PLC控制提升机电气控制系统设计.doc

矿井维修电工（08）技师班毕业设计2010年6月PLC控制提升机电气控制系统设计杨锋志20010年6月随着人类科学技术的迅猛发展，传统电气控制系统的弊端也逐渐显现，淘汰已成必然，电气控制技术也由继电器控制过渡到了计算机控制系统。PLC可编程控制器正是在继电器控制和计算机技术的基础上，逐渐发展起来的以微处理器为核心，集微电子技术，自动化技术，计算机技术，通信技术为一体，以工业自动化控制为目标的新型控制装置。它已逐步成为工业自动化设备的主导产品，因它具有控制能力强，可靠性高，使用方便，适用与不同控制要求的各种控制对象等优点，其工作原理，设计和使用方法也成为电气和机电类专业的必修课程。它的出现对提高机械设备自动控制性能起到了关键的作用，带动了自动控制产品向着控制可靠、操作简单、通用性强、价格低廉的方向发展，使自动控制的实现越来越容易。PLC可编程控制器目前已在工业、交通运输、农业、商务等领域得到广泛应用，成为各行业的通用控制产品。这几年随着煤矿矿井的不断扩建，产量的不断提升以及机械化、自动化的不断提高，同时也为煤矿设备能够在井下恶劣和危险的环境下准确灵敏的实现各项保护功能，真正实现“安全第一，预防为主”的煤矿安全生产方针。使得PLC可编程控制器在矿山设备中也得到了广泛的应用，这就迫切的要求我们在最短的时间内学习和了解PLC可编程控制器的原理和应用。这个专业同时也是我个人的兴趣和爱好以及在工作中和实际处理问题中经常遇到的一个难题，因此学好此课题对我来讲至关重要也是当务之急。此专业知识的学习和掌握将会我在以后的工作中起到不可忽视的作用和产生巨大的帮助矿井提升系统是矿山生产的关键设备，从井下采出的煤炭及矸石的提升，材料的下放，人员和设备的升降都是由提升设备来完成的。因此，采用更先进的技术，更安全可靠的控制方式来改善提升机电控装置的技术性能，将直接提高矿山生产的效率及安全程度。综上所述，将PLC可编程技术与提升机电控系统相结合，便是本人所要做的毕业设计题目是PLC控制提升机电气控制系统的设计。目 录1概述 .42设计步骤 .63进行设计 .64变频器说明 .165原理 .176硬件构成 .227人机界面 .258故障处理和维护.289主控台各按钮和转换开关的用途与功能 .311概述1.1已知资料1、提升机型号：JK-2.5/20X 2、电动机参数功率：400kw，定子参数：6KV/50A，转子电压：512V/498A3、液压站：RH-634、井型：斜井， 井深730m 5、减速机型号：ZK型 减速比：201.2控制要求在所有安全条件都具备时才能开车，开车前要有规定的信号操作：绞车运行到减速点后自动减速，距到位点3米出进入爬行，到位后自动停车：当司机发现紧急情况需要紧急停车，用右脚踏下右下角的脚踏开关，提升机应立即抱闸停车：如果安全回路掉电，查清原因排除故障后，按复位按钮后方可进入开车状态：发生过卷故障后，通过一定的处理，提升机应能反方向启动，以便于处理故障：各种保护及声光信号齐全1.3设计要求设计采用PLC控制提升机电气控制系统，采用绕线式异步电动机拖动，转子回路串电阻启动，调速，直流制动方式。1.4设计原则安全第一 除实现煤矿安全规程所要求的保护功能外，再根据提升机运行工况增加其他相应的保护功能。性能可靠（1）优选进口高性能电气传动装置和电气元件；（2）能用软件实现的功能不再增加硬件，使系统结构更加简单、合理。功能强大（1）采用PLC可编程控制技术；（2）完全符合矿井提升机工艺的各种要求；（3）满足现场复杂情况而不需再考虑增加硬件设备。性价比高（1）充分考虑使用维护的便利性，以节省运行中的人力物力；（2）尽最大可能提高电控系统效率，以降低电耗，减少运行费用。(3)系统结构优化设计，使系统设备最少。2设计步骤2.1应收集资料（1）设备配置（2）提升行程和速度图（3）系统保护参数设置（4）信号约定2.2设计主要内容（1）根据控制要求设计电路（2）选择PLC及控制电器（3）控制线路（PLC外部接线）设计（4）PLC程序设计3进行设计3.1设备配置根据所提供的技术参数以及对现代化矿井提升电控的基本要求，本系统采用传统串电阻调速方式，适用于单机容量不大于1000KW的交流绕线转子电动机。该系统采用技术先进、性能可靠的原装进口可编程控制器，运用RS485串行通讯方式实现了N：N网络，适用于矿山竖井，斜井或其他要求提升的场所中，用于绕线式交流电动机拖动的各种型号的提升机，对于提高矿井自动化、安全保障能力，以及矿井现代化管理水平具有十分重要的现实意义。全数字交流提升机电控系统主要设备配置包括：主控台、高压换向电制动切换柜、动力制动电源柜、可控硅调速柜、低压电源柜、高压馈电开关柜、电阻及安装附件。其主要设备配置图及简介如下：（1）智能型全数字交流主控台主控台 BPDKZN-ZKT主控台是该电控系统的控制中心，该设备采用操作台式结构，除位置、速度、温度、压力、电流等必要的信号采集传感器和终端执行设备外，所有控制回路及操作全部集中于操作台中。司机可操作主控台上的操作手把（如手闸、主令控制器）、开关及按钮来控制提升机运行，并通过指示灯和人机界面及时了解提升机的运行状态及运行参数。此外，本主控台自身具有应急提升功能，在不添加任何外部硬件的情况下，当PLC出现问题时，可以实现故障状态下的低速运行。（2）高压变频器 JTDK-GBP-H-6KV 本设备采用双断点控制，运用RS485通讯方式接收主控台PLC的操作指令，实现工频高压电源与电制动电源的切换，以及主提升机在工频高压电源下正、反向运转的控制。为确保系统工作的安全可靠性，高压电源与电制动电源的切换及正、反向运转之间均具有电气和机械的双重闭锁，保证设备的安全可靠。（3）高压变频电控装置 GBP-H 本装置与转子金属电阻配合使用。当绞车起动加速运行时，由主控台PLC发出信号，通过RS485通讯方式传送至可控硅加速柜的PLC，由PLC直接驱动可控硅加速柜的各级可控硅动作，以达到对电机转子回路电阻的自动切换，实现电机启动、调速、制动的目的。（5）电动机负荷柜（柜号KYN28-12/AH3）一台进线柜（柜号KYN28-12/AH4）两台1）双回路高压供电，主回路采用真空断路器构成。2）手车式结构，具有手动和电动两种分合闸方式。3）具有电压、电流、功率等指示和必要的过流、速断等保护。（6）所用变压器柜（柜号KYN28-12/AH2）用于提升机辅助设备的AC380/220V配电。1）双回路进线，各进、出回路配置有保护装置和工作指示。2）除为主控台供电外，还为室内照明供电以及备用电源等。（7）附件1）轴编码器两套：分别安装在提升机的高速轴和低速轴上，将数字信号传送到主控PLC和监控PLC，用来测量提升机的行程和速度，具有很高的测量精度；同时两个轴编码器互相独立，相互监视、实现安全回路双线制。2）压力变送器两套：一个用于测量制动油压；一个用于测量润滑油压，将相关的压力值转化为电信号，传送到主控台的PLC模块，实现数字化的显示与控制保护。3）到位开关四套：采用进口元器件的强磁感应开关，用作井筒到位和减速开关。4）深指信号传感器及感应磁块1套：采用强磁感应信号，作为深指失效保护的传感器。5）手持式编程器：用于修改参数和输入程序。6）轴编码器万向连轴器二套3.2提升行程和速度图T：一次净提升时间240s，行程730m。T1：加速时间。T2：等速时间。T3；减速时间。T4：爬行时间。T5：抱闸停车时间。3.3系统保护参数设置（1）深指失效运行距离：4m（2）接近停车位置的限速保护：2m/s（3）过卷保护距离：0.5m（4）反转保护动作:时间: 2s或速度1.5m/s（5）主机过流保护: 1.5Ie/10s（6）减速段限速保护: 10%Ve（7）等速段限速保护: 15%Ve（8）制动油过压保护: 6.2MPa（9）闸瓦磨损保护: 1mm（10）高压保护:馈电开关跳闸（11）速度监视保护:0.5Ve3.4信号约定采用声光信号系统,提升方向以主罐为主. 停车 向上快提 向下快放 向上慢提向下慢放3.5根据控制要求设计电路及PLC外部接线3.5.1提升机主回路：3.5.2控制回路及PLC外部接线图3.6选择PLC及控制电器根据控制要求及现场实际情况选用4套日本三菱公司FX2N系列可编程控制器.3.6.1 PLC的选用采用FX2N-64MT可编程控制器作为系统主控器件,以及两台FX2N-32MR可编程控制器,其中一台控制智能加速站,另一台控制动力制动高压切换柜.系统的各项控制和保护功能之间的逻辑关系,是根据电控原理图结合现场实际情况,用编程的方法加以解决.本系统采用RS485通讯方式,通过通讯模块间的工作指令的传送,将各种外设开关、传感器来的信号均接到主控台PLC的输入端，经PLC的逻辑运算，并经制动、加速智能站、控制动力制动高压切换柜等被控对象动作，而其中一部分控制开关、传感器来的信号，经主控台PLC逻辑处理后，去驱动相应的输出继电器动作，再控制安全继电器、工作继电器及各控制单元，完成提升机的启动、加速、等速、减速、爬行、停车等过程，以及实现提升机的各种保护，语言报警、PID速度闭环控制等。另设一台FX2N-32MR可编程控制器作为主机的监控机使用,用以完成系统的后备保护、关键控制参数及系统的显示功能。FX2N-4AD、FX2N-4DA为模数转换和数模转换模块。用以对模拟量和数字量的转换。FX2N-16EX为输入扩展模块，用与对主控件FX2N-64MT输入口的扩展。3.7系统的主要技术特点（1）安全回路双线制1）系统采用两套可编程控制器，分别从安装于高速轴和低速轴上的两个轴编码器采集信号，形成安全回路双线制。2）两套可编程控制器采集的信号既相互独立，又相互比较。（2）现场总线技术1）整套系统采用两套可编程控制器，分安装于主控台内两套，高压开关柜一套、高压变频柜一套、动力制动柜一套，通过现场总线技术仅用一根屏蔽双绞线即可完成通讯控制功能，实现控制的网络智能化。2）主要控制除了总线技术控制外，还采用了硬件控制，如高压换向柜内的高压正反向供电等，保证了系统的可靠性。3）系统采用现场总线技术，在提高系统可靠性的同时，省去了大量的控制接线，具有安装调试简单，维护方便，故障率低等一系列优点，如：可控硅加速柜的所有控制线除了控制电源线外，仅用一根通讯电缆即可完成所有控制。（3）全数字化设计1）整套系统采用四套轴编码器，其中两套安装于高速轴和低速轴的轴编码器实现了数字化的行程、速度和保护给定；另外两套分别用于主令控制器和手闸控制器，形成数字化的主令和手闸控制器，为我公司的专利产品。2）整套系统采用二个压力变送器、电流检测模块，将制动油压、润滑油压、电机电流转换模拟信号，通过A/D模块将压力信号变成数字信号，实现显示和保护。3）全数字化的设计具有控制准确、操作方便、故障率低等特点。（4）软件化的设计系统运用软件化的设计思想，“能用软件实现的功能，决不用硬件”，提高了系统的稳定性，大大减少了系统的硬件故障。如：1）变化的减速点：系统可根据负载的变化自动改变减速点，且不需增加硬件设备。2）变化的闭环参数：系统可根据负载的变化自动调节电制动闭环和工作闸闭环参数。3）自动斜坡贴闸：当系统下放重物时，可根据下放负载多少，自动贴闸。（5）模块化设计本系统运用模块化的设计思想，将多个功能集成为不同的电路模块，如1）语言报警模块：系统人性化的将操作提示和故障用语言的方式告知操作人员和维护人员；语言报警有减速点到、提升过卷、等速段过速、减速段过速、2m/s超速、钢丝绳松、闸瓦磨损、深指失效、润滑泵未开、操作错向、轴编码器失效、紧急停车、打点错误、通讯错误等二十段。2）可调闸模块：本模块集电制动开环和闭环以及工作闸开环和闭环于一体，且比较开环和闭环后输出结果，具有线性好、输出功率大、稳定性高等特点，适用于各种电磁调节阀。3）电流检测模块：本模块将电机电流转换为电压信号后输出，模块内电流信号和电压信号完全隔离，确保强电不窜入控制回路。4）电源模块：本模块为系统内各部件提供不同的稳压电源，具有输出功率大、稳定性强等特点。5）所有模块都是即插即用的免调试模块，极大地缩短了处理故障的时间。（6）工业控制人机界面将工业显示屏应用于绞车电控系统，显示绞车的各种静、动态参数。主要显示画面如下：1）预备态：主要显示有容器位置、本次打点次数、上次打点次数、提升钩数、润滑油压、提升时间、到位信号、模拟深度指示器以及主要故障指示等。2）运行态：主要显示有速度图、力图、容器位置、提升速度、电机电流、制动油压、本次打点次数、转子加速级数、加速电流继电器等。3）故障态：本屏显示所有的故障点，红色为故障，绿色为正常，只要调出此屏即知道故障之所在，极大的缩短了查找故障的时间。4）故障记忆：当安全回路动作时，能记录在发生故障的那一时刻绞车的运行参数，非常方便我们分析故障原因，可记忆多屏参数。5）绞车停车时显示预备态，绞车启动后自动转换为运行态，故障时自动转换为故障记忆，同时也可手动切换。6）可根据用户要求增加显示内容。（7）冗余化设计采用性能优越的进口可编程控制器作为主要控制器件，两套PLC相互冗余，构成安全回路双线制，且冗余量不低于20%，主要用于现场增加保护和控制以及作为备用。（8）抗干扰设计按照抗干扰的设计原则，在输入、输出、电源等方面有针对性地实施了抗干扰措施，符合电磁兼容性要求，使得系统安全可靠。（9）完善的防雷系统主控台内设置有完善的防雷系统，采用防雷器，有效地提高了系统抵抗自然灾害的能力。（10）UPS电源采用具有正弦波特性、功率容量足够大的不间断电源为控制回路供电，主要作用如下：1）当系统突然停电时，保证二级制动的有效性。2）正弦波纯在线工作方式，当系统停电时，输出切换时间为零秒，保证设备不间断供电。3）输入电压范围宽，输出电压稳定，保证设备的稳定工作。4）内置电源滤波器，提高了系统电磁兼容性。（11）多种开车方式1）常规开车：司机根据信号，操作主令和工作闸开车。2）低速开车：即验绳或检查罐道时的低速开车，速度为0.5m/s。3）正力开车：当制动电源发生故障时，可用正力开车。4）应急开车：当PLC故障时，可以采用此开车方式完成一次提升。3.8系统的主要技术性能（1）数字行程监控器数字行程监控器由PLC、两个轴编码器构成。两个轴编码器将脉冲信号送入PLC中，经PLC逻辑运算处理转换成提升机钢丝绳线速度和容器行程位置，形成各种操作信号、保护信号和按行程给定的速度给定曲线。主控PLC与监控PLC之间相互保护、相互监督，并能完成如下功能：1）实现PLC故障状态下的低速开车功能；2）实现数字行程给定功能，定位精度1cm，并实现数字行程罐位显示；3）具有对编码器进行同步校正的功能；4）PLC行程监控器可以很容易地进行参数的整定以适应变化的工况（如变化了的速度、深度等）。（2）提升控制系统核心控制部分采用两套模块化工业微机FX2N可编程控制器，该型可编程控制器具有指令众多，功能强大，配置灵活，使用简单，工作可靠，可以和管理计算机联网，并能完全满足矿井提升工艺过程要求。1）选用日本三菱公司的FX2N 型PLC；2）主控PLC应用软件能完成提升机手动、自动、常规等运行方式的控制要求；3）完成提升机运行工艺要求的控制功能；4）实现对调速系统按速度给定的控制；5）实现完善的保护功能，对于等速段超速、减速段过速、过卷等安全保护具有多重保护；6）保护功能按下列三类设置： 立即施闸的紧急停车； 完成本次提升后不允许再次开车的功能，即一次提升； 自动减速后施闸停车。7）可在线或离线修改用户程序；8）采用全数字工作闸和主令控制器，采用脉冲编码器来实现，使得控制准确度高、操作轻便、故障率低。9）留有与矿井生产管理系统联网的接口。（3）安全保护系统的安全回路有两套，一套由主控机PLC，另一套为监控机PLC，实现PLC的相互冗余。系统的主要保护有：立即施闸类故障保护（就是说发生下列各类故障时，系统能立即进行完全制动停车，并发生声报警）。 提升容器过卷； 减速段过速保护； 等速段超速保护 高、低压电源断电故障； 提升容器接近井口速度超过2m/s； 松绳保护； 错向保护； 深指失效保护； 通讯错误； 高压失压跳闸保护； 无制动源保护； 制动油过压； 轴编码器失效等。终端施闸类保护（完成本次提升后不允许再次开车的保护）。 润滑油欠压； 润滑油超温； 制动油超温； 煤位满仓；自动减速后施闸类保护（就是说发生下列各类故障时，系统自动降低速度，然后再施闸停车，并发出声报警）。 制动油故障； 闸瓦磨损、闸盘偏摆、弹簧疲劳等。（4）制动控制系统提升机制动控制系统由PLC、安全继电器、脚踏动力制动和可调闸模块组成，其主要功能是：1） 当系统发生故障导致安全回路断开时，PLC利用采集来的速度信号和油压信号，对液压站制动电液阀进行PID闭环控制，以实现液压站的减速制动功能。2） 当减速制动发生故障时，若提升机在井中，PLC直接控制安全阀和二级制动阀动作，实施二级制动控制；若提升机接近井口，则实施一级紧急制动。4变频器说明4.1型号说明GBP高压变频器现有3KV、6KV和10KV三个电压等级，根据用户要求可以定制其他非标准电压等级产品。型号GBP-H06/077变频器容量(KVA)800适配电机功率(KW)630额定输出电流(A)77外型尺寸(WHD)210025901500单元柜 / 200025901500变压器柜重 量（kg）2550/2900每相串联单元数6输 入 频 率45Hz55Hz额定输入电压6KV（-20%15%）调 制 技 术矢量控制技术控 制 电 源220VAC，1kVA输入功率因数额定负载下0.97效率（含变压器）额定负载下0.96输出频率范围0Hz到120Hz输出频率分辨率0.01Hz过 载 能 力120%一分钟，150%立即保护模拟量输入两路，010V/420mA模拟量输出两路，010V/420mA上 位 通 讯隔离RS485接口，MODBUS规约加减速时间5秒1600秒开关量输入输出12入/9出运行环境温度0到40贮存/运输温度-40到70冷 却 方 式强迫风冷环 境 湿 度90%,不结露安装海拔高度1000米（超过1000米时，需降额运行）5原理5.1主电路GBP系列高压变频器采用交-直-交直接高压（高-高）方式，主电路开关元件为IGBT。由于IGBT耐压所限，无法直接逆变输出6kV、10kV，而因开关频率高、均压难度大等技术难题无法完成直接串联。GBP变频器采用功率单元串联，叠波升压，充分利用常压变频器的成熟技术，因而具有很高的可靠性。图5.1 GBP高压变频器6kV系列主电路图主离变压器（以下简称主变压器），强迫，有使用寿命长、免维护等优点。变压器原边为Y型接法，直接与高压相接。 组数量依变频器电压等级及结构而定，3kV系列为9个，6kV系列为18，10kV系列为27个，延边三角形接法，为每个功率单元提供三相电源输入。由于为功率单元提供电源的变压器副边绕组间有一定的相位差，从而消除了大部分由单个功率单元所引起的谐波电流，所以GBP变频器输入电流的总谐波含量（THD）远小于国家标准5%的要求，并且能保持接近1的输入功率因数。图5.2为6kV系列（每相六单元串联）输入电流实录波形，电流峰值120A，几近完美的正弦波。图5.2输入电流波形变频器输出是将多个三相输入、单相输出的低压功率单元串联叠波得到。如额定输出580VAC功率单元六个串联时产生3450V相电压，见表2-1。表5-1：GBP变频器功率单元配置变频器系列每相串联单元数单元额定电压（V）输出相电压（V）输出线电压（V）每相电压等级数量6kV6580345060001310kV964257741019相输出Y接，中性点悬浮，得到驱动电机所需的可变频三相高压电源。图5.3为6KV变频器系列的电压叠加示意图。图5.3 6kV电压叠加图图5.4为五个690VAC功率单元串联时，每个功率单元输出的电压波形及其串联后输出的相电压波形示意图，可以得到50-5共11个不同的电压等级。增加电压等级的同时，每个等级的电压值大为降低，从而减小了dv/dt对电机绝缘的破坏，并大大削弱了输出电压的谐波含量，电压等级数量的增加，大大改善了变频器的输出性能，输出波形几乎接近正弦波。图5.4 6kV系列5单元输出及相电压波形示意图5.2功率单元 功率单元原理见图5.5，输入电源端R、S、T接变压器二次线圈的三相低压输出，三相二极管全波整流为直流环节电容充电，电容上的电压提供给由IGBT组成的单相H形桥式逆变电路。图5.5 功率单元原理图功率单元通过光纤接收信号，采用矢量正弦波脉宽调制（PWM）方式，控制Q1Q4IGBT的导通和关断，输出单相脉宽调制波形。每个单元仅有三种可能的输出电压状态，当Q1和Q4导通时，L1和L2的输出电压状态为1；当Q2和Q3导通时，L1和L2的输出电压状态为-1；当Q1和Q3或者Q2和Q4导通时，L1和L2的输出电压状态为0。输出电压波形见图2.4。功率单元具有有源逆变能量回馈功能，当电机处于制动状态，电容器上的直流电压达到有源逆变起动的门槛电压时，电源自动起动有源逆变，将电机及其负载的机械能转化为电能，回馈到电网中去。5.3控制系统控制系统由控制器，IO板和人机界面组成。控制器由三块光纤板，一块信号板，一块主控板和一块电源板组成。各部分之间的联系如图5.8GBP变频器控制系统结构图所示。光纤板通过光纤与功率单元传递数据信号，每块光纤板控制一相的所有单元。光纤板周期性向单元发出脉宽调制（PWM）信号或工作模式。单元通过光纤接收其触发指令和状态信号，并在故障时向光纤板发出故障代码信号。信号板采集变频器的输出电压、电流信号和光电编码盘信号，并将模拟信号隔离、滤波和量程转换。转换后的信号用于变频器控制、保护，以及提供给主控板数据采集。主控板采用高速单片机，完成对电机控制的所有功能，运用正弦波空间矢量方式产生脉宽调制的三相电压指令。通过RS232通讯口与人机界面主控板进行交换数据，提供变频器的状态参数，并接受来人机界面主控板的参数设置。人机界面为用户提供友好的全中文操作界面，负责信息处理和与外部的通讯联系，可选上位监控而实现变频器的网络化控制。通过主控板和IO接口板通讯来的数据，计算出电流、电压、功率、运行频率等运行参数，并实现对电机的过载、过流告警和保护。通过RS232通讯口与主控板连接，通过RS485通讯口与IO接口板连接，实时监控变频器系统的状态。IO接口板用于变频器内部开关信号以及现场操作信号和状态信号的逻辑处理，增强了变频器现场应用的灵活性。IO接口板有处理2路模拟量输入和2路模拟量输出的能力，模拟量输入用于处理来自现场的流量、压力等模拟信号或模拟设置时的设置信号；模拟输出量是运行频率和输出电流。6硬件构成GBP变频器典型排列图如图6.1，主要由下列几部分组成：l 变压器柜l 控制、单元柜单元柜柜顶安装有离心式风机，用于带走柜内产生的热量。柜与柜之间通过柜体侧立拄由M10螺栓连接。6.1变压器柜变压器柜内装有为功率单元提供三相电源的移相变压器。柜门上还装设有干式变压器温度控制仪，为变压器提供温度告警和过热保护。前柜门内侧装有行程开关，当柜门打开时告警。后柜门装有电磁锁，当高压电上电后，从安全角度考虑，只能用钥匙打开后柜门。6.2控制/单元柜单元柜内安装的功率单元分成三组，每组排列成一排，每组串联成一相，每相串联的单元数量因电压等级的不同而不同，6kV电压等级为每相6个单元。单元串联后星接（Y接），前右边三个单元短接成星点，后左边三个单元输出接电机和输出电压检测的分压电阻。A、C相在短接的中性点有霍尔元件，检测输出电流。单元安装在导轨上，用螺钉与导轨固定。单元柜中部为通风道，冷空气通过前后柜门过滤层，流经单元散热器，把功率单元内和电抗器产生的热量带到中部通风道，由柜顶离心风机将热空气排到单元柜外。柜门外装有过滤层，用于阻挡粉尘进入单元内部。柜门内侧装有行程开关，用于柜门连锁，柜门打开时将发出告警。控制系统安装在柜的前右面，从上到下依次为控制器（内含光纤板、主控板、信号板、电源板）和IO接口板。门上为监视器。电源开关及用户接线端子排在前面面的右侧小门内，变频器输出接线柱在控制室下面的高压出现室内。操作人机界面安装在柜体右门上，人机界面下方是“系统复位”按钮及“高压分断”自锁按钮。触摸屏上方有“高压指示”灯、“运行指示”灯和“故障指示”灯。控制系统由220VAC和高压主电源双路供电，以保证运行过程中220VAC电源出现故障时变频器能继续工作。光纤板连接与单元通讯的光缆，一块光纤板对应其中一相的单元。电源板为控制器本身提供工作电源。6.3功率单元功率单元（简称单元）安装在单元柜内，由螺钉固定在安装导轨上。柜内的所有单元具有完全相同的电气和机械参数，可以互换。单元的三相输入接电抗器器的RST输出，并由熔断器保护；单相输出串联后，一端与其他两相短接成星点，一端输出到电机。单元内有独立的控制板、驱动板，驱动板工作电源取自主回路中的交流环节，经过隔离变压器采用开关电源，最高工作电压600VAC。驱动板于驱动IGBT，控制板通过光纤与系统中的光纤板通讯。光纤是单元与主控系统的唯一连接，因而实现了单元与主控系统的完全电气隔离。有源逆变的同步相位信号是通过驱动板板的三相交流检测线取得的。卸下单元与导轨的固定螺钉，输入电缆、输入电压检测线、输出铜排或电缆和光纤接头后，就完全将单元与单元柜分离了，并可以将其从导轨上取下。单元安装的步骤则与之相反，将单元放到导轨上，往里轻推至极限位置，拧紧固定螺钉，接好输入电缆、输入电压检测线和输出铜排或电缆，插上光纤接头。变频器停电后，单元内仍可能存在危险电压。因此一定要等待至少5分钟后，方能卸下光纤接头，分离单元；如果要对单元内部操作，则必须要等电容完全放电后才能进行。L1、L2为输出铜排，R、S、T为输入端子，XT、XR为光纤接口，JC为检测线端子。图6.4 功率单元图功率单元型号因变频器电压等级和容量而不同，型号含义如下：例如HPU580/077F代表额定输出电压580V，额定输出电流77A的带有源逆变功能的功率单元，用于6kV，77A（容量800KVA）变频器。变频器的额定电流取决于功率单元，或者说功率单元的额定电流即为变频器的额定电流。7人机界面GBP-H系列变频器在控制柜门上安装有用户界面，用户界面分为四个部分，第一部分为指示灯，第二部分为液晶屏，第三部分为薄膜式轻触键盘，第四部分是按纽和闭锁按纽。如图7.1所示。图7.1 人机界面7.1指示灯一共有三个指示灯，从左到右的排列为红色的高压指示灯、绿色运行指示灯和红色的故障指示灯。l 高压指示：变频器高压电源正常，但有两个特殊情况，其一为系统上高压电时需等待约15秒钟系统待机后此灯才亮；其二为在系统高压短暂失电时，只要没有报出故障则此灯仍亮。l 运行指示：系统状态为运行状态时，此灯亮。在上高压电后正常运行或调试状态下运行时，此灯均亮。注意，在减速停机过程中，变频器仍为运行状态，指示灯亮。l 故障指示：变频器发生故障时，该灯亮，有两种模式。常亮表示有重故障，此时将分断高压，可以从液晶屏上查明故障原因，并有故障记录，需要按柜门上的系统复位按钮清除故障锁存。1秒钟一个周期，0.5秒亮0.5秒灭时，表示有轻故障，发生轻故障时，没有故障原因显示和故障记录，变频器可以正常上电、启动和运行。7.2液晶屏指示灯下方为液晶屏，是一块240128分辨率的带背光的工业屏，可以显示8行中文全角文字，这里可以完成对变频器的一切操作。只有授权的操作人员才能进入和对参数进行修改，以保证操作的安全性。液晶屏分为四种屏显状态，通过PRG键依次切换，第一屏为系统状态屏，第二屏为功能设置屏，第三屏为参数设置屏，第四屏为故障记录屏。其中系统状态屏为主显示屏，在其他任何显示屏下，如果15秒没有键盘操作，自动转到系统状态屏。7.2.1功能设置功能设置为第二主屏，在系统主屏显示状态，按一次PRG键，进入功能设置主屏，功能设置主频分三个部分显示。7.2.2参数设置参数设置为第三主屏，在系统主屏显示状态，按两次PRG键，进入参数设置主屏，功能设置主频分三个部分显示在参数设置主屏内，第一部分参数设置是显示参数设置主屏的状态，第二部分为参数名称，第三部分为参数值。在参数设置主屏内，按PRG键可以切换到其他主屏；按ALT+/-键，可以上下翻页参数名称部分；按和可以更改参数值；选择合适的参数后，按SET键保存设置结果，在本主屏内，RUN和STOP/RESET键无效。7.2.3故障记录故障记录为第四主屏，在系统主屏显示状态，按三次PRG键，进入故障记录主屏在主屏显示如图7.6所示。图7.6故障记录8故障处理和维护8.1轻故障分类与报警系统发生轻故障时，系统给出间歇光报警，轻故障包括变压器过热报警，柜门连锁打开。对于轻故障的发生，系统不作记忆处理，仅在故障指示中显示。故障存在时报警，如果故障自行消失，则报警自动取消。系统运行时如果发生这类故障，变频器并不立即停机。在停机状态下，如果存在这类故障，用户也还能进行启动操作。8.2重故障分类与报警系统发生下列故障时,按照重故障处理：重故障包括：外部故障、变压器过热、电机过流、柜温过热、单元故障、变频器过流、高压失电、PLC故障、控制器不通讯、PLC不通讯。单元故障包括：熔断器故障、过热、IGBT故障、电源故障、欠压、过压、光纤故障。上述任何一个故障发生时，系统给出连续的报警信号和故障指示，发出高压分断指令。系统保持故障指示及高压分断指令。以上重故障发生后，系统作记忆处理。故障一旦发生，系统报警并自动跳闸停机，故障原因被记录。如果故障自行消失，故障指示、高压分断等指令也都一直保持。只有故障彻底排除，并且用人机界面上的系统复位按钮或者远程的外部复位按钮复位后才能使变频器恢复到系统待机状态，并允许重新开机。重故障发生时，高压电源将自动分断。如果因为其他原因没有分断，用户可以用柜门的高压分断按钮将高压电源强行手动分断。l8.3如何更换功率单元单元柜内的功率单元模块是完全一致的，如果某一单元由于故障而不能正常工作，可以在允许设备退出的时间用备用单元将其替换。更换功率单元模块可遵照以下步骤进行：l 停机，使变频器退出运行状态；l 切断高压电源，推出高压柜小车，并将本地或远程高压分断开关锁定；l 打开功率柜柜门，等待所有单元的指示灯熄灭；l 拔掉故障单元的TX、RX两根光纤头；l 用扳手卸下故障单元的R、S、T输入电源接线和L1、L2输出连接铜排；l 打开故障电源相应位置的单元柜的后盖板，拆下单元和相应的电抗器功率线；l 拆下故障单元与轨道的两个固定螺丝；l 将故障单元沿轨道拔出，注意轻拿轻放；l 按与上述拆卸相反的顺序将备用单元装上并接线，并且一定要注意电抗器和单元之间功率线的相序 ；l 系统重新上电投入运行；l 与厂家联系维修故障单元。8.4维护GBP高压变频器在设计和制造时已充分考虑到人身安全，然而作为高压设备，变频器内部连接均存在致命电压。另外，散热器和许多其他元器件都很热，不能接触。因此，在变频器操作和维护时必须考虑下列警告：l 在柜内靠近或接触元器件时，要消除静电，消除静电的方法是：戴接地防静电手镯环，该手镯环通过1M电阻接地；通过触摸接地的金属片可以消除静点。l 在变频器运行过程中，不要断开控制电源，这有可能导致出现未知损害，这将导致功率单元损坏。l 不要将易燃易爆物品存放在变频器柜内或周围。l 在做任何维护和检修工作之前，要严格遵守操作规程。l 确认无发热部件和不带电之前，千万不要触摸柜内的任何部位。l 不要以为关断输入开关后柜内就不存在电压了，电压仍然存在于输入开关的上端。l 操作时保持单手操作，穿戴安全防护鞋，并有其他人在场。l 不要带电连接或断开任何表计、电缆、通讯光缆和电路板。l 在检修或更换功率单元时，一定要将高压切断并将器下端可靠接地，然后方可打开高压柜门，并检查所有单元指示灯完全熄灭后才能接触功率单元。l 不要使高压输入误送到变频器的输出端，这样会严重损坏变频器。l 不要用高压摇表测量变频器的输出绝缘，这样会使功率单元中的开关器件损坏。l 变频器的日常维护及巡视l 经常检查室内温度，通风情况，注意室内温度不要超过40。l 保持室内清洁卫生。l 经常检查变频器是否有异常声响，异味，柜体是否发热；排风口是否有异味。l 经常用一张A4纸检查变压器柜、功率单元柜进风口风量，看纸张是否能被过滤网牢牢吸住，如有问题应及时排除（检查冷却风机是否运转正常，更换或清洗过滤网）。l 建议变频器投入运行头一个月内，将变压器所有进出线电缆、功率单元进出线电缆、控制电缆紧固一遍，以后每半年紧固一遍。并用吸尘器清除柜内灰尘。l 定期记录变频器运行情况，发生故障跳闸时，要记录故障情况，查明原因并排除后方可再次上电。9主控台各按钮和转换开关的用途与功能一、急停恢复按钮： 1、此按钮作为紧停恢复按钮，如绞车出现故障，为方便维护工检查，故障点程序内部自锁，故障排除后，按此按钮方可解除自保点，使安全继电器能得电开车。 2、可以校正行程计数器的脉冲总数：校正办法，首先将“解语言报警”开关顺时针旋转90度，将串车开到上井口停车位置，容器位置显示“0”位，打3点正常开车当运行到下井口停车位置时提前按住“急停恢复”按钮，当右滚筒箕斗到位后这时容器位置显示729m 。 3、提升钩数清零：钩数需要清零时，将速度选择开关顺时针旋转90度，按一下急停恢复按钮，提升勾数被清零。二、慢上、慢下按钮：这两个按钮在这里主要用于调整制动泵KT线圈电流大小的，调KT线圈电流方法如下：先将1AK、2AK、3AK、三个钮子开关顺时针旋转90度，按住切除程序保护按钮，不要开制动泵，打上信号，推开工作闸，按一下慢上按钮，KT线圈电流有所上升，按一下慢下按钮，KT线圈电流有所下降，调整完毕，应将1AK、2AK、3AK开关全