矿用卡轨车变频调速系统过速保护的研究.pdf

第 6 期 总第 169 期 2011 年 12 月 机 械 工 程 与自 动 化 M E C H A N IC A L EN G IN E E R IN G A U T O M A T IO N N 0 6 D ec 文章编号 1672 6413 2011 06 0124 02 矿用卡轨车变频调速系统过速保护的研究 牛文斌 山西潞 宁煤业有限责任公 司 山西 宁武036706 摘要 结合 山西潞宁煤业有限责任公 司卡轨车过速保 护控制系统 的设计与实施 介绍 了过速保护系统的硬件 组成 软件实现等 内容 现场 应用表 明 该系统 完全 满足潞 宁煤业有限责任公 司卡轨车的控制要求 有一定 的先进性 值得推广 应用 关键词 过速保护 编码器 卡轨 车 测速发电机 变频器 中图分类号 T D 524 2 T P273 文献标识码 A 1概 述 卡轨车牵引力大 爬坡能力强 担负着煤矿井下 长距离 大坡度 大运量等重型设备的运输任务 其 运行性能的优劣直接影响煤矿的正常生产和安全 在 实际运行中如果 出现速度失控现象将给煤矿安全生产 造成巨大的损失 因此必须对卡轨车变频调速系统的 过 速保 护进行研 究 常见的过速现象主要有 以下几种 在启动时卡 轨车猛的加速 在加速过程中卡轨车突然由低速变 为全速 由全速向低速减速过程中 卡轨车不能减 速 本文研究的过速保护装置应满足以下要求 卡轨 车在等速 减速段运行过程 中 当卡轨车的运行速度 超过设定速度 1O 时 先实现电气 制动 再实现安 全制动 卡轨 车的运行 速度超过 最大速度 15 时 实现安全制动 电气制动是先减速再制动 而安全制 动属于紧急制动 对卡轨车和钢丝绳冲击较大 2 过 速保护 系统硬 件设计 2 1硬 件 组成 过速保护系统硬件组成见图 1 由旋转编码器 2 脉冲编码接口模块 传动控制单元和变频器组成系统 的速度闭环控制 由旋转编码器 1 测速发电机 转 换器 可编程控制器 高速计数模块 A D 转换模块 过速继电器及安全回路组成系统的另一路速度闭环控 制 并可实现测速发电机和编码器之间速度互相监测 2 2 模块 配置 1 旋转编码器 1 采用 ZX F IOB M C 24C 增量 式集电极开路输出 每转输 出脉冲数 100 电源电压 D C 24 V 2 旋转编码器 2 采用 ZXF 10OBM C24F 增量式 推挽输出 每转输出脉冲数 1 000 电源电压 DC24 V 3 测速发电机 采用 ZY S231 110 19 额定电 压 1l0 V 额定功率 23 1 W 额定转速 1 900 r nfi n 4 可编程控制器 采用 FX 2N 一 64M R 32 点输 入 32 点继电器输出 5 高速计数模块 采用 P LC 内置高速计数器 其计数频率可达 20 kH z 6 A D 转换模块 采 用 F X 2N 一 4A D 将接 收 的模拟量输入信号转换成数字量 有 4 个模拟量输入 通道 最大分辨率 l2 位 7 脉冲编码接 口模块 采用 R T A C 一 01 将接 收到的脉冲信号转换成数字信号 送到逆变器的传动 控制 单元 8 传动控制单元 采用 R D CU 12C 它是逆变 单元的大脑 产生 P W M触发 脉冲 具有 隔离驱 动 电流检测 人机对话接 口以及各种保护监测功能 并 产生系统控制所需的 5 V 15 V 和 24 V 电压 9 变频器 选用 A BB 四象 限多传模块 组合 其中 L C L 滤波模块选择 A L CL 15 7 IG BT 供 电模 块选择 A C S800 104 0580 7 逆变模块选择 A C S8O0 1 0 4 0 5 8 0 7 3 过速保护系统软件实现 3 1 测速 发 电机 或编码 器 的相互监 测 主电机工作时同时带动测速发电机和编码器工 作 测速发电机将转换后的电压信号送入 P L C 的 A D 转换模块进行模数转换 转换形成的数字信号置于 寄存器内 编码器高速脉冲信号通过 PLC 的高速输 收稿 日期 2011 08 25 修 回日期 2011 09 15 作者简介 牛文斌 1965一 男 山西长治人 工程师 本科 主要从事煤矿机 电设备的技术管理工作 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 2011 年第 6 期 牛文斌 矿用卡轨 车变频调速 系统过速保护的研 究 l25 人端 X O 和 X 1 引入 一路作为卡轨 车的位置信号 一 路作为卡轨车的速度信号 在每个采样周期 PL C 将寄存器内的数据 与高速计数器 的采样速度进行 比 较 若偏差大于设定值 则判断测速发电机或编码器 出现故障 输 出停车信号对系统进行电气制动 由此 实现测速发电机或编码器的相互监测 图 l 过速保护系统的硬件组成 3 2 等速段 过 速保 护 卡轨车按载重量实现分段连续调速 调速范围见 表 1 表 1卡轨车的调 速范 围 载重量 t 调速范围 m s 极 限速度 m s 5 O 2 2 2 42 5 10 0 1 9 2 O 9 1 1 I5 0 1 5 5 1 7 1 1 6 2 6 0 1 3 1 4 3 点动档 0 0 5 0 55 事 先在 P LC 内部设置好各载荷段的极限速度 在每个采样周期 PL C 将检测到的实际速度和相对应 的极限速度进行 比较 发现情况异常时发 出停 车信 号 比如载重量选择 5 t 10 t 当 P LC 检测到卡轨 车速度超过设定值 1 9 m s 的 1O 即 2 09 m s 时 发出停车信号对系统进行电气制动 3 3 减速段过 速保 护 每个采样周期 PLC 将检测到的实际速度与设定的减 速速度比较 如果超出允许范围 则对系统进行电气制动 3 4 2 2 m s 最 高限速保护 卡轨车最大允许速度为 2 2 m s 根据 煤矿安 全规程 要求 当提升 机速 度超 过 最大 允 许 速 度 15 时 必须实现安全制动 为了确保安全 本文从 软 硬 件两 方 面来 实 现此 项功 能 每个 采 样 周期 P LC 将检测到的实际速度与卡轨 车最大允许速度 的 115 比较 如发现异常 立即采取紧急制动 过速 继电器正常情况下是释放的 当测到卡轨车速度超过 最大允许速度 15 时吸合 将过速继 电器的常闭点 串人系统安全继电器回路 实现安全制动 3 5 变频 器过速 保护 采用带测速反馈接 口的 A CS800 系列变频器 与 编码器形成带反馈闭环的直接转距控制方式 达到稳 定电机转速 的 目的 其静态速度误差可达 0 01 静态速度误差 实际速度一给定速度 电机额定 速度 当速度超过设定的极限速度时 变频器故障 停车 变频器相应的参数设置如下 5O 01一i 000 设定编码器 每转的脉冲数为 1 000 5 O 0 2 一 A 一 一 BD IR 通道 A 对脉 冲信号 的上 升沿 计 数并换算成速度 通道 B 方向 5O 03 F A U L T 设定 脉 冲编 码器与编码 器接 口模块 之 间或编码器接口模块与变频器控制板之间检测到通讯故障时 的保护类型为故障跳 闸停车 5O 06一E N C O D ER 选择将编码 器测 量 的实际速 度用 于 控制 中的速度反馈值 5O 07 FA U L T 当编码 器信 号丢失 时 传动单 元 故 障 跳闸停车 98 01一R T A C SL O T I 激活与脉冲编码器模块的通讯 4 结束语 本文较详细地叙述了山西潞宁煤业有限责任公司 卡轨车过速保护系统的设计与软硬件组成 目前该系 统已经投入运行一年有余 结果表明控制性能 良好 各种保护安全可靠 完全达到了控制要求 值得在其 他煤矿推广应用 参考文献 13廖常初 可编程控制器应用技术 M 重庆 重庆大学 出 版社 1992 2 段浩均 矿山电力拖动与控制 M 徐州 中国矿业大学 出版社 1994 33陈伯时 陈敏逊 交流调速系统 M 北京 机械工业出版 社 2003 4 王志奎 朱清慧 可编程序控制器 和交流变频器在开环 闭 环调速系统中的应用 J 现代电子技术 2002 7 27 29 O v ersp eed P rotec ti on of In verter C on tro l S ystem o f O rb i ti n g Wi n c h N IU W ell bi Shanxi L uni ng C oal M i ni ng Industry L i mi ted C orporati on Ni ngwu 03 6706 C hi na A bstrac t O n th e b asi s o f researc h o n oversp eed protec ti o n o f the i nv erter c on tro l system w hi c h i s ap p li ed tO L un i n g C oal M i ni ng Ind rustry L i m i ted C o rpo rati o n th e pape r desc ri b es the h ard w are stru c ture and the app li c ati o n of softw are W i th b ei n g prac ti c ed overspeed pro tec ti on of th e i nv erter c o ntro l system c an fully m eet th e c on tro l req