ASCS直流提升机电控系统组成

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 整个系统包括高压 低压配电 调节 操作保护 操作台 整流部分 励磁部分 具体如下图所示 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 CPU模块 开关量输入模块 开关量输出模块 触发脉冲形成模块和A D转换模块 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 并执行用户程序和系统自诊断 3 输入模块用于将提升机系统某些运行状态信号及电枢回路和磁场回路的故障保护信号输入到ASCS调速系统 4 输出模块用于控制继电器箱中的某些继电器 将ASCS系统中的操作结果反应到其它控制环节 调节系统硬件简介 5 1 脉冲板用于触发电枢回路的1 桥 2 脉冲板用于触发电枢回路的2 桥 3 脉冲板用于触发磁场回路的整流桥 6 A D模块用于将电枢电流 磁场电流和测速机反馈速度等模拟信号输入到ASCS调速系统中 以构成速度闭环和电流闭环 信号调理单元的结构图如下所示 调节系统硬件简介 ASCS调速装置下机笼结构示意图 调节系统硬件简介 图中 1 熔断检测板对来的各整流柜的可控硅快速熔断器信号进行处理 判断出各整流柜的硅快速熔断器是否熔断 其输出信号引入到安全回路 2 信号处理模块来的各整流柜中电流互感器的信号和测速机的信号进行处理 并变换为0 8V电压信号输入到全数字调节器的A D板中 作为电流反馈信号和速度反馈信号 3 电枢脉冲放大板对来自全数字调节器的脉冲触发信号进行功率放大 然后输出到整流柜的功放板中触发可控硅 4 磁场脉冲放大板对来自全数字调节器的脉冲触发信号进行功率放大 然后输出到励磁柜的功放板中触发可控硅 调节系统硬件简介 5 缺相保护板判断高压供电回路和低压供电回路的三相电源是否缺相 6 零电流检测板检测电枢或磁场回路电流是否为零 以此控制电枢或磁场换向 7 缺臂保护板用于检测各整流柜中的桥臂上的可控硅在正常工作时是否正常导通 调节系统硬件简介 2 外围电路 1 电流检测元件 电流互感器 互感器原理采用以电磁感应原理为基础的电流互感器对高压电网进行大电流检测 其主要目的有两个 一是使测量回路与高压电网隔离 可以保护操作人员和设备的安全 二是可以使用小量程的仪表测量大电流 电流互感器是一种用于测量的专用变压器 其原理图如下所示 它均制成单相的 它的一次绕组由一匝或若干匝较大的导线构成 并串在被测量的电路中 二次绕组的匝数较多 线径较细 调节系统硬件简介 电流互感器原理图 调节系统硬件简介 电流互感器在本系统中的应用在本系统中 电流检测原理如下图所示 调节系统硬件简介 因为本设计需要检测三相交流电的电流 因此需要三个电流传感器 将三个电流互感器二次侧的同名端相连并接地 则另外一端则分别代表A B C三相电流的感应电流 将它们经过三相整流 便得到直流电流 再选配合适的电阻串入到整流桥的直流侧 就能得到与电流成比例的直流电压 经过滤波 直接引到系统的A D口进行模 数转换 2 电流LEM传感器此传感器利用霍尔原理 来检测电流大小 一般输出0 5V 需要供电 安装套在电缆上 不需要串在回路里 在本系统中的作用主要是采集电流进行保护 没有参与控制 调节系统硬件简介 3 分流器分流器原理是在回路里串入一个很小阻值的电阻 通过测量其上的电压来检测电流的 输出电压正常为毫伏级 本系统主要用来给表头供电 显示输出直流电流值 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 本系统主要用来作为调节部分的主反馈 并引到PLC作为速度保护用 2 光电编码器 调节系统硬件简介 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 电压检测元件本系统只使用了电压LEM传感器 用来检测直流侧的输出电压 利用其与反电势成正比的关系 计算出反电势值的大小 同步变压器将来自高压PT柜的100V电压降成27V左右 供给脉冲板 调节系统硬件简介 作同步信号使用 12脉动情况下采用两组 其相位为Y Y 0和 Y 1 分别对应电枢变压器的 Y 11和Y Y 0 是同步相信在相位上滞后主回路30度 控制变压器是一个多路输出的变压器 输如电压为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 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 零电流检测部分 采样电阻装在整流柜或磁场柜里 检测晶闸管两端电压 经过检测板来判断回路是否有电流 检测板采用通过检测晶闸管两端电压的有无来确定电流是否过零的原理电路如下图所示 图中给出了U相的电流过零检测电路 调节系统硬件简介 零电流检测电路原理图 调节系统硬件简介 当U相有电流流过时 总有一相晶闸管上的电压为零 这时整流桥输出电压为零 三极管T1因电容C1的放电而导通 并通过由T2 T3组成的恒流源电路及光电耦合器的发光二极管放电 光耦输出为高电平 最后使零电流检测输出 UL 为零 而在U相电流为零时 电路中的三组整流桥均有电压输出 三极管T1截止 光耦输出均为低电平 使零电流检测输出UL为高电平 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 调节系统硬件简介 CPU模块指示灯含义01 正常02 CPU故障03 输入模块故障04 输出模块故障05 1 脉冲板故障 和同步信号有关 06 2 脉冲板故障 和同步信号有关 07 3 脉冲板故障 和同步信号有关 调节系统硬件简介 08 A D板故障09 同步故障10 电源故障11 熔断器故障12 接插件故障13 安全回路故障 调节系统硬件简介 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 DNK11励磁柜风机接近开关监视 DC24V DNK121 整流柜风机接近开关监视 DC24V DNK132 整流柜风机接近开关监视 DC24V PLC柜硬件简介 DNK14新系统刀闸切换准备就绪 DC24V JD10南罐齐平位置 AC110V JD11南罐2M S位置 AC110V JD12南罐减速位置 AC110V JD13南罐同步位置 AC110V JD14南罐过卷位置 AC110V JD20北罐齐平位置 AC110V JD21北罐2M S位置 AC110V JD22北罐减速位置 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 提人 AC220V JD61工作方式选择 提物 AC220V JD62工作方式选择 检修 AC220V JD63工作方式选择 紧急开车 AC220V JD20操作方式选择 手动 AC220V JD21操作方式选择 半自动 AC220V JD911 高压合闸指示 AC220V PLC柜硬件简介 JD922 高压合闸指示 AC220V JD93快开合闸指示 AC220V JD941 变压器报警 AC220V JD951 变压器跳闸 AC220V JD962 变压器报警 AC220V JD972 变压器跳闸 AC220V 2 输出继电器 KD150旁通 DC24V KD151松闸指示 DC24V PLC柜硬件简介 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 KD156安全复位 DC24V KD157立即施闸 DC24V KD160南罐到位 DC24V KD161报警 DC24V PLC柜硬件简介 KD162二级制动阀G6 DC24V KD163二级制动阀G7 DC24V KD164北罐到位 DC24V KD165电气减速 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 YD11 油泵送电 AC220V AC380V PLC柜硬件简介 YD22 油泵送电 AC220V AC380V PC11 安全制动接触器 AC220V PC22 安全制动接触器 AC220V 五 外围部分1 空气开关部分 E11可调闸和温度测试仪电源开关 AC220V E12油泵控制电源开关 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 E18主令和闸把电阻电源开关 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 DC 10V 3 变压器部分 PLC柜硬件简介 TN60控制电源变压器 AC380V DC10 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 整流柜硬件简介整流柜主要由可控硅 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