3CST控制器.docx
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3CST控制器
概述
可编程逻辑控制器（PLC）可对单机或多机驱动皮带机进行起动或制动控制。
在发出起动信号后，控制器即可根据设定的参数计算出起动速度的“S”型曲线。
皮带机达到满速的加速时间可在40~300s之间设定；同时皮带机也可运行在慢动状态，速度设定可在20~50％之间调整。
在停车信号发出后，控制系统可在30s内将速度降至0，其制动时间可在10~30s内调整。
PLC控制程序自动执行多机负载平衡控制。
单台PLC控制系统最大可控制4台CST的运行，其中一台配置为主驱，其他CST则配置为从驱。
主/从方式既可在PanelView人机界上设定，也可进行编程按终端用户起动电机的顺序进行自动选择。
地面控制系统硬件配置
地面CST控制箱为Nema-4防护外壳，装配有Allen-Bradley公司的SLC5/03或5/04PLC，指示灯，按钮和触摸式监视器（PV600）。
图3.1:
CST控制箱布置图（2xCST控制）
PanelView安装在前面板上，为操作员提供了便捷的人机界面，并通过显示屏、键盘提供完善的监控功能。
以下将介绍PanelView的操作特点。
图3.2:
地面单台CST控制典型连接图
SLC5/03与5/04均提供了两个通讯接口。
RS232C接口既可连接PanelView或为上机计算机/数据交换系统开放。
DH485/DH+为Allen-Bradley公司的高速数据传输接口，应用于工厂级的通讯网络。
控制箱适用于宽电压工作范围，可在85~264Vac供电范围内正常运行，用户应提供稳定的单相1.5Kw/50~60Hz交流电源。
Dodge推荐用户使用UPS（不间断电源）给CST控制箱供电，并能保证断电后能持续工作15分钟。
控制箱通过内部跳线（PLC电源模块和24Vdc直流电源）可在110Vac和220Vac供电之间切换。
所有的信号转换器、中间继电器、指示灯都为标准的24Vdc供电方式，简化了内部系统组成。
电缆引入装置布置在控制箱底部，采用标准的电缆套管或密封管保证了箱体的密封性。
井下控制系
统硬件配置
对于井下皮带机的应用，基于PLC的控制系统安装在一个隔爆外壳里，可应用于爆炸性气体环境。
其防爆标志为Ex-d。
Ex-d的防爆型式适用于I类区域，即正常使用环境中存在着爆炸性气体，但爆炸可能性相对较低的场合（1~10%可能性）。
防爆外壳内部安装有电源、信号转换器、中间继电器和安全栅等电子电气功能模块。
本质安全型电路部分均参照了GB3836及国外AS1829和AS2011标准。
安全栅限制了危险区域的电流能量，确保外部系统出现故障时也不会导致危险情况的发生。
Ex-d隔爆外壳前门有一玻璃窗口，安装有显示设备（VDU），可对所有重要参数、状态进行显示和报警。
如图3.3所示。
图3.3:
井下典型的控制器及CST控制连接图
内部结构
2xCST防爆箱外壳型式
液压接线箱：
每台CST机身上均配置了一个Ex-ia本安接线箱，安装液压阀组及以下仪表：
∙压力表
∙离合器压力变送器（PT-1）
∙润滑压力变送器（PT-2）
∙冷却压力变送器（PT-3）
CST机身上同时还安装有以下仪表：
∙输出轴速度传感器（ST-1）
∙润滑压力油温变送器（TT-1）
CST隔爆控制箱通过本安接线箱里的端子排与这些仪表进行连接。
连接采用对绞屏蔽电缆，CST隔爆控制箱内部的安全栅限制了输出到变送器的能量。
所有不超过1.2V/0.1A/20J或25mW的元器件均被看出是“简单元件”，无需防爆认证。
图3.4:
液压防爆箱内部PCV及BLV阀布置图
比例阀&闭锁阀：
比例阀（PCV）和闭锁阀（BLV）的控制信号均为24Vdc范围非安信号，因此这两个阀安装在Ex-d防爆箱里。
如图3.4所示。
操作员控制按钮：
显示器与控制按钮的配合使用，可监测并控制CST的运行状态。
根据Ex-d防爆箱的结构，防爆控制按钮可以一体化安装在防爆箱前门上，也可配合安全栅安装在外部Ex-ia控制盒里（如图3.3所示）。
控制按钮一般包含以下几个功能：
∙紧停
∙复位
∙屏幕上翻
∙屏幕下翻
∙修改设定
∙选择参数
人机操作界面
操作员界面采用了用户友好的触摸屏/按键式PanelView600操作站，操作运行无需特殊的专业知识和培训。
PanelView显示包含数个图形化屏幕，地面应用系统采用了触摸屏而简化了操作，而对于井下系统有防爆要求的场所则必须通过防爆按钮进行操作。
图3.5为Ex-ia型防爆按钮盒，以下针对此按钮盒来讨论按钮的功能。
∙屏幕上翻
按下“屏幕上翻”按钮可顺序显示上一显示屏幕。
在PLC软件里设置了一个屏幕序号增量计数器，每当“屏幕上翻”按钮被按下时，计数器数值减1，直到第一个屏幕（最低限值）。
在达到第一个显示屏幕时，若再次按下“屏幕上翻”按钮，则屏幕显示将返回到最后一个屏幕。
图3.5:
现场Ex-ia防爆按钮盒
∙屏幕下翻
按下“屏幕下翻”按钮可顺序显示下一显示屏幕。
当“屏幕下翻”按钮被按下时，屏幕序号增量计数器数值加1，直到最后一个屏幕（最高限值）。
在达到最后一个显示屏幕时，若再次按下“屏幕下翻”按钮，则屏幕显示将返回到第一个屏幕。
∙选择参数
“选择参数”按钮的作用是一个对象选择器，每个显示屏幕都有相对应的选择对象列表，每个对象由相应的序号进行区分。
在PLC软件里设置了一个对象序号循环增量计数器，每当“选择参数”按钮动作时，计数器增1，相应就选择了下一个对象。
被选择的对象在屏幕上通过反色对比显示出来。
如图3.6b所示，参数对象序号为61～87，“选择参数”的范围与所选择的屏幕直接相关。
∙修改设定
当一个操作对象被选中时，可通过“修改设定”按钮修改对象参数。
例：
如果被选中对象为“增加起动时间”控制，则按下“修改设定”按钮将增加起动时间。
PLC程序软件设置定时计数器，定时重复按钮操作，用于控制参数变化的速率。
如图3.7b中参数43。
∙复位
当系统出现报警、故障、紧停状态时，可通过复位按钮对这些状态进行确认和复位操作。
∙紧停
紧停按钮用于CST系统紧停操作。
以下将介绍显示屏幕的主要特点：
重要信息
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以下的图例仅做参考，可能与贵方实际采用的系统屏幕有所差别，具体请参照Dodge公司为贵方项目提供的人机界面说明。
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CST控制选项
在起动主电机之前，操作员应在此屏幕上进行相应的选项设置。
此类选项仅在皮带机处于待机状态“0”时方可设置。
参考图3.6中的图例，不同选项的功能描述如下：
皮带机打滑检测：
此选项设置皮带机打滑检测功能。
取消该选项，则皮带机打滑处于20%范围以内时将被忽略。
这个选项避免了因皮带机轻度打滑而影响生产产量，而将其推迟到主检修时时再进行处理。
主驱速度控制传感器选择：
用于运行过程中主驱输出轴速度监测。
比如主驱#1自身的速度传感器发生故障，则通过此选项可设置从驱#2作为主驱速度环控制反馈。
这个选项同样避免了影响生产产量，将其推迟到主检时一并处理。
减速控制：
该选项提供了两种制动曲线，“S”型和线性制动。
线性制动方式下，离合器压力将按线性方式降低直到最小控制速度为止。
此阶段发生在皮带机停车期间，主电机仍旧保持运行。
而对于“S”型制动方式，离合器压力将按正弦/余弦曲线降低直到最低控制速度为止。
缺省采用线性制动方式。
主驱自锁：
此选项设定主驱工作是在离合器滑差<2%还是在自锁方式下，这主要由现场运行时负载变化的情况来决定的。
CST使能/禁止：
此选项用于使能需参与驱动运行的CST，在每台CST运行之前都应选择使能。
例如在3机驱动系统中，如过其中一台CST处于检修或维护状态，此时可禁止该台设备的运行而不影响皮带机的的正常运行。
主驱/从驱选择：
在多数应用中，主/从配置都是预先确定好或由控制程序自动处理的。
然而在某些应用中，尤其是在3机或4机驱动系统中，一般在同轴的两台CST之间选择，任何一台均可设置为主驱。
制动控制（可选项）：
该选项选择制动控制功能。
如果皮带机配置有独立的数字式或模拟量式制动装置，选择该项则控制程序在制动状态时将发出数字式或模拟式制动控制信号并从制动装置接收反馈信号。
冷却泵控制：
冷却泵和油箱加热器的操作由PLC自动进行控制。
在油温低于50F（10C）时冷却泵和加热器都将起动；在一些不提供加热器的系统中，只需冷却泵起动即可。
在油温达到60F（15.6C）时，加热器将停止运行而冷却泵仍旧保持运行状态。
当油温高于70F（21.1C）时，冷却泵将停止运行。
这保证了在皮带机起动之前油被预热。
因而此选项给出了冷却泵在CST停机状态下的运行模式，自动运行或禁止。
在禁止模式下，冷却泵仅在CST运行时才能作用。
图3.6:
4xCST驱动控制选项
图3.7:
皮带机和CST配置选项
皮带机
配置屏幕
在发出起动运行信号前，操作员必须进行必要的皮带机和CST运行参数设置（参见图例3.7），具体如下：
皮带机设置
慢动设定：
CST可运行在慢动状态（仅限于检修），慢动速度可在10%~50%之间，缺省设置为20%。
满速设定：
满速设定在96~100%的范围内，对于允许有2%滑差的离合器，缺省值为98%。
起动时间：
加速阶段（状态“4”）的运行时间，加速时间可在40~300s之间设置，缺省是60s。
缓冲时间：
缓冲时间可在1~25s之间设置，此参数的设置主要依据于皮带机的动态响应，以确保加速前所有的皮带机托辊和滑轮均转动起来。
缺省值为10s。
制动时间：
制动时的减速时间可在5~60s之间设定，缺省值为30s。
制动解除速率：
此参数适用于安装有连续制动装置（模拟量式）的皮带机控制系统。
CST控制装置输出4~20mA信号用于制动控制，此参数越大则制动解除的越快。
制动解除的速率可控制在10~100%/s的范围内，缺省值为20%/s。
制动施加速率：
此参数适用于安装有连续制动装置（模拟量式）的皮带机控制系统。
CST控制装置输出4~20mA信号用于制动控制，此参数越大则制动响应越快。
施加制动作用的速率可控制在5~60%/s之间，缺省值为10%/s。
CST设置：
以下为CST驱动装置的基本设置。
滑油温度高限：
此参数限定了油温报警高限，可在58~65%之间设置（0~300F或0~149C），缺省值为61.7%（185F）。
当油温达到此限值时，将触发CST停车命令，CST仅可在油温低于此设定值85％时才允许被重新起动。
滑油温度低限：
此参数可在0~17%之间调整，缺省值为3.5%（10.5F）。
当油温低于此限时，CST不允许起动。
离合器压力高限：
此参数可在85~95%之间设置（低压为0~300psi，高压为0~1000psi），缺省值为90%。
当离合器压力超出此限制时将触发CST停机命令。
离合器预压限：
此参数可在5~20%之间设置（低压为0~300psi，高压为0~1000psi），缺省值为15%。
此参赛限制了最大的预压压力，其大小需在具体试车时确定。
离合器低压限：
低压限在3~5%之间，缺省值为5%。
此参数确保了在起动之前，若预压压力低于此限将不触发“备车完”状态，CST不允许起动。
离合器压力控制高限：
此参数可在65~95%之间设置，缺省为85%。
确保控制压力不会超此限制。
功率超高限报警：
此参数可在65~95%之间设置，缺省为75%。
确保电机功率不会超此限制。
缺省值由输出轴最大的驱动功率、安全因子SF以及电机额定功率所决定。
当电机实际功率超出此限制时，控制系统将触发“过载”报警信号。
正常运行中，主驱需进行以下一些处理：
-电机功率或离合器压力超限，则压力和速度PID闭环的最大输出将钳制在CV％值上。
-如电机功率和离合器压力均低于设定的限制时，压力和速度PID闭环的最大输出将钳制在100％。
功率超高限故障：
此参数可在70~100%之间设置，缺省为85%。
缺省值由输出轴最大的驱动功率、安全因子SF以及电机额定功率所决定。
当电机实际功率超出此限制时，控制系统将触发“停机故障”信号，CST离合器将泄压并停止皮带机的运行。
功率超低限故障：
此参数可在5~20%之间设置，缺省为10%。
当电机实际功率低于此限制时，控制系统将触发“主电机功率过低”故障，并停止皮带机运行。
注意：
报警和故障屏幕将在诊断章节里进行详细的介绍。
系统浏览
这页屏幕显示了所有需要监测的CST的运行信息。
显示屏幕可根据需要支持最大4台CST设备的监控。
图3.8介绍了4xCST驱动的系统浏览图。
皮带机、泵、风机等设备的状态由指示灯反色显示的形式表达出来，例如设备运转时指示灯显示为黑色。
当有报警、一般故障和严重故障出现时，屏幕上将弹出一个报警窗口（可选方式）。
这提醒操作员到报警/故障屏幕去查找原因。
故障复位按钮动作将清除所有的故障状态，CST状态正常和“备车完”指示显示，下面将简要介绍一下不同模式时的操作。
皮带机待机状态“0”/主电机停止：
系统图上将显示以下数据：
油温，范围为0~300F（0~149C）；
冷却泵–指示开/关，由油温控制；
加热器–指示开/关，由油温控制。
所有的模拟量如电机功率、离合器压力、输出轴速度和润滑压力均应显示为0。
皮带机待机状态“0”/主电机运行：
对于两台以上的多机驱动系统，主电机将顺序起动，中间保持5s左右的间隔。
当每台CST的主电机均起动后，系统图将显示以下一些状态和参数。
电机功率应<15%；
滑油压力应在20~50%之间（psi或kg/cm2）；
冷却压力应在20~50%之间（psi或kg/cm2）；
备车完–指示灯亮；
CST状态正常–指示灯亮；
运行使能–指示灯亮；
主电机运行–指示灯亮；
冷却泵运行–指示灯亮；
加热器运行–指示灯亮，取决于油温（需系统配置）；
皮带机停止–指示灯亮；
制动–指示灯亮（需系统配置）；
急停状态–指示灯灭；
主驱–指示灯亮。
皮带机起动状态“1”/主电机运行：
操作员发出皮带机起动信号，系统图将显示以下状态。
皮带机起动–指示灯亮；
离合器压力在逐渐增加（psi或kg/cm2）。
图3.8:
系统概览－地面2xCST驱动系统
皮带机预压状态“2”/主电机运行：
系统图显示以下状态：
皮带机预压–指示灯亮；
离合器压力逐渐增加（psi或kg/cm2）；
制动–指示灯灭（需系统配置）。
皮带机解除状态“3”/主电机运行：
系统图显示以下状态：
皮带机解除–指示灯亮；
离合器压力逐渐增加（psi或kg/cm2）；
输出轴速度逐渐增加（％或rpm）；
电机功率逐渐增加（kW或HP）。
皮带机加速状态“4”/主电机运行：
系统图显示以下状态：
皮带机加速–指示灯亮；
冷却风机运行–指示灯亮；
离合器压力逐渐增加（psi或kg/cm2）；
输出轴速度逐渐增加（％或rpm）；
电机功率逐渐增加（kW或HP）。
皮带机满速状态“5”/主电机运行：
系统图显示以下状态：
皮带机满速–指示灯亮；
离合器压力，根据负载变化；
输出轴速度，达到100%；
电机功率，根据负载变化；
冷却风机–当油温低于110F（0~43C）时，指示灯灭。
皮带机制动状态“6”/主电机运行：
正常停机制动时，系统图显示以下状态：
皮带机制动–指示灯亮；
离合器压力逐渐减小；
输出轴速度逐渐降低；
电机功率，随负载变化。
皮带机将在30s内停止运行，冷却泵机械工作。
当速度小于5％后，制动指示灯亮。
系统返回到待机状态“0”，而电机依旧保持运行。
皮带机制动状态“6”/主电机停止：
皮带机为急停状态时，系统图将显示以下状态：
皮带机制动–指示灯亮；
急停状态–指示灯亮；
制动–指示灯亮；
离合器压力锁住；
输出轴速度迅速降低；
电机功率随负载变化。
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