阀电源（AC220V/DC24V）●KG3可调闸板供电电源（AC220V/DC24V）●10V开关电源（AC220V/DC10V）3、变压器部分,PLC柜硬件简介,●TN60控制电源变压器（AC380V/AC10.7V）●TY14保护PLC供电电源隔离变压器（AC220V/AC220V）●TY15行程PLC供电电源隔离变压器（AC220V/AC220V）4、其它部分●UPS不间断电源（用于四部分）●AC-DC板提供多路控制用24V电源,PLC柜硬件简介,四、变流柜硬件简介变流柜主要由IGBT、阻容吸收、过电压吸收、电压电流检测元件以及保护电路等组成。大体见下图,整流柜硬件简介,（一）整流二极管利用其搭成整流桥，得到母线电压。（4000V/800A）（二）吸能器相当于压敏电阻，带自恢复功能，主要进行过电压吸收（三）快速熔断器串联在进线上，进行过流保护（四）充电限流电阻在刚开始充电投入，当母线电压达到一定值时通过继电器带接触器切初。（50欧姆200W）,整流柜硬件简介,（五）逆变用IGBT搭成H桥，进行逆变供电机使用（3300V/1200A）（六）放电用IGBT当母线电压超过设定值,通过其开通进行放电3300V/1200A（七）放电电阻通过放电IGBT将其接在母线电压之间,释放能量8欧姆,100KW（八）自然放电电阻始终接在母线电压之间,当断高压时依其释放电容能量24K200W,整流柜硬件简介,（九）储能电容利用其进行直流电能储能,供逆变使用6000V,5000微法（十）充放电控制板内部设置比较器，根据母线电压大小确定充放电时刻。（十一）充电电阻切换继电器和接触器由充放电控制板发出信号开通或是关断继电器和接触器以达到投切充电电阻的目的。（十二）电压互感器主回路采样电阻采用母线电压，4X40K，40W。,整流柜硬件简介,五、操作台简介操作台由指示台、左操作台和右操作台三部分组成，具体如下所示,操作硬件简介及工艺介绍,（一）、指示台简介指示台主要由深度指示器、表头、灯箱和PLC组成，具体如下●深度指示器自行开发的带数码管和光标深度指示两罐笼（箕斗）位置●表头新系统主要包含高压指示、制动油压力表、可调闸电流表、速度表、负载电流表、励磁电流表老系统主要包括高压电压指示，高压电流指示，速度表，低压电压表、直流电流表。,操作硬件简介及工艺介绍,●PLC和主控PLC联网，取得数据并传给深度指示器和灯箱。在本系统中还要肩负控制老系统液压站功能。●灯箱电压等级为24V，由操作台PLC输出模块输出（二）左操作台主要由闸把和一些送电按钮组成●主电机风机送电按钮（B10）●主电机风机断电按钮（B11）,操作硬件简介及工艺介绍,●老系统过卷恢复开关（3AK）●老系统检修开关（4AK）●老系统松绳恢复开关（5AK）●老系统调绳开关（6AK）●老系统电源开关（7AK）●润滑油泵送电开关（8AK）●液压泵送电开关（10AK）●紧停按钮●闸把,操作硬件简介及工艺介绍,（三）右操作台主要由主令和方式选择旋钮组成，具体如下●运行方式转换开关（主井提煤、检修1、检修2、紧急开车零位副井提人、提物、检修、紧急开车）●控制方式转换开关（手动、自动、零位）●编码器效正开关●灯试验按钮●过卷旁通开关●过卷允许开关●安全复位●超重载旁通开关,操作硬件简介及工艺介绍,（一）进线选择刀闸三刀双掷型，当低压双回路供电时，通过其切换电源进线。（二）电压显示选择开关通过旋转开关，能独立显示三相进线电压。（三）空气开关●A12总低压电源开关400A/380VAC●A24220VAC总电源开关50A/220VAC●A62井筒开关电源开关20A/110VAC●A66调节柜电源开关20A/380VAC,低压柜硬件简介,●A68PLC柜380V电源开关20A/380VAC●A921变流柜风机电源开关20A/380VAC●A932变流柜风机电源开关20A/380VAC●A943变流柜风机电源开关20A/380VAC●E20低压柜内部电源开关10A/220VAC●E21PLC柜220V电源开关10A/220VAC●E221变流柜电源开关10A/220VAC●E23备用10A/220VAC●E24备用10A/220VAC●E252变流柜电源开关10A/220VAC,低压柜硬件简介,●E263变流柜电源开关10A/220VAC●E27调节柜220V电源开关10A/220VAC（四）PLC低压柜PLC主要用来采集各开关状态达到保护的目的。（五）变压器●M20380V/220V4KVA●M60380V/127V/110V1.3KVA,低压柜硬件简介,1、开车前准备工作1．1认真检查各部分机械、电气设备（包括电动机、液压站、盘形制动闸、轴承、轴瓦、轴编码器等各部位螺丝有无松动）。1．2将PLC柜后的转接插头插到新系统位置（从柜后看应在右边），将操作台新老系统转换开关拨到新系统位置。1．3送电次序先送高压柜进线柜，确认无异常后送低压控制柜，确认无误后，送低压柜刀闸，然后合上总开关和各回路低压开关（对照低压柜图纸），检查各回路是否正常，如有异常现象，立即停止其回路，查找原因。1．4低压送电正常后,打开PLC柜中的UPS电源，依次合上PLC控制柜和调节柜上所有空气开关。打开PLC的电源，确保PLC工作正常（所有模块上无红灯亮,操作规程,1．5送高压出线柜断路器和接触器电源（调节柜正常后才能合上）。1．6打开工控机电源，运行上位机监视软件（开机自动运行）1.7按下操作台上的复位按钮。2、开车2．1手动方式司机应把操作杆放置中间位置（零位），工作制动闸放置紧闸位置，方式转换开关至手动位置。在操作台上依次送液压站油泵开关、润滑油泵开关、主电机风机。然后安全回路复位，如果不能复位，根据监视器上的故障指示查找有关部位。如能安全复位，则具备开车条件。（1）系统在空载投入后,如果深度指示器显示的行程不正常，先以紧急开车方式从下至上过一下同步或齐平位置开关,校正好编码器后方可正常开车。,操作规程,（2）试过卷和紧停（3）各方式的运行情况如下提煤方式是正常提升方式，用于正常提煤。最高速度为6.6m/s，初加速度为0.04，主加速度为0。3。减速度最大为0.75。自动加减速，到位自动停车。这种方式可手动也可自动（这种方式只能用于重载，空载时不允许使用）。检修1方式最高速度为2m/s，加速度0.1，减速度最大为0.75。自动加减速，到位自动停车。这种方式可手动也可自动。紧急开车方式非正常运行方式，主要是在PLC柜发生故障时使用，最大速度2m/s，不自动加减速，由主令控制速度，到位自动停车。这种方式只能手动。,操作规程,检修2方式当需要验绳或检修箕斗时使用此方式，最大速度0.7m/s,自动加减速，到位自动停车。这种方式只能手动。2.2自动方式此种方式指将闸把和主令都停在零位，开车只需要打点即可。这种方式由于对信号系统要求很高，而矿方的信号系统不具备条件，所有暂不使用。3、起动在起动过程中，应注意观察负载电流，磁场电流，速度，闸等指示仪表，注意绞车各部有无异常声音和其它不正常现象，发现问题应立即停车检查。,操作规程,4、运行4．1全速运行中，应严格监视盘面各仪表和监视器是否正常，各部机械运转有无异常，推、拉主令手柄时，如发现不正常情况，立即减速或者停车，报告处理。4.2副司机除作司机助手外，应注意观察各部机械指示仪表和监视器以及检测部件有无异常现象，若发现不正常现象应报告正司机停车检查。4.3每次提升必须提至齐平位置,保证监视器齐平位置灯亮。5、减速当绞车运行到减速点45m时，绞车速度自行减速，司机也可根据箕斗进站情况慢慢推（拉）操纵杆至零位（一般情况不需要）。,操作规程,6、停车6．1绞车到停车位时，手动方式是先将操纵杆拉（推）至零位（中间），随即将制动杆快速拉向紧闸位置。7、断电7．1按下紧停。7．2断开高压接触器和断路器（十分钟后方可进行其它操作）7．3断开低压，并将低压柜中的空开断开。7．4停UPS电源7．5各柜中的电源开关无特殊情况时不必开断，维持原样。,操作规程,8、其它注意事项8.1检修设备时，必须严格执行停电、验电、放电、接地等停送电操作规程。8.2每次断开高压十分钟后才能接近变流柜和断调节柜电源。8.3如果出现过卷，则需要将右操作台过卷旁通开关拨到相应位置，然后安全复位。这种方式只能向下开，不能继续向上开。8.4如果需要将箕斗开到过卷以上，则需要将右操作台过卷允许开关拨到相应位置，且将运行方式拨到检修2位置，这种方式最高只能0.7M/S。,操作规程,8.5编码器校正开关正常应拨到“关”的位置，如发现由于钢丝绳拉长或是卸载位置发生变化导致编码器总脉冲值不准确时，则将此开关拨到“开”的位置，低速将箕斗上下开两个循环，然后将开关拨到“关”的位置后重新启动PLC柜中两台PLC电源（操作顺序必须严格按照以上所说，操作时必须有电工在现场）。8.6当出现主绳打滑或编码器故障时，必须低速将罐笼拉到齐平位置进行编码器校正后才能正常开车。8.7在开车之前，必须将主令和闸把放置零位，看到指示台上提升信号显示灯亮才能开车。,操作规程,,,,,,,,,谢谢大家,