交流变频电牵引采煤机电气控制系统ppt课件.ppt

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1、,交流变频电牵引采煤机电气控制系统,基 本 知 识,几种交流变频电牵引采煤机,简介,MG750(900)/1910(2210)-WD型交流电牵引采煤机,项 目 单 位 数 据1. 最大计算生产能力 t/h 48002采高 m 2.506.103装机功率 kW 2750(900)+2110+40+1504供电电压 V 33005滚筒直径 mm 2500, 2700 , 30006截深 mm 800，10007牵引力 kN 10005008牵引速度 m/min 011.5239灭尘方式 内外喷雾，可外加强力喷雾10拖电缆方式 自动拖缆11主机外形尺寸 mm 1620029502120 12主机重量

2、 t 12613最大不可拆卸尺寸 mm 322025101050 14最大不可拆卸重量 t 16.7,主要技术参数,MG650(500)/1630(1480、1290)-WD（GWD）型交流电牵引采煤机,主要技术参数,项 目 单 位 数 据1. 最大计算生产能力 t/h 30002采高 m 2.05.13装机功率 kW 2650(500)+275(255)+30+1504供电电压 V 33005滚筒直径 mm 2000, 2240 , 25006截深 mm 8007牵引力 kN 8505128牵引速度 m/min 09.2415.339灭尘方式 内外喷雾，可外加强力喷雾10拖电缆方式 自动拖缆

3、11主机外形尺寸 mm 1500029451570 12主机重量 t 758913最大不可拆卸尺寸 mm 27302335960 14最大不可拆卸重量 t 6.7,MG500(400)/1130(930)-WD型交流电牵引采煤机,主要技术参数,项 目 单 位 数 据1. 最大计算生产能力 t/h 21002采高 m 1.803.83装机功率 kW 2500(400)+255+204供电电压 V 1140，33005滚筒直径 mm 1800, 20006截深 mm 8007牵引力 kN 6804108牵引速度 m/min 08.313.89灭尘方式 内外喷雾，可外加强力喷雾10拖电缆方式 自动拖

4、缆11主机外形尺寸 mm 144002292153512主机重量 t 6813最大不可拆卸尺寸 mm 307012001000 14最大不可拆卸重量 t 6.7,MG300/700-WD交流电牵引采煤机,项 目 单 位 数 据1. 最大计算生产能力 t/h 18002采高 m 1.83.83装机功率 kW 2300(250)+240+7.54供电电压 V 3300,11405滚筒直径 mm 1800, 20006截深 mm 630,8007牵引力 kN 5003008牵引速度 m/min 08.313.99灭尘方式 内外喷雾10拖电缆方式 自动拖缆11主机外形尺寸 mm 12900224514

5、22.512主机重量 t 485113最大不可拆卸尺寸 mm 24902130730 14最大不可拆卸重量 t 6,主要技术参数,MG200(250,300)/500(600,700)-AWD型交流电牵引采煤机,项 目 单 位 数 据1最大计算生产能力 t/h 12002采高 m 1.403.203装机功率 kW 2200(250,300)+240+7.54供电电压 V 11405滚筒直径 mm 1400 ,16006截深 mm 630 ,8007牵引力 kN 5503258牵引速度 m/min 07.712.89灭尘方式 内外喷雾10拖电缆方式 自动拖缆11主机外形尺寸 mm 9500213

6、5108512主机重量 t 363813最大不可拆卸尺寸 mm 2600100070014最大不可拆卸重量 t 4.5,主要技术参数,采煤机的发展过程及趋势,目前双滚筒采煤机已成为煤炭开采中的主要采煤设备。 随着综合机械化的发展，采煤机已由单滚筒采煤机发展成为双滚筒采煤机。牵引方式由钢丝绳、圆环链的有链牵引方式发展为无链牵引方式。 牵引部也由泵和马达组成的液压牵引方式发展为直流电牵引和交流变频电牵引方式。 总体结构由单、双电机纵摆式结构发展成为多电机、积木式，横摆式结构形式。,采煤机的结构和性能不断的得到改进、完善和提高，大幅度的提高了割煤牵引速度和产量，增强了运行的可靠性。 特别是微型电子计

7、算机在监测和监控方面的应用，使工作面的生产能力，开机率大幅度的提高，降低了原煤生产成本。进一步改善了安全生产条件，满足了一矿一面，高集约化生产矿井建设的需要。由于液压牵引采煤机性能参数低，液压故障多而且处理困难，容易出现漏油现象，难以满足煤矿高产高效工作面生产的需要。,随着电力电子技术的发展和应用，电牵引采煤机已逐步得到发展和应用，极高的生产效率充分的体现了其技术性能和使用维护等多方面的优势，正在逐步取代液压牵引，成为今后采煤机的发展方向。 电牵引采煤机具有以下优点： 1、牵引特性较好可以实现四象限运行： 采煤机牵引负载特性是当牵引速度小于工作牵引速度时，为恒转矩特性；当牵引速度大于工作牵引速

8、度时，为恒功率特性。因此，不论是电牵引或液压牵引，都具有良好的调速特性。,液压牵引的机械特性除了受负荷影响外，还受油液的泄露、黏度、温度和清洁度、制造和维修质量的影响，特性曲线慢慢变软。 电牵引中除了电动机受负荷影响外，就没有象液压传动的那样受其它影响。 也就是说电牵引的牵引特性好、调速平稳性好、牵引特性曲线可以长时间保持稳定。 交流、直流电牵引采煤机都可以在负载特性坐标系中四象限运行，能向采煤机提供牵引力和制动力。,而液压牵引只能在一、三象限运行，只能提供牵引力，制动力由制动闸提供。液压牵引也有用液控背压来产生制动的但制动力不大。 电牵引采煤机在超速度牵引时，（一般指在大倾角工作面上）采煤机

9、下滑时会出现超速牵引，对电动机来说，为超同步转速运转。 这时机器处于发电运行状态，反馈电网同时产生制动力矩。,2、机械传动效率高： 电牵引没有能量多次转换问题，其效率可达0.9以上，而液压牵引一般在0.650.70之间。3、牵引力大，牵引速度高： 液压牵引性能指标的提高，必须采用大功率液压泵和液压马达，但是其寿命短，可靠性差，这也限制了截割功率的进一步增大。 目前电牵引采煤机牵引力可达1000KN，工作牵引速度812m/min，调机速度最大可达25m/min，装机总功率可达2210KW。,4、易于实现微机自动控制： 电牵引采煤机具有建立在微处理计算机基础上的智能化监控、监测和保护系统。 可实现

10、交互式人机对话、远近控制、无线电遥控，工作状况监测及状态显示，数据采集、存储及传输、故障的诊断、预警、自动控制、自动调高等多种功能。以保护采煤机最低的维护工作量和最高的开机率，并可与液压支架、工作面运输机信息交互和联动控制。,电牵引采煤机的种类及发展方向,世界第一台直流电牵引采煤机是由德国艾柯夫公司于1976年研发出EDW150-2型采煤机 1980年研发出EDW-150LEDW450/1000型电牵引采煤机，一经煤矿使用，就显示出电牵引的优越性。 美国和英国分别于1976年和1984年研发出了1LS 、2LS、3LS、4LS、6LS 型ELECTRA550、1000，3000型电牵引采煤机,

11、我国先后引进了法国EDW-450/1000，美国3LS、英国ELECTRA1000电牵引采煤机及6LS，7LS和艾柯夫SL500电牵引采煤机，在国内部分煤矿使用。在实际应用中电牵引采煤机优良特性产生了巨大的经济效益。1994年西安煤机厂研制出我国第一台MAX-380型直流电牵引采煤机，太原矿山机器厂从英国安德森公司引进合作生产了ELECTRA1000型电牵引采煤机。,在电牵引采煤机的发展过程中，电牵引调速系流基本上分为四大类，它的调速原理不尽相同，但基本上可以分为控制部分和牵引部分。第一类 直流调速系统： 直流调速技术能满足采煤机的工作特性（恒扭矩恒功率）的要求，调速平稳，能在四象限运行。适应

12、于大于倾角工作面的运行，系统简单，但存在着电火花、碳粉、需更换电刷和换向器和过载能力较低以及机身较宽较长等缺点。,第二类 交流变频调速系统： 随着现代电力电子技术的迅速发展，交流变频调速技术已相当成熟，日益显示出技术先进，性能可靠、维护简单、价格低廉等优点。 通过交流变频器对牵引电机进行控制。能够实现在额定转速以下的恒扭矩调速，额定转速以上的恒功率调速，满足了采煤机的实际工况要求。 交流调速系统在国内外正在取代直流调速系统，成为目前电牵引发展的主流发展方向。,第三类 电磁滑差调速系统： 电磁滑差调速系统在实际应用中主要问题是效率低、能量损耗大、易造成系流发热，故障较多。但也有其优点，无需变压器

13、和变频器，直接采用1140V供电，对用于薄煤层电牵引采煤机有一定的优势。第四类 开关磁阻电机调速系统（SRD系统） SRD系统主要由磁阻电机和控制器组成，直接采用1140V供电。如无锡煤机厂生产的MG160/380-WD采煤机，用于替代小型薄煤层液压采煤机。,国内外交流变频器的发展状况,从半导体器件看，国外变频器的发展是随着逆变器件的发展而发展的。 开始用晶闸管，以后用全控器件GTO晶闸管和BJT逐渐代替了晶闸管。 但GTO晶闸管的关断电流增益太小，过电流保护比较困难、调制频率低。 用BJT组装的直流PWM变频器虽然效果可以，但其输出电压太低，容量也不大（不超过460V 400KW）。,随着半

14、导体技术的发展，新一代的电子器件IGBT（绝缘栅双极型场效应管）出现。大大增加了变频器的容量和电压。 IGBT是大功率的场效应管，即大功率的MOS驱动BJT优点是容量和电压都提高了。,目前IGBT已经发展到第四代，国外正在将微电子的生产工艺向电力电子转移生产了专用集成电路（SPIC）。 如： 把IGBT的驱动电路和保护电路复合在一起的智能器件叫IPM，也有的把开关电源复合在一起的IPM，使变频器更加可靠，已经成为用于电动机调速的主导产品，并且逐渐将取代直流调速。,本世纪是数字信息时代，在电动机的的传动技术上是交流调速的时代，特别是第四代IGBT的问世，其集电极和射极间的饱和电压大大降低，从而使

15、变频器主电路的损耗大大降低，变频器的制造技术不断成熟，日趋模块化、多功能化、数字化、网络化，是交流电机调速的首选方案。 变频器从功率看，已从小功率发展到大功率，最大做到5000KW； 从电压看，已从400V发展到10KV。,从整机看，从通用型发展到专用型，如重负载转矩型、四象限型、矢量型；从集成度看，由大规模集成发展到超大规模集成。 从控制技术上看，国外的变频器已从电 压/频率恒定控制发展到矢量控制，又从矢量变换控制发展到直流转矩控制。交流电动机是个多变量，强偶合和非线性被控对象。 70年代，国外出的变频器均是采用电压/频率恒定控制，其控制原理基于解决变频器变频的同时又变压，保持磁通不变的控制

16、理论，即V/F=常数。,将恒电压恒频率的交流电源，通过变频装置获得电压频率可变的电源配合专用的调频电机。对电动机的转矩和转速进行调节其调节特性完全能够满足电动机的要求，称为VVVF。 这是一种通过转差补偿达到转矩提升的控制方法。目前，通用变频器多采用电压/频率恒定控制，其技术成熟，价格便宜。 随着工业设备对调速性能和精度要求的逐步提高，用电压/频率恒定控制技术制造的变频器已不能满足对调速系统的要求。,70年代末，国外又发展了用矢量变换控制的变频器，它以交流电机双轴理论为依据。在同步旋转坐标中把定子电流矢量分解成为两个分量一个分量与转子磁链矢量重合，称为励磁电流分量；另一个与转子磁链垂直称为转矩

17、电流分量。通过控制定子电流矢量在旋转坐标系的位置及大小，即可控制励磁电流分量和转矩电流分量的大小，仿照直流电动机那样对磁场和转矩进行控制。,80年代中期，国外在变频器上又发展了一种直接转矩控制技术，它避开了矢量控制中的二次坐标变换及求矢量的模与相角的复杂计算工作量，而直接在定子坐标系上计算电动机的转矩和磁通。 通过转矩控制使转矩响应时间控制在一拍之内，无超调。控制性能比矢量控制还好。 交流电动机的调速控制技术从电压/频率恒定控制法至矢量控制法是一次飞跃。从矢量控制法到直接转矩控制法是第二次飞跃。,国内外交流变频牵引采煤机的发展状况,采煤机由最初的液压牵引发展到直流 电牵引， 而后随着电力电子器

18、件制造技术，交流控制技术以及微型计算机和大规模集成电路的飞跃发展， 目前采用IGBT逆变的变频器可将鼠笼型 电动机的启动转矩提升到额定转矩的二倍。 这种全数字式的通用变频器具有很强的控制能力，即使不用测速反馈，也能够使鼠笼式电动机具有较硬的机械特性和快速正反转的能力。 80年代末，煤矿井下也开始在采、掘、运等主要设备调速上采用变频器。,如用于采煤机的牵引电机、提升机、绞车、井下用通风机、水泵及带式运输机的调速等。 交流变频电牵引拖动有“一拖一”和“一拖二”两种方式。国内外交流变频电牵引采煤机的自动调速技术现在都已相当成熟。目前我国生产的能量回馈型四象限运行的交流变频电牵引采煤机技术在世界上处于

19、领先地位。 我国西安煤矿机械厂，鸡西煤矿机械厂，太原矿山机械厂，上海冶金矿山机械厂辽源煤矿煤矿机械厂等，都生产有各种型号的交流变频电牵引采煤机在各生产矿井中使用。,交流变频的调速原理,变频器的电源是由牵引变压器提供的400V,50HZ电源，该电源经快速熔断器、牵电接触器送给变频器，变频器经三相半控桥整流成直流，经电容滤波成稳定的直流电压，当主控板接收到控制中心送来的控制信号后，由微机控制的集成IGBT逆变模块输出频率可变和电压可变的交流电压,作为牵引电机的驱动电源。,交流电动机的转速公式：n=（1S）60 f1/p （1） f1 ： 定子供电频率 p： 定子磁极对数 S： 转差率 n： 电动机

20、转速 根据公式（1）可知，异步电动机的转速由电源频率和磁极对数来决定,改变电源频率，就可调节电动机的转速。当磁极对数、转差率保持不变的条件下，电动机的转速n与供电电源频率成正比。即电动机的转速随电源的频率变化而变化。,在采用变频调速时，当电动机的供电频率发生变化时，必然会引起电动机其它参数的变化。 电动机电压平衡方程式为： U1 = -E1+i1 Z1 （2）E1 = 4.44f1N1mKW1 （3） 式中；U1 定子电源电压 E1 定子绕组感应电动势 i1Z1 定子阻抗压降 m 电动机每级气隙磁通 N1 定子绕组匝数,KW1 电动机绕组常数 如忽略定子绕组压降不计，则； U1=-E1 =4.

21、44f1N1m.KW1 （4） 简化常数 U1f1m （5） 由公式（1）和（5）可知; 供电电源频率f1的变化不仅会影响电动机的转速n，而且还会影响到电动机内部气隙磁通的大小，从而影响电动机的运行特性。,特别是在供电电源频率在50HZ以下调速时，由于供电电源频率下降，定子旋转磁场同步转速也下降，磁场切割定子绕组的速度会降低，同时定子绕组内的感应电动势E1的数值也会下降。 如果定子绕组电源电压大小保持不变，则促使电动机 励磁电流增大，而一般电动机在额定频率下工作时的磁通m已接近饱和状态，电动机必定工作在过励磁状态。其后果是电动机铁芯发热降低了电动机的功率因数，同时还会影响电动机过载能力。因此为

22、保证电动机在50HZ以下运行时的特性,必须在改变频率,的同时改变供电电源的电压。此时才能保证恒扭矩调速。 采煤机在50HZ以下调速时称为恒扭矩调速。 相反，当供电频率f1升高到50HZ以上时，气隙磁通将下降，使磁通m小于额定值，这样电机在额定电流下工作时电机随着频率升高转速要升高，电动机输出扭矩减少，但是输出功率不变。这是一种降低气隙磁通升速的调速方法，属于弱磁调速。 因此采煤机在50HZ以上调速为恒功率调速。,a 段为变频调速启动时与低频运行时的电压提升，以提高启动输出扭矩,采煤机变压变频调速特性曲线图,交流变频采煤机电气控制系统,基 本 技 术 知 识,四象限的用途；当工作面倾角较大，采煤

23、机在没有外力制动时，往往会由于自重而产生下滑，因此在这种工况下作为牵引用的变频器必须具有制动能力，即必须具备使受控牵引电机产生反向转矩的能力。当采煤机下行时，牵引电机基本处于制动运行状态，回馈制动能够提供足够的制动功率，使采煤机能安全平稳运行。,电 动 机 的 四 象 限 运 行,DTC控制是交流传动的一种特殊的电机控制方式，与PWM磁通矢量控制方式有本质的区别。DTC 控制方式直接控制电动机的关键变量：磁通和转矩。通过测量电动机的电流和电压作为自适应电动机模型的输入，这个模型每隔25微妙产生一组精确的转矩和磁通的实际值，电动机的转矩比较器将转矩实际值与转矩给调节器的给定值作比较。磁通比较器将

24、磁通实际值与磁通调节器的给定值作比较。依靠来自这两个比较器的输出，优化脉冲选择器，决定逆变器的最佳开关位置。,直接转矩控制方式：（DTC）,DTC的完美性能是基于准确的电动机模型，这个模型是在电动机辨别运行中确定传矩控制的优越性在于： 转矩控制是控制定子磁链，在本质上并不需要转速信息，所以引入的定子磁链观测器能很容易估算出同步速度信息。因而能方便的实现无速度传感器化，这种方法被应用于通用变频器的设计之中，是很自然的事，这种控制被称为无速度传感器直接转矩控制。 然而，这种控制依赖于精确的电机数字模型和对电机参数的自动识别简称ID。,通过ID运行自动确立电机实际的定子阻抗,互感、饱和因素、电动机惯

25、量等重要参数，然后根据精确的电机模型，估算出电动机的实际转矩，定子磁链和转子速度，并由磁链和转矩的BandBand控制产生PWM信号，对逆变器的开关状态进行控制。这种系统可以实现很快的转矩响应速度和很高的速度、转矩控制精度。,可 编 程 控 制 器,P L C,PLC 是一种专门用于工业控制的计算机。, 早期的PLC是用来替代继电器、接触器控制的。它主要 用于顺序控制，只能实现逻辑运算。因此，被称为可编程逻辑控制器（Programmable logic controller，略写 PLC ), 随着电子技术、计算机技术的迅速发展，可编程控制器的功能已远远超出了顺序控制的范围。被称为可编程控制器

26、（Programmable controller，略写PC)。为区别于Personal Computer (PC)，故沿用PLC 这个略写。,什 么 是 P L C,中央处理单元,存储器,数据存储器,输出接口,地址总线 控制总线,数据总线,编程单元,照明,电磁装置,执行机构,。,电源,地址总线控制总线,输入接口,模拟量输入,行程开关,继电器接点,各种开关,一、 PLC结构示意图,PLC的结构和工作原理,3. 输入、输出接口：采用光电隔离，实现了PLC的内部电路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。,输出接口作用：将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断

27、电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。,输出三种形式：继电器 - 低速大功率 可控硅 - 高速大功率 晶体管 - 高速小功率,输入接口作用：将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，转换成数字信号送入主机。,（1）输入接口电路：采用光电耦合器，防止强电干扰。,COM,光电三极管,发光二极管,直流输入,光-电器件,输入端子,COM,Yn,继电器输出,AC250V/DC24V(max),（2）输出接口电路：均采用模块式。,以继电器形式为例：,4. 各种接口、高功能模块：便于扩展。 小型机：一体机。有接口可扩展。 中、大型机：模块式。可根据需要在主板上随意组合。,二、各组成部分的作用,2. 存储器,

28、1. CPU,(1) 将各种输入信号取入存储器。(2) 编译、执行指令。(3) 把结果送到输出端。(4) 响应各种外部设备的请求。,RAM：存储各种暂存数据、中间结果、用户正调 试的程序。ROM：存放监控程序和用户已调试好的程序。,4）VVVF装置； 将恒定电压，恒定频率的交流电源，通过变频装置获得电压频率可变的电源这样的装置称为变频、变压装置，简称VVVF装置。 新一代的变频均由微处理器控制，新型绝缘栅双极型场效应管(IGBT) 逆变模块配合专用的调频电机。其调速特性完全能够满足电牵 引采煤机对 调速特性的要求。,变频器的工作原理图,变频器的主回路由牵引变压器供电，AC400V经KM1进入变

29、频器输入端U1，W1，V1。 变频器的输入整流部分是由大功率二极管和晶闸管组成的三相桥式半控整流器，将AC400V电压整流成直流电压,变频器的输出逆变部分是由绝缘栅双极型场效应管（IGBT）功率模块组成的逆变器，根据控制系统频率给定的需要给出触发信号，逆变器输出频率，电压可变的交流电源，由输出端子，U2，W2，V2输出供给交流牵引电机。 三相半控桥式整流器有三个桥V11、V12和V13，每一个桥臂是一个完整的模块，由一个二极管和一个晶闸管串接在一起组成一组三相桥式半控整流器。,它和三相全控桥式整流电路相比其控制电路简单、经济。 该电路是由共阴极接法的三相半波可控整流电路和共阳极接法的三相半波不

30、可控整流电路串联组成。 因此这种电路兼有可控与不可控两者的特性共阳极组的三个整流二极管总是在自然的换流点换流，使电流换流到比阴极电位更低的一相中去。,而共阴极组的三个晶闸管则要在触发之后才能换流到阳极电位高的一相中去，输出整流电压的波形是二组整流电压波形之和，改变共阴极组晶闸管的导通角，可获得可调的直流电压，三相桥式半控整流电路只需三套触发电路，因此线路简单经济，性能好，调整方便。 R14， V14为充电电路，主要功能是在整流桥晶闸管未导通时整流输出给电容充电。,R14是限流电阻, V14是充电整流二极管, 当变频器送电后AC400V 通过R14限流电阻, V14充电整流二极管给电容器充电,当

31、电容器上的充电电压达到一定值后变频器控制板得电。 晶闸管开始导通，整流桥输出电压也开始上升，当上升到额定电压的80%时，输入保护得电，此时晶闸管完全导通，这样避免了系统的冲击电压。,上述充电时间小于1S，在充电的过程中整流桥上的晶闸管不导通，减少了充电电流，延长了电容器的使用时间。 变频器的使用过程中一般不允许过多的断电，送电。每一次断电,送电，电容器就完成一次充电放电。过多的充电放电会损坏充电电阻和电容器。,A8是输入保护板，板上装有冷却风机的熔断器F1，F2，还有整流桥晶闸管的门极触发电路C14C16。L11是直流电路系统的滤波电容和电抗器，R11是滤波电容的放电电阻。 在变频器输入回路断

32、电后，电容器上仍有较高的电压，对人身和设备都有危险因此需要通过放电电阻将其放掉，放电时间约5min。 因此维修人员要在停电5min后，才能进行必要的维修，以防人身事故。,V1V6绝缘栅双极型场效应管（IGBT）每相2个,三相共六个。通过6个管将直流电压逆变为频率可调电压可变的变频电源,IGBT模块的导通是由电机控制板A4通过主电路接口板A3来控制。 A3为主电路接口板，板中包括变频器的控制电源，IGBT模块的门极触发电路,直流电压和电动机电流的测量电路。,A4是电动机控制板常称主控板，A10为变频器接地漏电保护板。U21、U22为电流霍尔互感器。V1cV6c为嵌位二极管，它可防止IGBT流过反

33、向大电流损坏模块,起着保护IGBT管子的作用，接在IGBT模块输出端的电阻.电容，组成的阻容吸收电路,可以吸收电网来的浪涌电压,对模块起到很好的保护作用。,1、变频器过热保护，内部温度（冷却底板）超过+85时给出警告信号，或断开变频器的电源。2、过流跳闸保护，当输出电流超过额定电流的3.75倍时瞬间跳闸。3、主电源缺相或相不平衡保护，变频器断电跳闸。4、过电压保护，输入电压超过额定值的1.3倍时瞬间跳闸。5、欠压保护，当电压低于程序额定电压的0.65倍时变频器瞬间跳闸。,变频器的主要保护性能,电气系统原理,交流变频电牵引采煤机,交流变频电牵引采煤机电气系统原理图,监控设备是电牵引采煤机的核心部

34、分，它包括监测中心和控制中心以及各种电源辅助设备。,监 控 设 备,监测系统主要是对采煤机进行工况监视，在线故障诊断，对实时数据进行记录，回放等功能。 为确保设备在恶劣环境下以最佳状态运行提供可靠的依据。 本监测系统是由PC104工业控制计算机和各种信号处理板及所需电源板组成。,监测系统的组成,工控机硬件； 高速嵌入式586DXCPU主频133 MHZ。 内置浮点运算协处理器。 主板内存32 M。 一个双向数据并行口。 两个16C550等同速串行口。 主板固态盘插座支持（SSD）144 M字节 可读写盘。 64路A/D接口。 电源配置+5V、1.84.8 W。 终端显示器配置,TFT6.1英寸

35、真彩液晶屏。,信号处理板； 信号处理板分为数字信号处理板和模拟信号处理板。数字信号处理就是把采煤设备送来的各种数字信号和开关量信号，进行光电隔离，电压整型处理后,从串行口送给工业控制计算机。模拟信号处理就是把采煤设备采集回来的各种模拟信号，进行不失真光电处理后，模/数转换进行暂存，再通过单片机的串行口送到工控机进行数据处理。,a.数字信号处理板硬件组成： 光电隔离器 并行输入串行输出集成块 三端稳压器b.模拟信号处理板硬件组成： 带负反馈的光电隔离器 运算放大器 16位A/D转换器 EEPROM暂存器 单片机 三端稳压器,C.电源板： 电源板主要是给； 1、给工控机提供+5V,2 A的电源。

36、2、给信号处理板提供+5V,12V的 电源。 3、给外部设备提供需12V检测电 源。 本电源板的供电电源取自控制系统 的24V开关电源。,监测中心采用工业控制机。采煤机监测中心，利用微电脑技术及专家系统，把实时数据库理论和相关的现代控制方法融合在一起。通过接口电路板把采煤机送来的信号、状态、资料进行处理和分析。完成采煤机的恒功率控制和故障诊断等功能。并对采煤机运行状态进行记录，预报警及相应的紧急故障处理。故障状态下的事故分析操作指导及提示等功能。,采煤机监测系统原理,采煤机监测系统原理图,控制系统是要对采煤机的各种动作进行控制，确保采煤机的各种执行动作准确无误,提供保障。 控制系统是由控制中心

37、（工业可编程控制器），开关电源和本安电源以及按键信号处理装置组成。是采煤机电气系统的中心。,控制系统的组成,本机选用日本三菱FX系列系列产品，具有高可靠性，抗干扰能力强的特点，平均无故障时间超过了IEC规定的10万小时，有些PLC的 可靠性已达到300000500000MTBF。采用导轨式安装。 本机采用的是模块式硬件结构组合和扩展都很方便。在实际使用过程中，增加或减少功能比传统继电器控制方案更简单易行。,在PLC正常时，变频器的速度给定、牵引方向、加减速度、水流量保护，两台截割电机的温度监测、电流采样、截割电机恒功率保护、采煤机零位抱闸、启动预警、两台截割电机的分别启动和停止、瓦斯断电、牵引

38、变压器温度监测及采煤机的运作执行等，都通过PLC进行控制。 PLC由CPU，电源模块模拟量，特殊模块模拟量，输入模块组成。,控制系统的硬件配置及参数,（1）控制中心： 型号: PLCFXON-4OMP-F6EVT 电源: AC 220V 50 VA 继电器输出: 触点2 A 工作环境温度: 055 抗震动: 2g,（2）开关电源： 型号: 特制专用 电源容量: 350 VA 输入电压: AC 160240V 输出额定电压: DC 24V 输出额定电流: 10 A 开关电源输出具有过流,短路等保护,（2）本安电源： 型号： 特制专用 电源容量： 50VA 输入电压: AC 220V 输出额定电压

39、: DC 5V 输出额定电流： 250mA 输出开路电压： DC 5.6V 本安电源输出具有过流、短路等保护。,控制系统原理图,控制系统原理图,牵电装置是把牵引变压器送来的400V电源,通过牵电装置再供给变频器。主要完成给变频器的送电和断电。 当变频器发出故障信号时，牵电装置就自动切断电源，牵电装置断电后，需延时2分钟方能再次送电。牵电装置由交流接触器，快速熔断器，控制接线端子等组成。,牵电装置的功能及参数,端头控制站采用单片机工作原理，使用串行数据通讯技术，与监控中心交换资料，实现对采煤机的主停，牵停，左行，右行，摇臂升降的控制。同时监控中心把采煤机的运行速度和端头控制站的工作状态传回到端头

40、控制站，在端头控制站进行状态和速度显示。其原理框图如下所示。,端头控制站工作原理,端头控制站工作原理图,左端头站只能控制左摇臂的升降。 右端头站只能控制右摇臂的升降。 左右端头站同时能对采煤机进行主停、牵引、左行、右行控制， 端头站采用两块单片机实现端头站的接收和发送信号。IC1负责发送端头站的各种控制信号IC2负责接收监控系统发来的显示信号A0是数据输出线，,AI是数据输入线 1号线是+5V的电源线， 4号线是数字地。 端头站的工作指示灯在一定频率闪烁时证明端头站工作正常，否则，端头站工作异常。,为了保障采煤机可靠运行，正常操作，操作人员必需遵守以下操作规程：（1）操作人员必需熟悉采煤机各电

41、气设备的位置，作用、性能、特别是按钮的功能，方可操作。（2）严格执行操作程序，禁止无冷却水的条件下开机割煤。（3）.操作人员必需学会，掌握观察采煤机各显示窗的内容，根据显示内容判断采煤机的运行状况。,采煤机电气系统的操作主要事项,监测中心和控制中心相互配合满足采煤机实现恒功率采煤的要求， 即：牵引速度能够实现自动跟踪截割电机的负载。 当截割电机的负载较轻时，牵引电机加速运行到设定速度。 当截割电机负载为满载（或人为满载）时，牵引速度保持为这一设定速度。 当截割电机电流超过105%Ie时,并在一定的允 许时间内（设定60秒）负载电流仍不下降可使牵引电机自动减速。如负载超过115%Ie时，立即停止

42、牵引。,采煤机的保护功能,电机，变压器，变频器等各种保护 和监视信号，通过信号转换板送给监测 中心。 监测中心把信号和数据处理分类后； 一方面送给显示屏，进行状态指示； 另一方面传送给控制中心参与过程控 制。,由2个互感器分别检测左、右截割电机的单相电流，将截割电流信号转变为420mA的信号送入PLC进行比较，得到欠载、超载信号。 当两台电机都欠载（P90% Pe）时，发出加速信号，牵引速度增加（最大至给定速度）。 当任一台电机超载（P110% Pe）时，发出减速信号，牵引速度自动减小，直至退出超载区域。,截割电机恒功率自动控制,当采煤机已在左牵引时，按下“右牵”按钮，此时采煤机将会减速； 如

43、果一直按下“右牵”按钮，则采煤机速度将会减小到零速。 但是采煤机到零速后不会继续向右牵引，只有松开“牵引按钮”重新选择“左牵”或“右牵”，则采煤机将沿着所选的方向行走，反之亦燃。,采煤机过零保护,在左、右截割电机绕组内埋有温度接点，将其串接在启动回路中。 当任意一台电机的温度超过155时接点断开，从而断开启动回路，使采煤机整机断电。 同时左右截割电机绕组内埋有PT100热敏电阻 PT100经热电阻温度转换模块MK1（MK2）将电阻值转换成420mA的电流信号接入PLC的模拟量输入特殊功能模块，当任意一台电机温度达到155极限时，PLC输出信号，采煤机控制回路切断，使整机断电。,截割电机温度保护

44、,当采煤机工作环境中瓦斯浓度超限时，瓦斯断电仪将报警并动作，瓦斯断电仪接点接入在PLC中控制启动回路自保接点。 浓度超限时PLC中控制启动回路自保接点断开，采煤机控制回路切断、整机断电。,瓦 斯 保 护,当左右截割电机电流小于Ie时，牵引可以加速。 当I 120%Ie时，牵引不能加速延时5分钟，停止牵引、并显示故障画面。 当I150%Ie时，延时1分钟，停止牵引并显示故障显示。左右截割电机过载保护动作，停止牵引同时停左右截割电机 。,截割电机电流保护,牵引变压器三相绕组内各埋一个160的温度接点，三相串联。当变压器温度超过160时，不允许牵引或者停止牵引； 牵引变压器中间一相内埋有两个PT10

45、0热电阻，其中一个PT100经热电阻温度变送器模块MK3将电阻值转换成420mA的电流信号接入PLC的模拟量输入特殊功能模块， 另一个PT100备用，,牵引变压器温度保护,变频器的保护有： 接地保护、过压保护、欠压保护、供电电源缺相保护、变频器输出短路保护、及变频器对牵引电机的缺相保护、堵转保护、过流保护。 当启动采煤机后，变频器带电，此时若两个变频器中任意一个有故障，则不允许牵引，同样在牵引的过程中，两个变频器中无论哪个有故障，则停止牵引,变频器故障保护,本变频器装置不仅有控制运行性能，而且有以下的完善自身和对被控对象的保护功能。,变频器的保护功能,变频装置接地故障保护，是变频装置在运行过程

46、中监视电机和电机电缆的漏电和接地，接地故障的判断，是基于在变频装置的输入端的零序电流，对地保护泄漏电流的测量。变频装置一旦判断有接地故障传动将立即停止，发出故障信号。,变频装置接地故障保护特性,变频装置的缺相功能保护特性是监视电机电缆的连接状态，检测电机某一相是否连接。 在正常运行状态下监视电机连接状态。一旦有故障出现，变频装置立即停止运行。给出故障显示。,电机缺相功能保护特性,变频装置在牵引电机堵转时保护电机。当电机堵转时，在超过电机堵转允许的时间内，变频装置立即停止输出，采煤机停止牵引，把堵转故障记录下来。,变频装置对牵引电机堵转的保护特性,变频装置在牵引电机过流时发出故障信号，使牵电装置

47、跳闸，同时把这一故障记录下来，以备检修查询使用。,变频装置对牵引电机过流的保护特性,变频装置检测自身的直流母线，来判断供电电压是否过电压。当过电压时，变频装置停止输出，给出故障显示。过电压极限整定值为1.3Umax, Umax是牵引变压器输出最大值。牵引变压器供电电压为400V, 这时Umax=415V,这样过电压极限值整定为1.3415539V。也就是说，当牵引变压器输出电压高于539.5V时，变频装置通过直流母线判断为过电压，给出故障信号。这时直流母线对应的直流电压为728V。,变频装置过电压保护特性,变频装置检测自身的直流母线,来判断供电电压是否欠压。当欠压时，变频装置不停止运行，只给出

48、故障显示。 欠压极限整定值为0.65Umin,Umin是牵引变压器输出最小值。牵引变压器供电电压为400V, 这时Umin=380V。 这样欠压极限整定值为 0.65380=247V。 也就是说，当牵引变压器输出电压低于247V时变频装置通过直流母线判断为欠电压，给出故障信号。这时直流母线对应的直流电压为334V。,变频装置欠压保护特性,牵引变压器输出的400V电源通过牵电装置给变频器供电，假若当某种原因造成变频装置的电源缺相，这时，变频装置内部的输入缺相保护回路就通过检测中间电路的脉动增加来判断。一有变化就立即停止牵引，给出故障信号，故障继电器R01动作，牵电装置断电，并把这一故障记录下来。

49、,变频装置供电电源缺相保护特性,变频装置在运行和启动输出前，始终监视着输出通道，即：逆变器模块和电机电缆（W4,W5）。 一旦短路发生，变频装置内部的独立短路保护单元，以微秒级的速度发出信号，封锁触发脉冲开关，使IGBT逆变桥禁止输出，故障继电器R01动作，牵电装置失电，并把这一故障记录下来。,变频装置输出短路保护特性,1）变频器在运行和维护时，必须遵守安全规范，否则将造成意外的人身伤害或损坏变频器。 a)变频器断电后，必须等待5分钟后（显示屏不能显示）。才能进行检修，以防止中间直接回路放电造成电击。 b) 检修时先用万用表测量每个输入端子和地之间的电压，以保证变频器放电完毕。,变频器在实际使

50、用中应特别注意,2）变频器在运行的过程中，不允许在1分钟内连续3次切断电源。以避免变频器内的充电电阻因过流而烧毁，造成变频器不能工作。 3）测量牵引电机的绝缘时，必须把牵引电机和变频器的连接电缆从电机端子拆下，否则有可能造成变频器内的IGBT模块损坏。 4）变频器的输出是由高压高频窄脉冲组成，其峰值约为电源电压的1.351.4倍。这个电压有可能因电缆性能不好而加倍，因而牵引电机的电缆选择非常重要，更换电缆时需运用低容抗电缆。 5）变频器的绝缘需用万用表M档测量。,1、安装前在地面应仔细检查,如连接件是否松动，电气元件在运输过程中是否遭到损坏，发现问题及时处理。2、在井下安装前，必须在地面进行试