喬永軍+于宏溪+孫麗霞
摘要針對久益7LS06-LWS579型電牽引采煤機的功能、特點及現(xiàn)存問題,提出一種基于CAN通訊的總線電控系統(tǒng),并用于替換原機的JNA控制系統(tǒng),實現(xiàn)其電控系統(tǒng)國產(chǎn)化。
關(guān)鍵詞采煤機電控系統(tǒng);CAN;總線控制;國產(chǎn)化
中圖分類號:TP273 文獻標識碼:A 文章編號:1671-7597(2014)11-0101-02
7LS06-LWS579型電牽引采煤機是神華神東集團現(xiàn)有比較陳舊的機型,不僅存在著使用年限較長、機型較老、電氣系統(tǒng)較陳舊等缺點,而且該類型的采煤機常出現(xiàn)配件供應不及時,甚至無配件的問題,這對該類型采煤機的使用和維修帶來很大不便,為解決此類問題現(xiàn)將其電控系統(tǒng)國產(chǎn)化,具體系統(tǒng)簡述如下。
1系統(tǒng)特點
1)系統(tǒng)概括。該電控系統(tǒng)的優(yōu)勢主要在于模塊化設(shè)計,方便維修與維護;安裝時避免每個模塊精確定位,有效縮短安裝工時;合理分配模塊重量,減少工作強度;模塊按功能劃分,排故更加方便;DCS(分散控制系統(tǒng))控制系統(tǒng),每一個模塊損壞不會影響其他模塊;模塊可以互換,節(jié)省了備件庫存;故障診斷變得智能化,提高故障診斷效率,減低工人排故困難。
2)CAN總線特點。①CAN可以是對等結(jié)構(gòu),即多主機工作方式,網(wǎng)絡(luò)上任意一個節(jié)點可以在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點發(fā)送信息,不分主從,通訊方式靈活。②CAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能,可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理,包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余校驗、優(yōu)先級判別等項工作。③CAN協(xié)議的一個最大特點是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼,代之以對通信數(shù)據(jù)塊進行編碼。采用非破壞性仲裁技術(shù),當兩個節(jié)點同時向網(wǎng)絡(luò)上傳送信息時,優(yōu)先級低的節(jié)點自動 停止發(fā)送,在網(wǎng)絡(luò)負載很重的情況下不會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓。④數(shù)據(jù)段長度最多為8個字節(jié),可滿足通常工業(yè)領(lǐng)域中控制命令、工作狀態(tài)及測試數(shù)據(jù)的一般要求。同時,8個字節(jié)不會占用總線時間過長,從而保證了通信的實時性。⑤CAN協(xié)議采用CRC檢驗并可提供相應的錯誤處理功能,保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。CAN總線所具有的卓越性能、極高的可靠性和獨特設(shè)計,特別適合工業(yè)設(shè)各測控單元互連。因此備受工業(yè)界的重視,并已公認為最有前途的現(xiàn)場總線之一。
2系統(tǒng)組成
本采煤機電控系統(tǒng)可為3300V電壓等級的采煤機配套使用,其整體結(jié)構(gòu)如圖1。
圖1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖
該電控系統(tǒng)的組成可大致分成若干單元,主要包括:接觸器單元、控制變壓器單元、各功能模塊單元、牽引變頻器單元等,各單元組成及功能介紹如下。
1)接觸器單元。此單元主要由真空接觸器、電流互感器、漏電閉鎖模塊組成,主要實現(xiàn)各電機回路的啟停控制、電流檢測、漏電閉鎖保護等功能。
2)控制變壓器單元。此單元主要由變壓器、熔斷器、斷路器、開關(guān)電源、隔離電壓變送器、整流模塊以及本安電源模塊等組成,其不僅為整個系統(tǒng)提供控制電源,而且可為外部傳感器和電磁閥等設(shè)備提供電源。
3)各功能模塊單元。此單元由一些彼此獨立且功能各異的模塊組成,可根據(jù)實際情況隨意增添或減少模塊數(shù)量,同時可根據(jù)模塊功能和煤機電控箱機械結(jié)構(gòu)確定各模塊安裝位置,由于各功能模塊體積小且彼此獨立,使安裝、更換和維修更加方便。主要包括:主控器、顯示器模塊、CAN總線信號采集模塊、模擬量檢測模塊、溫度檢測模塊、總線隔離模塊、礦用本安型遙控發(fā)射機及CAN遙控接收模塊等,各模塊功能概括如下。
主控器:是整個控制系統(tǒng)的核心,它接收來自CAN總線和自身的輸入信號,對其進行處理并發(fā)出相應指令,各指令再通過總線和自身輸出端口發(fā)送到相應模塊和設(shè)備,控制其動作,從而實現(xiàn)各電機的啟??刂?、各電磁閥通斷控制以及各故障保護動作控制等等;同時它通過另一條總線與顯示器模塊通訊,將系統(tǒng)運行狀態(tài)和信息傳反映到顯示屏上。
CAN總線信號采集模塊:采集內(nèi)/外部開關(guān)量、模擬量及高速脈沖信號,通過CAN總線送至主控器,同時從CAN總線上接受主控器輸出指令,實現(xiàn)電磁閥等設(shè)備的控制。
模擬量檢測模塊:檢測內(nèi)/外部各模擬量信號并通過總線送至主控器。
溫度檢測模塊:檢測內(nèi)/外部各溫度信號并通過總線送至主控器,在本采煤機系統(tǒng)中此模塊主要用來檢測各電機溫度。
總線隔離模塊:主要用于變頻器單元的隔離,從而減小總線干擾、提高運行安全可靠性。
礦用本安型遙控發(fā)射機及CAN遙控接收模塊等:通過操作遙控器可實現(xiàn)滾筒調(diào)高、牽引控制、啟動操作、急停、參數(shù)及屏蔽設(shè)置等操作。
4)牽引變頻單元。該單元主要由兩現(xiàn)象或四象限變頻器、電容電抗器組、熔斷器等組成,冷卻方式為底板水冷,實現(xiàn)煤機的前/后行走。
變頻拖動系統(tǒng)以ABB變頻技術(shù)為核心,控制方式可分成兩種:其中一種是變頻器與主控器之間通過CAN總線連接完成所有控制、保護、參數(shù)設(shè)置及故障查詢功能;另一種是通過變頻器I/O端口進行啟停、加減速控制以及變頻器故障狀態(tài)和其他信息(如電流、母線電壓)反饋。
變頻器一般情況下,驅(qū)動方式為一拖一,應急時能夠一拖二運行(應急方式下變頻器不能長時運行,且電機只能工作在70%Ie以下)。
3系統(tǒng)應用
目前,該電控系統(tǒng)已成功應用于煤礦井下,主要分布神華榆家梁礦、神華保德礦以及神華大柳塔礦等,各系統(tǒng)均穩(wěn)定運行至今。
4結(jié)論
通過現(xiàn)場的實際使用情況和驗證,表明該模塊化采煤機電控系統(tǒng)具有較高的運行穩(wěn)定性、較低的故障率、較寬的功能擴展性,同時,使操作更簡單便捷;維修更方便高效;故障分析更智能化、高效化。
總之,該模塊化采煤機電控系統(tǒng)將成熟穩(wěn)定的CAN總線作為核心通信方式,大量選用當前國際國內(nèi)最先進的器件與技術(shù),引領(lǐng)了當前煤機電控的發(fā)展趨勢。
參考文獻
[1]周新建,閆二樂,趙亮.基于CAN總線采煤機的新型工況檢測系統(tǒng)[J].煤礦機械,2006(8).
[2]程千里,梁鴻雁,朱勇剛.采煤機電控系統(tǒng)模塊化設(shè)計[J].能源技術(shù)與管理,2011(5).
endprint
摘要針對久益7LS06-LWS579型電牽引采煤機的功能、特點及現(xiàn)存問題,提出一種基于CAN通訊的總線電控系統(tǒng),并用于替換原機的JNA控制系統(tǒng),實現(xiàn)其電控系統(tǒng)國產(chǎn)化。
關(guān)鍵詞采煤機電控系統(tǒng);CAN;總線控制;國產(chǎn)化
中圖分類號:TP273 文獻標識碼:A 文章編號:1671-7597(2014)11-0101-02
7LS06-LWS579型電牽引采煤機是神華神東集團現(xiàn)有比較陳舊的機型,不僅存在著使用年限較長、機型較老、電氣系統(tǒng)較陳舊等缺點,而且該類型的采煤機常出現(xiàn)配件供應不及時,甚至無配件的問題,這對該類型采煤機的使用和維修帶來很大不便,為解決此類問題現(xiàn)將其電控系統(tǒng)國產(chǎn)化,具體系統(tǒng)簡述如下。
1系統(tǒng)特點
1)系統(tǒng)概括。該電控系統(tǒng)的優(yōu)勢主要在于模塊化設(shè)計,方便維修與維護;安裝時避免每個模塊精確定位,有效縮短安裝工時;合理分配模塊重量,減少工作強度;模塊按功能劃分,排故更加方便;DCS(分散控制系統(tǒng))控制系統(tǒng),每一個模塊損壞不會影響其他模塊;模塊可以互換,節(jié)省了備件庫存;故障診斷變得智能化,提高故障診斷效率,減低工人排故困難。
2)CAN總線特點。①CAN可以是對等結(jié)構(gòu),即多主機工作方式,網(wǎng)絡(luò)上任意一個節(jié)點可以在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點發(fā)送信息,不分主從,通訊方式靈活。②CAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能,可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理,包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余校驗、優(yōu)先級判別等項工作。③CAN協(xié)議的一個最大特點是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼,代之以對通信數(shù)據(jù)塊進行編碼。采用非破壞性仲裁技術(shù),當兩個節(jié)點同時向網(wǎng)絡(luò)上傳送信息時,優(yōu)先級低的節(jié)點自動 停止發(fā)送,在網(wǎng)絡(luò)負載很重的情況下不會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓。④數(shù)據(jù)段長度最多為8個字節(jié),可滿足通常工業(yè)領(lǐng)域中控制命令、工作狀態(tài)及測試數(shù)據(jù)的一般要求。同時,8個字節(jié)不會占用總線時間過長,從而保證了通信的實時性。⑤CAN協(xié)議采用CRC檢驗并可提供相應的錯誤處理功能,保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。CAN總線所具有的卓越性能、極高的可靠性和獨特設(shè)計,特別適合工業(yè)設(shè)各測控單元互連。因此備受工業(yè)界的重視,并已公認為最有前途的現(xiàn)場總線之一。
2系統(tǒng)組成
本采煤機電控系統(tǒng)可為3300V電壓等級的采煤機配套使用,其整體結(jié)構(gòu)如圖1。
圖1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖
該電控系統(tǒng)的組成可大致分成若干單元,主要包括:接觸器單元、控制變壓器單元、各功能模塊單元、牽引變頻器單元等,各單元組成及功能介紹如下。
1)接觸器單元。此單元主要由真空接觸器、電流互感器、漏電閉鎖模塊組成,主要實現(xiàn)各電機回路的啟停控制、電流檢測、漏電閉鎖保護等功能。
2)控制變壓器單元。此單元主要由變壓器、熔斷器、斷路器、開關(guān)電源、隔離電壓變送器、整流模塊以及本安電源模塊等組成,其不僅為整個系統(tǒng)提供控制電源,而且可為外部傳感器和電磁閥等設(shè)備提供電源。
3)各功能模塊單元。此單元由一些彼此獨立且功能各異的模塊組成,可根據(jù)實際情況隨意增添或減少模塊數(shù)量,同時可根據(jù)模塊功能和煤機電控箱機械結(jié)構(gòu)確定各模塊安裝位置,由于各功能模塊體積小且彼此獨立,使安裝、更換和維修更加方便。主要包括:主控器、顯示器模塊、CAN總線信號采集模塊、模擬量檢測模塊、溫度檢測模塊、總線隔離模塊、礦用本安型遙控發(fā)射機及CAN遙控接收模塊等,各模塊功能概括如下。
主控器:是整個控制系統(tǒng)的核心,它接收來自CAN總線和自身的輸入信號,對其進行處理并發(fā)出相應指令,各指令再通過總線和自身輸出端口發(fā)送到相應模塊和設(shè)備,控制其動作,從而實現(xiàn)各電機的啟??刂?、各電磁閥通斷控制以及各故障保護動作控制等等;同時它通過另一條總線與顯示器模塊通訊,將系統(tǒng)運行狀態(tài)和信息傳反映到顯示屏上。
CAN總線信號采集模塊:采集內(nèi)/外部開關(guān)量、模擬量及高速脈沖信號,通過CAN總線送至主控器,同時從CAN總線上接受主控器輸出指令,實現(xiàn)電磁閥等設(shè)備的控制。
模擬量檢測模塊:檢測內(nèi)/外部各模擬量信號并通過總線送至主控器。
溫度檢測模塊:檢測內(nèi)/外部各溫度信號并通過總線送至主控器,在本采煤機系統(tǒng)中此模塊主要用來檢測各電機溫度。
總線隔離模塊:主要用于變頻器單元的隔離,從而減小總線干擾、提高運行安全可靠性。
礦用本安型遙控發(fā)射機及CAN遙控接收模塊等:通過操作遙控器可實現(xiàn)滾筒調(diào)高、牽引控制、啟動操作、急停、參數(shù)及屏蔽設(shè)置等操作。
4)牽引變頻單元。該單元主要由兩現(xiàn)象或四象限變頻器、電容電抗器組、熔斷器等組成,冷卻方式為底板水冷,實現(xiàn)煤機的前/后行走。
變頻拖動系統(tǒng)以ABB變頻技術(shù)為核心,控制方式可分成兩種:其中一種是變頻器與主控器之間通過CAN總線連接完成所有控制、保護、參數(shù)設(shè)置及故障查詢功能;另一種是通過變頻器I/O端口進行啟停、加減速控制以及變頻器故障狀態(tài)和其他信息(如電流、母線電壓)反饋。
變頻器一般情況下,驅(qū)動方式為一拖一,應急時能夠一拖二運行(應急方式下變頻器不能長時運行,且電機只能工作在70%Ie以下)。
3系統(tǒng)應用
目前,該電控系統(tǒng)已成功應用于煤礦井下,主要分布神華榆家梁礦、神華保德礦以及神華大柳塔礦等,各系統(tǒng)均穩(wěn)定運行至今。
4結(jié)論
通過現(xiàn)場的實際使用情況和驗證,表明該模塊化采煤機電控系統(tǒng)具有較高的運行穩(wěn)定性、較低的故障率、較寬的功能擴展性,同時,使操作更簡單便捷;維修更方便高效;故障分析更智能化、高效化。
總之,該模塊化采煤機電控系統(tǒng)將成熟穩(wěn)定的CAN總線作為核心通信方式,大量選用當前國際國內(nèi)最先進的器件與技術(shù),引領(lǐng)了當前煤機電控的發(fā)展趨勢。
參考文獻
[1]周新建,閆二樂,趙亮.基于CAN總線采煤機的新型工況檢測系統(tǒng)[J].煤礦機械,2006(8).
[2]程千里,梁鴻雁,朱勇剛.采煤機電控系統(tǒng)模塊化設(shè)計[J].能源技術(shù)與管理,2011(5).
endprint
摘要針對久益7LS06-LWS579型電牽引采煤機的功能、特點及現(xiàn)存問題,提出一種基于CAN通訊的總線電控系統(tǒng),并用于替換原機的JNA控制系統(tǒng),實現(xiàn)其電控系統(tǒng)國產(chǎn)化。
關(guān)鍵詞采煤機電控系統(tǒng);CAN;總線控制;國產(chǎn)化
中圖分類號:TP273 文獻標識碼:A 文章編號:1671-7597(2014)11-0101-02
7LS06-LWS579型電牽引采煤機是神華神東集團現(xiàn)有比較陳舊的機型,不僅存在著使用年限較長、機型較老、電氣系統(tǒng)較陳舊等缺點,而且該類型的采煤機常出現(xiàn)配件供應不及時,甚至無配件的問題,這對該類型采煤機的使用和維修帶來很大不便,為解決此類問題現(xiàn)將其電控系統(tǒng)國產(chǎn)化,具體系統(tǒng)簡述如下。
1系統(tǒng)特點
1)系統(tǒng)概括。該電控系統(tǒng)的優(yōu)勢主要在于模塊化設(shè)計,方便維修與維護;安裝時避免每個模塊精確定位,有效縮短安裝工時;合理分配模塊重量,減少工作強度;模塊按功能劃分,排故更加方便;DCS(分散控制系統(tǒng))控制系統(tǒng),每一個模塊損壞不會影響其他模塊;模塊可以互換,節(jié)省了備件庫存;故障診斷變得智能化,提高故障診斷效率,減低工人排故困難。
2)CAN總線特點。①CAN可以是對等結(jié)構(gòu),即多主機工作方式,網(wǎng)絡(luò)上任意一個節(jié)點可以在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點發(fā)送信息,不分主從,通訊方式靈活。②CAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能,可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理,包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余校驗、優(yōu)先級判別等項工作。③CAN協(xié)議的一個最大特點是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼,代之以對通信數(shù)據(jù)塊進行編碼。采用非破壞性仲裁技術(shù),當兩個節(jié)點同時向網(wǎng)絡(luò)上傳送信息時,優(yōu)先級低的節(jié)點自動 停止發(fā)送,在網(wǎng)絡(luò)負載很重的情況下不會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓。④數(shù)據(jù)段長度最多為8個字節(jié),可滿足通常工業(yè)領(lǐng)域中控制命令、工作狀態(tài)及測試數(shù)據(jù)的一般要求。同時,8個字節(jié)不會占用總線時間過長,從而保證了通信的實時性。⑤CAN協(xié)議采用CRC檢驗并可提供相應的錯誤處理功能,保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。CAN總線所具有的卓越性能、極高的可靠性和獨特設(shè)計,特別適合工業(yè)設(shè)各測控單元互連。因此備受工業(yè)界的重視,并已公認為最有前途的現(xiàn)場總線之一。
2系統(tǒng)組成
本采煤機電控系統(tǒng)可為3300V電壓等級的采煤機配套使用,其整體結(jié)構(gòu)如圖1。
圖1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖
該電控系統(tǒng)的組成可大致分成若干單元,主要包括:接觸器單元、控制變壓器單元、各功能模塊單元、牽引變頻器單元等,各單元組成及功能介紹如下。
1)接觸器單元。此單元主要由真空接觸器、電流互感器、漏電閉鎖模塊組成,主要實現(xiàn)各電機回路的啟??刂啤㈦娏鳈z測、漏電閉鎖保護等功能。
2)控制變壓器單元。此單元主要由變壓器、熔斷器、斷路器、開關(guān)電源、隔離電壓變送器、整流模塊以及本安電源模塊等組成,其不僅為整個系統(tǒng)提供控制電源,而且可為外部傳感器和電磁閥等設(shè)備提供電源。
3)各功能模塊單元。此單元由一些彼此獨立且功能各異的模塊組成,可根據(jù)實際情況隨意增添或減少模塊數(shù)量,同時可根據(jù)模塊功能和煤機電控箱機械結(jié)構(gòu)確定各模塊安裝位置,由于各功能模塊體積小且彼此獨立,使安裝、更換和維修更加方便。主要包括:主控器、顯示器模塊、CAN總線信號采集模塊、模擬量檢測模塊、溫度檢測模塊、總線隔離模塊、礦用本安型遙控發(fā)射機及CAN遙控接收模塊等,各模塊功能概括如下。
主控器:是整個控制系統(tǒng)的核心,它接收來自CAN總線和自身的輸入信號,對其進行處理并發(fā)出相應指令,各指令再通過總線和自身輸出端口發(fā)送到相應模塊和設(shè)備,控制其動作,從而實現(xiàn)各電機的啟??刂?、各電磁閥通斷控制以及各故障保護動作控制等等;同時它通過另一條總線與顯示器模塊通訊,將系統(tǒng)運行狀態(tài)和信息傳反映到顯示屏上。
CAN總線信號采集模塊:采集內(nèi)/外部開關(guān)量、模擬量及高速脈沖信號,通過CAN總線送至主控器,同時從CAN總線上接受主控器輸出指令,實現(xiàn)電磁閥等設(shè)備的控制。
模擬量檢測模塊:檢測內(nèi)/外部各模擬量信號并通過總線送至主控器。
溫度檢測模塊:檢測內(nèi)/外部各溫度信號并通過總線送至主控器,在本采煤機系統(tǒng)中此模塊主要用來檢測各電機溫度。
總線隔離模塊:主要用于變頻器單元的隔離,從而減小總線干擾、提高運行安全可靠性。
礦用本安型遙控發(fā)射機及CAN遙控接收模塊等:通過操作遙控器可實現(xiàn)滾筒調(diào)高、牽引控制、啟動操作、急停、參數(shù)及屏蔽設(shè)置等操作。
4)牽引變頻單元。該單元主要由兩現(xiàn)象或四象限變頻器、電容電抗器組、熔斷器等組成,冷卻方式為底板水冷,實現(xiàn)煤機的前/后行走。
變頻拖動系統(tǒng)以ABB變頻技術(shù)為核心,控制方式可分成兩種:其中一種是變頻器與主控器之間通過CAN總線連接完成所有控制、保護、參數(shù)設(shè)置及故障查詢功能;另一種是通過變頻器I/O端口進行啟停、加減速控制以及變頻器故障狀態(tài)和其他信息(如電流、母線電壓)反饋。
變頻器一般情況下,驅(qū)動方式為一拖一,應急時能夠一拖二運行(應急方式下變頻器不能長時運行,且電機只能工作在70%Ie以下)。
3系統(tǒng)應用
目前,該電控系統(tǒng)已成功應用于煤礦井下,主要分布神華榆家梁礦、神華保德礦以及神華大柳塔礦等,各系統(tǒng)均穩(wěn)定運行至今。
4結(jié)論
通過現(xiàn)場的實際使用情況和驗證,表明該模塊化采煤機電控系統(tǒng)具有較高的運行穩(wěn)定性、較低的故障率、較寬的功能擴展性,同時,使操作更簡單便捷;維修更方便高效;故障分析更智能化、高效化。
總之,該模塊化采煤機電控系統(tǒng)將成熟穩(wěn)定的CAN總線作為核心通信方式,大量選用當前國際國內(nèi)最先進的器件與技術(shù),引領(lǐng)了當前煤機電控的發(fā)展趨勢。
參考文獻
[1]周新建,閆二樂,趙亮.基于CAN總線采煤機的新型工況檢測系統(tǒng)[J].煤礦機械,2006(8).
[2]程千里,梁鴻雁,朱勇剛.采煤機電控系統(tǒng)模塊化設(shè)計[J].能源技術(shù)與管理,2011(5).
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