电牵引采煤机电气部分原理.docx
《电牵引采煤机电气部分原理.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电牵引采煤机电气部分原理.docx（35页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
电牵引采煤机电气部分原理
第一章电气系统简介……………………………………………2
第二章采煤机使用………………………………………………3
第三章PLC（可编程逻辑控制器）…………………………………7
第四章变频器操作及维护………………………………………14
第五章常见故障分析及处理……………………………………26
第六章电气日常检修指南………………………………………31
第七章备件表（电气部分）……………………………………33
第一章电气系统简介
交流变频电牵引采煤机的电气系统一般由：
⑴启动回路、⑵运输机闭锁（简称闭溜）回路、⑶主供电回路、⑷低压控制回路等组成。
1、启动回路
启动回路一般将隔离开关超前断电接点、左右截割电机的温度接点、瓦斯断电仪接点（可选）串联在回路中，还包括启动按钮、停止按钮、自保节点和启动二极管等。
2、运输机闭锁（简称闭溜）回路
闭溜回路一般就是一组带有机械闭锁的常闭节点。
它串联在工作面运输机的启动回路中，当采煤机在检修或紧急需要时可以停止运输机，并且闭溜按钮带有机械闭锁功能，必须手动复位后才可以再次启动运输机，保证人身和设备的安全。
3、主供电回路
主供电回路一般由隔离开关、真空接触器、牵引变压器、控制变压器、变频器、左右截割电机、左右牵引电机、泵电机等组成。
4、低压控制回路
低压控制回路一般包括PLC、本安电源、非本安电源、电磁阀、左右端头站、遥控器、瓦斯断电仪等。
补充说明：
在原理图中1aX11表示的意思是1a电控箱隔爆腔中X1端子排的1号端子，a是表示在多个电控箱中第一个电控箱。
1a.1X11表示的意思是1a电控箱接线腔X1端子排的1号端子，其他以此类推。
第二章采煤机的使用
一、注意事项
1、交流变频电牵引采煤机启动时，应按起动按钮3—5秒钟，待起动后，观察中文显示屏的电压、电流、温度等信息一切正常后，方可左右牵引。
2、按牵引按钮时，禁止按住不松。
初牵引速度控制在1米/分钟内，待行走稳定后方可加速，一般控制在5米/分钟。
（初采期间，运行速度≤2米/分钟）以内
3、需要改变牵引方向时，应先将牵引速度降到“0”米附近，按下牵停按钮，再反向牵引，同时观察中文显示屏的电压、电流、温度等信息是否正常，如正常，再调整运行速度。
4、采煤机停机后，严禁立即开机，必须经过不低于3分钟的等待，（等待变频器显示屏黑屏后指示灯灭）才能重新开动采煤机，以保证变频器得到充分的放电时间。
5、开机前必须先供水，严禁无水开机；停机时，应先停机，后停水。
6、牵引变压器、牵引电机的所有的绝缘测试必须在断开变频器电缆连接的情况下进行。
否则会引起变频器损坏。
7、当第一次试运行采煤机或再次连接变频器、牵引电机电缆时，应检查相序是否正确。
以防由于相序错而导致机器两牵引电机对拉或顶牛，牵引不能正常行走。
8、请使用单位认真阅读相关型号交流变频电牵引采煤机产品说明书，严格按说明书规定操作。
二、操作前检查
在首次操作采煤机之前，应该对设备进行调整。
修正和调整应由有资格的维护人员来进行。
1、确保所有液压和电气控制处于停止OFF位或中性位置。
2、确保所有电气连接牢固，且机架接地。
3、检查所有液压和润滑油位，如有必要加油。
4、确保煤机的供电电压正确。
5、检查电机的正确相序，保证正确转向。
启动泵电机和按住遥控器上的摇臂升按钮来检查相序。
如果泵电机的相序不正确，则摇臂不能升起。
应立即停机，倒相序。
6、在没有水循环通过电机和电控箱的情况下，操作采煤机不要超过15分钟。
这些部件无冷却水将会严重缩短其命。
7、参看维护手册的润滑图纸和说明，润滑所有润滑点。
8、检查所有的截齿已安装并可用。
如有必要维修。
9、检查喷水情况，如有必要维修。
10、检查煤机松动或缺失的盖板和部件。
如有必要维修。
11、检查所有的控制、急停和安全装置操作是否正常。
12、检查煤机的所有液压和电气功能。
确保其工作正常。
三、班前日常检查
在每班开始时，进行下列检查。
如果煤机需要维修或调整，必须立即执行。
如果不纠正微小的问题，也会导致大修或高代价的停机。
起动煤机前确保人员和其它设备远离煤机。
1、确保所有的控制开关都在停止（OFF）位或中位。
2、确保所有的护罩和盖板就位，且完好。
3、检查存在的危险，例如松的或缺失的盖板或断裂的部件。
4、清除采煤机上所有的易燃物，岩石，工具，和其它杂物，以防影响正常运行。
5、检查拖曳电缆绝缘有无绝缘裂缝或损坏。
6、细查采煤机所有的缺失或损坏部件。
7、检查截割部所有的磨损或损坏的截齿，更换所有用损坏的或缺失的截齿。
8、保证截割滚筒旋转灵活。
9、保证液压油在正确的油位。
参看维护手册加油指南。
10、润滑所有每班需要润滑的润滑点。
检查摇臂和牵引齿轮箱中的润滑油位。
参看维护手册的润滑指南。
11、检查截割滚筒周围金属表面密封有无漏油。
12、清洗所有的水过滤器。
13、检查所有水喷雾喷嘴，使其工作正常。
不要使用酸性或带有腐蚀性的水。
14、确保冷却水流经电机和电控箱。
15、确保所有的控制元件操作正常。
16、确保牵引电机和相关的部件转动灵活。
17、保证所有的防爆壳体、电机和元件完好。
18、确保所有的液压和电气机构功能工作正常。
19、检查电气部件-特别是隔离开关，接触器，电机和电磁阀是否正常工作。
20、确保遥控器停止按钮和安装在主电控箱上的的急停开关和煤机停机开关操作正常。
第三章PLC（可编程逻辑控制器）
PLC（ProgramLogicControl，即可编程逻辑控制器），是采煤机电气系统的控制中心。
采煤机正常工作时,变频器的牵引方向、加减速控制；左右摇臂升降、制动抱闸的开断；左右截割电机的温度监测、牵引变压器温度监测、牵引、截割电机的电流采样；采煤机恒功率保护、“过零保护”、瓦斯断电保护等均通过PLC实现，以达到对采煤机接近完美的控制性能。
交流变频电牵引采煤机电控系统选用的PLC是日本三菱公司的Fx2N系列，它具有可靠性高、抗干扰能力强的特点,且采用导轨式安装,非常方便。
PLC采用模块式硬件结构,组合和扩展都相当方便，用程序式的软连接代替传统的继电器式的硬连接，减少了故障连接点，控制系统接线简单、可靠，使得维护检修方便易行。
现简要地将其分述如下：
（一）、结构简介
交流变频电牵引采煤机电控系统的PLC由基本单元、扩展模块、特殊模块等组成。
PLC实物图如下页所示：
箭头5表示PLC主机与扩展模块相连接的排线插头。
根据采煤机的控制需求，一般后连FX2N-8EYR、FX2N-4AD（或FX2N-8AD）、FX2N-4AD-PT等模块。
箭头12表示锂电池，当采煤机停机时，为内部元件提供电源支持，保证信息和程序的可靠存贮。
电池寿命约5年，当电池电压下降时，箭头11放大图中的“BATT.V”灯亮（红色），这时PLC还可以工作一个月左右，但建议及时更换电池，以免因程序丢失等原因耽误生产。
箭头15表示功能扩展板安装插座，也就是FX2N-485-BD模块的插座。
PLC通过该模块与变频器进行通讯，用来实时地读取变频器的内部运行数据及故障信息。
箭头10放大图中的箭头17表示PLC的编程口，它用来连接中文显示屏，将PLC内部的各种数据显示在中文显示屏上，在插拔时，一定要注意针脚的对应位置。
。
箭头10放大图中的箭头16表示PLC内置的RUN/STOP（运行/停止）开关。
当采煤机正常工作时，此开关应处于RUN上，此时箭头11放大图中的RUN灯亮（绿色）。
如果置于STOP上，PLC停止工作，也就是说采煤机的所有功能将不起作用，请拨至RUN位置。
（二）、指示灯
PLC的指示灯包括输入指示灯、输出指示灯、内部运行状况指示灯，分别如实物图中的箭头4、箭头7、箭头11所示。
2.1、输入、输出指示灯：
对于每一个输入、输出端子,PLC的输入端子一般用X**对应，输出端子一般用Y**对应，输入和输出的公共端是无关的，都有与之唯一对应的输入、输出指示灯。
如能深刻理解输入、输出指示灯的状态，对于处理分析电气故障非常有好处。
当采煤机控制部分出现问题时，可将问题一分为二（输入或者输出），简化处理。
例如：
当通过采煤机左端头站操作“左升”时，左摇臂并没有升起的动作，而手动升降正常，这时我们就可以通过观察PLC输入、输出指示灯的办法来排查问题:
首先观察相应输入指示灯，若灯亮，则表示从端头站至PLC的输入回路正常；若指示灯不亮，则需要重点检查输入回路。
输入指示灯正常后，察看相应的输出指示灯，若灯亮，则需要重点检查左升电磁阀、24V电源、2Mpa控制油压及其线路连接等；若不亮，则估计PLC自身出现故障。
从而根据输入、输出指示灯的状态快速准确地排查问题，处理故障。
2.2、内部运行状况指示灯
PLC基本单元右方中部有四个指示灯，也就是箭头11放大图中所示的四个灯，它们表明了PLC内部的运行状况。
这四个指示灯的含义分别是：
第一个为POWER灯，即电源指示灯，正常时，绿色，常亮。
第二个为RUN灯，即运行指示灯，正常时，绿色，常亮。
第三个为BATT.V灯，即电池电压下降指示灯，正常时熄灭，故障时红色。
当此灯红色闪烁时，提示尽快更换电池，当此灯红色常亮时，程序不工作。
第四个为PROG-E、CPU-E指示灯，PROG-E即程序出错指示灯，正常时熄灭，故障时红色闪烁。
CPU-E灯，即CPU故障指示灯，正常时熄灭，故障时红色常亮，说明PLC主模块损坏。
（注意：
对于BATT.V、PROG-E、CPU-E灯，在送、断电的瞬间红色，属正常现象。
（三）、输入、输出端子
所谓输入输出，也就是将采煤机的外围信号输入到PLC（不管是中间操作按钮还是端头站、遥控器的操作），经过程序逻辑处理后输出，驱动负载工作。
例如：
对于Fx2N-32MR-001型号的PLC来说，输入16点，输出16点，继电器型输出。
输入继电器（X）、输出继电器（Y）的编号是按8进制数码分配。
输入端子编号为X0～X7、X10～X17；输出端子编号为Y0～Y7、Y10～Y17。
（四）、公共端
对于电气控制系统来说，都有回路的概念，对于PLC也不例外。
输入、输出点要工作，都要与另外一点构成回路。
此点就是公共端COM。
对输入端子来说，只有一个公共端COM，也就是说每一点都必须与COM端形成回路，才可以正常工作。
对输出端子来说，由于电压等级不同，负载类型不同，并且公共端接点容量有限，所以通常分为几个公共端COM1、COM2…。
在判断PLC的一路输出是否正常时，可用万用表测试。
从PLC上甩开此端子的负载连线，用万用表测试输出端子与其对应的公共端是否畅通，来进一步确定端子是否损坏。
PLC作为采煤机控制的核心元件，它的质量相当可靠。
当存在不可预知的因素导致其损坏时，更换也相当简单：
先用梅花螺丝刀卸下输入、输出端子的两个黑色固定螺丝，再用两个平口螺丝刀将PLC实物图中箭头8所示的导轨卡子同时拉出，即可方便更换。
这时不要拆除输入、输出端子的连接线，以免导致线路混乱。
（五）、FX2N-8EYR/FX2N-16EYR
FX2N-8EYR/FX2N-16EYR是一个PLC的输出扩展模块，此模块主要功能是：
当煤机送上电后，PLC逻辑运算正常后，接点闭合，实现采煤机自保。
此模块的供电电源由PLC主机单元提供。
当煤机不自保时，应综合分析其原因，若自保点有故障，也会导致不自保，需要更换。
（六）、FX2N-4AD/FX2N-8AD
FX2N-4AD/FX2N-8AD模拟量输入模块将4路（8路）模拟量输入（电压量或电流量输入）转化成数字值，并且把它们送入到PLC主单元。
此模块的供电电源由PLC主机单元提供。
在采煤机电控系统中，此模块主要将左、右截割电机，左、右牵引电机（或包括由左、右截割电机温度模块、牵引变压器温度模块转化而来的三路电流信号）所采样的电流信号转化为数字量，送入PLC主机单元，用以执行电气保护及中文屏的数据显示。
电流显示不正常时，可以采用替换法排查是模块的某一通道出了问题还是电流变送器出问题，然后再进行处理。
FX2N-4AD实物图如下：
FX2N-8AD实物图如下：
（七）、FX2N-4AD-PT
FX2N-4AD-PT模块可以将4个温度传感器（PT100）的输入信号放大，转化成数字值，送入PLC主机单元。
此模块的供电电源由PLC主机单元提供。
在采煤机电控系统中，此模块将左、右截割电机、牵引变压器的温度传感器PT100信号转化为数字量的温度值，送入PLC主机单元，用以执行电气保护及中文屏数据显示。
温度显示不正常时，可以采用替换法排查是模块的某一通道出了问题还是还是PT100电阻损坏，然后再进行处理。
对于PT100电阻，可以用110Ω、1/8W或者120Ω、1/4W的电阻代替。
FX2N-4AD-PT实物图如下：
第四章变频器的操作及维护
随着电牵引采煤机的广泛应用，对电气维修人员提出了更高的要求。
电牵引采煤机的技术核心部分就是PLC和变频器，而变频器更是提到一个重要高度，这里详细介绍ABB变频器的知识。
1、变频器的基本原理
下图是一个四象限运行变频器的主电路原理图，EMC滤波器和LCL滤波器是可供选择的组成部分，ABB变频器在不作特殊要求的情况下，进线侧部分为一个电抗器。
基本原理：
进线侧整流部分把380V、50Hz三相交流电整流为直流电，电容器组一般为四个，作为电能储存器，可以稳定直流母线中间回路电压，IGBT逆变器把直流电压转换为变频变压的交流电压，控制电机的运行速度和方向。
补充说明：
两象限和四象限是指电动机工作区间，两象限是指电动机工作在一、三象限，转矩和速度的方向是一致的，处于电动状态；四象限是指电动机除了工作在一、三象限，还存在处于二、四象限状态，转矩和速度的方向是不一致的，电动机处于发电状态。
2、警告
在日常的维护或修理变频器的过程中应严格遵循下列要求：
在切断输入电源之后，应至少等待5分钟，待中间电路电容放电完毕后再进行操作。
在开始操作之前，还应用万用表（阻抗至少为1兆欧）测量：
1、输入端子U1、V1、W1和机壳之间的电压应接近0伏。
2、端子UDC+和UDC-和机壳之间的电压应接近0伏。
禁止在传动单元或外部控制电路带电时操作控制电缆，即使ACS800主电源断电，其内部仍可能存在有外部控制电路引入的危险电压。
所有的绝缘测试必须在断开电缆连接的情况下进行。
当再次连接电缆时，应检查相序是否正确。
印刷电路板上包括许多对静电放电敏感的元件，如果不必要，就不要触摸电路板。
操作光纤时一定要小心。
当插拔光纤时，一定要抓住连接头，而不是光纤线。
由于光纤对煤尘、灰尘等赃物非常敏感，所以不要用裸手触摸光纤头，光纤的最小允许弯曲半径是35厘米。
3、变频器控制盘
3.1变频器控制盘实物图
在这里先介绍一些ABB变频器控制盘上显示常见英语词汇及相应的中文对照：
FREQ（FREQUENCY）频率的简写单位Hz
CURRENT电流单位A
SPEED速度单位rpm
POWER功率单位%
TORQUE转矩单位%
CTRLLOCEXT1、EXT2控制地1和控制地2
ACS800TEMPIGBT温度
FAULT故障
WARNING警告
变频器控制盘的实物图如下：
3.2控制盘显示内容和操作
主变频器控制盘CDP-312R的第一行显示内容：
“1->0.0rpmO”
从变频器控制盘CDP-312R的第一行显示内容：
“1->0.0%”
3.3故障信息的查看和清除
4、主从宏的介绍
在采煤机正常工作时，它的负载是变化的，怎样使两个牵引电机负荷一致呢？
我公司两台变频器采用主、从控制，主、从变频器之间采取光纤通讯。
一个变频器作为主变频器，它检测外界负载大小，平均分配负荷，给定从变频器一个转矩信号，从而使两个牵引电机负荷一致，避免一个牵引电机出力，长时间工作损坏电机。
工作流程：
采煤机操作人员选定牵引方向，并给一定加速时间，PLC计算加速时间，通过主变频器X22端子端口或适配器Modbus通讯，使主变频器启动，主变频器响应为速度值，变频器显示屏第一行即状态行第一行显示为：
“1（牵引方向）***rpmI”
从变频器也随着启动，状态行第一行为：
“1（牵引方向）***%I”
补充说明：
有的变频器可能不显示“I”,但它依然启动了，不为故障，ABB变频器早期产品有此现象。
启动时，两个显示屏的牵引方向应该是一致的。
当第一次试运行采煤机或再次连接变频器、牵引电机电缆时，如果采煤机不行走，在检查抱闸没有抱死的情况下，请检查相序，观察电流，有可能两牵引电机对拉或顶牛。
5、“一拖一”控制和“一拖二”控制
“一拖一”控制就是一台变频器拖动一台电机，两台变频器之间采用主从宏控制，“一拖二”控制就是一台变频器拖动两台电机。
在“一拖二”控制中，变频器内部存有两组用户宏，当一个牵引电机出现问题，可把X22的DI6线甩掉，变频器自动调用一个电机的辨识参数，在负荷不大的情况下，摘掉损坏电机侧的扭矩轴，可以实现短时间采煤。
如果按下单牵引按钮，变频器也可自动调用一个电机的辨识参数，在变频器拖动两个电机的情况下，可能会报电机堵转故障，检查电流是否不大于80安培，则是变频器调用了一个电机的辨识参数。
6、变频器的接线
主变频器的接线分为电源线、负荷线、控制线，电源线为主电源通过变压器降压为380v或460v，经过快速熔断器接到变频器上；负荷线为变频器的输出接到牵引电机上。
控制线分两种，一种为PLC通讯输出接到RMIO控制板扩展插槽上的现场总线适配器；一种为PLC继电器输出连线到RMIO控制板的X22端子上。
RMIO控制板从左到右一次是X16、X21、X22、X23、X25、X26、X27。
RMIO控制板如下图：
X16X21X22X23X25X26X27
X16有两个端子；X21有十二个端子；X22有十一个端子；X23有两个端子；X25有三个端子；X26有三个端子；X27有三个端子；DDCS插槽一般连接通讯模块RDCO-03或RDCO-02用于主从通讯，主从光纤插在通讯模块的第三组端口；可选模块1插槽一般连接PLC通讯输出接到RMIO控制板扩展插槽上的现场总线适配器；可选模块2插槽一般不用。
X22端子如下：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
DI1
DI2
DI3
DI4
DI5
DI6
+24V
+24V
DGND1
DGND2
DIIL
8和11之间原机带着一根红色的短接线，不要动。
PLC到变频器X22端子接线控制一般如下：
DI1变频器启停；DI2左右牵引方向；DI3加速；DI4减速；DI5故障复位；DI6主从宏调用；DI7+24V电源。
X25、X26、X27为变频器继电器输出，我们把X27继电器输出作为变频器故障节点反馈给PLC。
RMIO控制板上的可选模块1一般连接RMBA-01模块，用于与PLC通讯，DDCS插槽一般连接RDCO-03C模块，主从之间采用两根光纤通讯，连接在RDCO-03C模块的CH1通道上。
连接方式如下：
7、主从互换
在我公司交流电牵引采煤机产品中的变频器均可作主或者从变频器，两组参数均存储在变频器内部。
主和从变频器是可以互换的，在相应的产品中分析电路原理图，可以通过换插头的方式，也可以通过直接调整X22端子的接线来实现主从互换的目的。
8、单牵引
在采煤机运行过程中可能出现一个变频器损坏的情况，在没有备用变频器的情形下，可以考虑实施单牵引运行。
一般在没有较大坡度、短时期运行、采煤机自重不太大的条件下采用。
首先判断是主还是从的变频器发生故障，如果主变频器出现故障，经过复位仍继续出现故障，则可以把从变频器设为主变频器，把损坏变频器侧所带牵引电机方向的牵引部和行走箱之间的保护轴抽出，然后正常操作采煤机；如果从变频器出现故障，经过复位仍继续出现故障，则把损坏变频器侧所带牵引电机方向的牵引部和行走箱之间的保护轴抽出，然后正常操作采煤机。
9、变频器报警和故障的一般处理过程
（1）在判断变频器故障前，确保给变频器提供电源
（2）断电检查快速熔断器，如果有一个快熔损坏，变频器应正常显示，只是在带负荷运行时报出电源缺相故障，可更换快熔；如果两个快熔损坏，则需要用万用表检查接线端子是否有接地故障，检查作为电能储存器的电容组。
注意!
不允许在不检查的情况下直接更换快熔，否则可能再次损坏快熔。
（3）观察控制盘是否亮，如果有一个控制盘不亮，可采取互换控制盘和连接线确认控制盘是否损坏。
如果控制盘如下显示：
CDP312（R）PANELVx.xx
……………
光标一直闪烁不停，可采取互换控制盘确认控制盘是否损坏，如果还是这样显示，可判断变频器主板损坏，更换变频器。
如果互换完控制盘和连接线，该变频器所连接控制盘还是不亮，则需要检查进线侧三个快速熔断器是否完好，如果完好，则变频器RMIO控制板有问题，需要更换。
（4）观察控制盘显示内容，警告和故障显示分别如下：
ACS800-01-0070-3ACS800-01-0070-3
***WARNING******FAULT***
DCBUSLIM（3211）MOTORSTALL（7121）
以上是例子，具体情况具体分析，第一行显示的是变频器的型号和容量，第二行是警告或故障的英文，第三行是警告或故障的内容，括号内为该警告或故障对应的号码。
在本文后面会给出各种警告和故障对应的中文意思。
（5）控制盘显示的内容中，SPEED速度、CURRENT电流、TORQUE转矩需要重点关注，在分析和判断问题中，他们会起很大的作用。
8、变频器报警和故障一览表
故障
原因
解决方法
ACS800TEMP
（4210）
传动的IGBT温度过高。
故障跳闸极限为100%。
检查环境条件，检查冷却水是否正常。
COMMMODULE
（7510）
传动单元和主机之间的周期性通讯丢失。
检查电缆连接。
观察适配器指示灯显示。
检查主机是否可以通讯。
CTRLBTEMP
（4110）
控制板温度高于88℃。
检查环境条件
联系西安煤矿机械有限公司
DCOVERVOLT
（3210）
中间电路直流电压过高
直流电压728；877
检查主机的静态或瞬态过压。
检查电机和电缆的绝缘情况
DCUNDEVOLT
（3220）
中间电路直流电压过低
直流电压307；425
检查主电源和熔断器
EARTHFAULT
（2330）
传动单元检测到负载不平衡
检查电机或电机电缆有无接地故障
测量电机或电机电缆的绝缘电阻
LINECONV
（FF51）
进线侧整流单元出现故障
该故障仅在四象限变频器出现
将控制盘从电机输入侧切换到进线侧整流单元，观察故障显示。
联系西安煤矿机械有限公司
MOTORPHASE
（FF56）
电极缺相
检查电机和电机电缆
MOTORSTALL
（7121）
电机堵转。
可能由于过载或电机功率不足。
检查电机的负载和传动单元的额定值。
参见前面举的例子
NOMOTDATA
（FF52）
未设定电机数据或电机数据与变频器数据不匹配
断电，等待放电完毕再次上电
联系西安煤矿机械有限公司
升级会员 