KE853多轴钻孔机电气控制特点.docx

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KE853多轴钻孔机电气控制特点

KE85-3多轴工程钻孔机电气控制系统

一、电气控制系统特点

1．KE85-3多轴工程钻孔机电气控制系统特点

KE85-3多轴工程钻孔机使用高效率的工程钻孔专用交流异步电动机，配合电动机软起动设备，使本多轴工程钻孔机具有稳定的负载特性；在钻孔作业的启动、运行和停车过程中对电网和钻杠设备无任何电气与机械冲击；其对负载的高适应性能、高稳定可靠的检测、保护功能是本机显著的特点，也是目前同类工程钻孔机所不具有的。

正是这些特有的工程应用优点，使本多轴工程钻孔机的应用领域得以延伸。

KE85-3多轴工程钻孔机电气控制系统具有友好的人机对话界面，其绿色环保型电动机控制模式成功地解决了钻孔作业时的起动、停止、堵转等问题。

是采用硬起动、电抗器起动、自耦降压起动方法的传统工程钻孔机的理想更新换代产品。

KE85-3多轴工程钻孔机电气控制系统由主控制屏和操作箱组成。

控制屏采取防水设计。

操作箱置于工程履带车驾驶室，由防水连接器与主控制屏连接。

主开关选用LG原装进口的大电流接触器。

选用专业从事软启动设备制造商的成熟品牌ALYR5全数字智能电动机软启动器。

为适应野外作业的安全需要，控制电路中涉及人工操作的部分采用AC24V电源的安全电压，同时设计了电动机接地保护电路。

电路中的辅助继电器选用OMRON品牌。

考虑到观察的需要，在主控制屏和操作箱内分别设置了大过载倍数的电流、电压表。

根据钻孔作业时的工作需要，本控制器设计了位置清晰的工作模式选择开关。

-90o为全电压点动工作模式；+90o为软点动工作模式；0o为运行工作模式。

分别适用于复杂地质条件造成的钻杠卡住，导致电动机堵转情况下的冲击退堵（冲击电流3000A以上，不可调）、可调冲击退堵（冲击电流任意可调）和软启动运行等作业模式。

KE85-3多轴工程钻孔机选用全数字软起动控制器，通过先进的微处理器与晶闸管相移控制技术，实现电动机分级变频起动、突跳限流起动、电压斜坡起动和软停止等功能。

作业时对软起动、软停止、急停、节电运行、旁路运行等功能参数均可根据负载自行设定。

并具有过载，缺相、峰值过流、过流、欠流、过压、欠压、相序、限流超时、晶匣管过热、接地和漏电等多种完善的保护功能。

2．KE85-3多轴工程钻孔机电动机软起动器

1）智能型软起动器工作原理

KE85-3多轴工程钻孔机采用ALYR5智能型软起动器，其构成见图如1所示。

主回路是由直接反并联的晶闸管模块组成。

R、S、T进线端接3相AC380V电源，出线端U、V、W接电动机。

互感器检测电动机电流用于反馈控制信号，单片机根据设定的启动电流数值输出晶闸管的移相信号α，以控制电动机电压的变化。

当电压线性增加至额定值，即所谓斜坡到顶，电动机则加速到额定速度完成软起动，并发出旁路信号，使旁路接触器吸合，转换到旁路运行，而故障检测仍对电动机进行保护。

参数设置和状态显示等采用按键和液晶显示器来完成。

本软起动器结构先进、新颖、简单、操作方便、简单实用。

图1ALYR5智能型软起动器

a）工作原理b）内部结构

2）KE85-3多轴工程钻孔机电动机软起动器说明

KE85-3多轴工程钻孔机选用ALYR5软起动装置输出电压按设定规律上升。

使受控电动机转矩按优化的加速曲线完成启动过程后关断晶闸管组件，由旁路交流接触器工作。

本软启动器符合：

（1）GBl4048.6-199855600kw中国国家强制性产品3C认证。

（2）OEN60947-4-2：

20005.5-320kw欧共体CE认证。

（3）GB8898-1997通过CCEE中国电工认证委员会长城安全认证。

（4）IS09001-2000国际质量体系认证（2000版换版）。

（5）防护等级：

IP40（可协议）。

（6）抗震能力：

海拔3000米以下，振动力装置0.5G以上。

（7）抗冲击：

15kg/ms。

（8）环境温度：

-30o~55oC，（极端温度90oC）。

（9）环境湿度：

95％无冷疑或滴水。

3）ALYR5软起动器功能

本软启动器具有：

（1）采用双单片机全数字自动控制。

（2）起动转矩电流、电压、时间可按负载不同灵活设定，取得最佳的电流曲线和最佳的转矩控制特性。

（3）自动适应重载软起动器、轻载、重载无需调整、采月分级变频、可控硅软起动器，起动电流小、起动转矩大等特点。

（4）对电动机提供平滑渐进的起动过程，减少起动电流对电网的冲击，降低设备的振动和噪声，延长机械系统的使用寿命，并改善工人的劳动坏境。

（5）启动电流可根据负载调整，减小启动损耗，以最小的电流产生最佳的转矩。

（6）软停车特性，可以大大延长电气触点之寿命，以满足不同场合下机械需求。

（7）具有过流、过载、过热、电源缺相保护。

（8）方便的外控接口具有多种功能：

数字延时起动控制，瞬停控制输入，启动延时继电器输出，故障继电器输出。

（9）对输入电源无相序要求。

（10）可以自由停车和软停车，软停车时间可调节。

（11）全数字设定和外控功能，大大方便用户。

（12）自带标准的485接口（订货协议）。

（13）0-20mA标准模拟电流输出。

（14）产品结构新颖、体积小、性能可靠，安装和操作使用简便。

（15）哈佛式单片机具有很强的抗干批能力，保证控制系统不受强电干扰。

3．ALYR5软启动器性能指标

1）启动特性

（1）软起动基值电压，20％-75％额定电压；

（2）斜坡坡上升时间：

1-120秒；

（3）电流限制值：

100-450％电动机额定电流；

（4）突跳起动时间（电压为额定电压）：

0-2秒；

（5）斜坡下降时间：

1-120秒；

（6）切断电压：

20-100％额定电压；

（7）节电运行：

当电动机轻载时（<50％额定电流）可节电运行。

2）保护特性

（1）过载保护：

2倍过载电流保护。

8组保护动作时间可供选择；

（2）断相保护：

软起动器供电电源断线；

（3）过流保护：

80-300％电动机额定电流。

时间1-30秒；

（4）欠流保护：

0-80％电动机额定电流，时间1-30秒；

（5）峰值过流保护：

300-800％装置额定电流；

（6）相序检测保护：

逆相序时保护动作；

（7）限流超时保护：

1-40秒；

（8）散热器过热保护：

如果散热器温度超过80℃，则保护动作；

（9）过压保护：

>460V；

（10）欠压保护<300V；

（11）外部故障输入：

可将软起动器以外的故障信号输入到软起动器进行故障保护。

3）输出特性

（1）软起动器具有2个继电器；

（2）故障继电器，软起动器故障时动作；

（3）旁路继电器，输出电压达到额定值时动作；

（4）继电器触头容量：

30VDC或220VAC时最大5A；

（5）防护等级IP20；

（6）在正常工作条件下，软起动器运行所发出噪声应不大于80dB{A声级）。

4．基本接线方法

基本接线图见图2

图2基本接线图

1）接线端子说明

软启动器接线端子说明见表1

2）控制端子说明

ALYR5软启动器控制端子接线方法见图3。

图3控制端子

3）应用说明

（1）ALYR5软启动器基本应用及面板端子如图4、5和6所示。

图4应用

图5ALYR5软启动器面板

图6状态显示

5．功能说明

1）电压斜坡软起动

当下达软起动命令，软起动器输出一个电压Ust，这个电压叫软起动基值电压（设定范围为20％-75％倍额定电压）以后，电压线性上升，从软起动基值电压增加到额定电压。

这段时间即为斜坡上升时间Ta（1—60秒），斜坡到顶后，起动完毕，斜坡到顶继电器动作。

为7克服有些负载比较大的静摩擦转炬，本装置提供了可选的突跳起动（范围0.1-1秒）.突跳起动电压u为额定电压，时间可设定。

电压斜坡软起动特性曲线见图7。

图7电压斜坡软起动特性曲线

2）节电运行

当选择节电运行功能，软起动器首先进入保持阶段，保持输出电压为额定电压，以保证电动机和负载在加速后进入稳定状态。

保持阶段为一很短时间，之后，软起动器自动进入节电运行阶段。

在节电运行时，系统根据定子电流值及功率因数φ情况，不断进行运算、调节、更新触发角α，这样就能根据负载的实际情况决定供给电动机的能量，避免电动机过激励造成的能量浪费。

注章：

节电只能在轻载情况下（≤50％）才有效。

节电运行特性见图8。

图8节电运行特性

3）限流软启动

使用限流软启动模式时，启动时间设置为零，软启动得到启动命令后，其输出电压迅速增加，直至输出电流达到设定电流限幅值Im，输出电流不再增加，电动机运转加速持续一阶时间后，电流开始下降，输出电压迅速增加，直至全电压输出，启动过程完成。

电流限幅值可根据实际负载情况进行调整，设定范围为电动机额定电流的1-5倍。

限流软启动特性见图9。

图9限流软启动特性

4）斜坡+限流软启动

使用斜坡+限流软启动模式时，输出电压以设定的启动时间平稳上升，同时，输出电流以一定的速率增加，当，启动电流增至限幅值Im时，电流保持恒定，直至启动完成。

使月此模式式时需同时设定起动时间和电流限幅倍数。

斜坡+限流软启动模式特性见图10。

图10斜坡+限流软启动特性

5）突跳转矩软启动

突跳转矩启动模式主要应用在静态阻力矩比较大的电动机上，通过施加瞬时大启动力矩以克服大静摩擦力。

该模式下的电压迅速达到设定的额定电压Ue，启动过程结束。

电流限幅值可根据实际负载晴况进行调整，设定范围电动机额定电流的1-5倍。

突跳转矩软启动特性见图11。

图11突跳转矩软启动特性

6）交变频高转矩软启动

为了提高电子式软起动器的起动转距，降低起动电流，采用交变频的方法，利用原软起动器的硬件结构，控制三相晶闸管的触发矍顺序，在改变电压同时也改变交流电的频率，实现高转距的V／f控制软起动频率分级提升。

由f／13→f／7→f／4→f／3→f／2→f（50Hz）一并同运行实现真正的平滑升频软起动，并且提高起动转矩，随小起动电流。

更适合于需重载起动的负载。

交变频方法的软起动器，实现真正的平滑升频软起动，在减小起动冲击和起动电流的同时，提高起动转矩，可使电动机在满负载下平滑起动。

由于保持了传统电子式软起动器的硬件结构，只是改变了晶闸管的触发脉冲产生的顺序和控制方法，因而不会增加太多成本支出，而在起动性能上却可大大优于传统的降压软起动器，可实现近似于变频器的软起动性能。

因而不能不说是对电子式软起动器的革命性突破，从而可大大扩展电于式软起动器的使用范围和市场份额。

交变频方法的软起动器还可方便地实现短时低速运行和低速反转制动功能，以便实现准确停车，尤其是对于泵类负载，可以完美实现与变频器一样的软停车控制功能，彻底消除水锤冲击。

直接起动、软起动和交变频软起动方式下定子电流的比较见图12。

图12直接起动、软起动和交变频软起动定子电流图

7）软停车

当下达软停车命令（按停车健或7号端子与COM断开），装置输出电压以一个可以调节的规律下降，直到切断电压（设定范围为20％-100％倍额定电压），这时开始封锁加在晶闸管上的脉冲，软起动器输出关断。

斜坡下降时间可设定（范围为1-120秒），这种软停特性，可以避免水锤效应。

软停车特性见图13。

图13软停车特性

8）保护特性

本起动器有着较完善的保护功能。

当发生故障时，系统封锁触发脉冲，晶闸管关断，同目由屏显示故障信息，故障继电器动作。

这时软起动器不再响应起动命令。

如需再起动必须必先复位，复位操作有以下两种：

（1）用复位健复位；

（2）控制电源断电；

注意：

所有故障可通过参数设定来屏蔽（起动时除外）。

9）电动机过载保护

过载保护是用电流的反时限特性来模拟电动机的过热保护。

过载曲线按1.2倍额定电流设定的过载时间共有5组参数供选择设定。

10）断相保护

当软起动器的三相供电电源进线断线时或晶闸管故障时，故障系统能可靠封锁脉冲，关断所有晶闸管，保护电动机不因单相运行G而过热烧坏。

11）过电流和欠电流保护

此为对负载方面的保护，在运行中，如电动机电流增、减超出正常负载电流范围，本装置能进行过电流和欠电流保护。

12）过电压和欠电压保护

为在电压超范围变化时，能对装置及电动机进行保护，本装置设置了过压及欠压保护。

13）相序保护

对于某些负载（如泵类等），对旋转方向有要求，则要选择相序保护，当电网进线相序发生变化，变为逆序时，装置不能起动。

14）限流超时保护

在起动期间，为了保护电动机和软起动器不因电流大，时间长而损坏，设置了限流超时保护，对起动时限流时间过长进行保护。

注意：

ALYR5智能型软起动59要求：

450％额定电流起动时，限流超时保护时间小于5秒。

300％额定电流起动时，限流超时保护时间小于20秒。

15）散热器保护

由于电动机故障或其它原因引起散热器温度过高时，温度继电器动作对软起动器进行保护。

16）其他

（1）可逆运行

如果要求电动机可逆运行，可在进线侧（电网和软起动器之间）装一个反转接触器，注意不要装在软起动装置输出侧。

在正、反接触器切换后，在软起动信号前，延时时间不能少于0.5秒。

（2）电动机接线方式

电动机定子绕组可采用Y型接法或型A接法。

（3）电动机并联使用

除非电动机和负载特性一致，否则不推荐用一台软起动器起动两台或更多台并联连接的电动机。

如果电动机型号和功率一致，共同驱动一个单一负载，这种情况是可以的，这时软起动器的额定电流应该是全部电动机额定电流之和。

一台软起动器可以起动多台电动机，即一拖多，在这种情况下，应采用合理正确的控制电路。

（4）绕线型电动机

如果绕线型电动机转子串入适当的起动电阻以提高起动转矩后，本软起动器也可以用来起动绕线型电动机，当电动机达到全速并稳定后，起动电阻应该被短接。

（5）补偿电容

功率因数补偿装置（补偿电容）（补偿电容）不能放在软起动装置的输出侧，应该设在输入端（电源端），而且，在软起动期间不能切换补偿装置。

17）维护

只要符合技术要求的环境，且在设计容量范围内正确使月。

本智能软起动器是很可靠和耐用的。

需要很少的维护、但下面项目需每60天检查一次。

（1）使用环境是否有变化，风道是否有堵塞。

（2）所有的连接是否坚固。

（3）主回路及控制回路连线是否有异常。

（4）检查印刷线路板的颜色，如有必要，可用气管对印刷线路板上的灰尘加以清除。

如果软起动器出现故障，首先观察显示器上的故障信息，如果控制电源已断电，可只接通控制电源，然后查看参数的内容。

此参数内容是上次的故障代码。

根据代码提示去查找故障原因。

检查时若需触及线路板时应采取抗静电措施，另外，控制板通电时，电源部分和触发部分带有高压，注意不要触及。

6．键盘及显示

ALYR5系软起动器设有五位显示和六个控制按键，见图14。

图14ALYR5系软起动器中文操作面板

操作步骤如下见图15。

图15操作步骤

操作流程如图16。

图16操作流程

二、KE85-3多轴工程钻孔机电气控制系统原理

1．控制电路

KE85-3多轴工程钻孔机电气控制原理如图17所示。

图17KE85-3多轴钻孔机电气控制原理

来自于发电机的三相交流电源经自动断路器QF，送入KM1、KM2的进线端，当合上1HK后，控制变压器TK1给控制回路供电，操作箱上电源指示灯1LD点亮。

钻孔作业前，根据需要，首先由2SB或3SB选择电动机旋转方向，按2SB后，2KA得电，使接触器KM1得电，电动机正转为钻孔作业；按3SB后，3KA得电，使接触器KM2得电，电动机反转为退孔作业。

只有在选择了电动机的旋转方向后，软启动器的主回路输入端子R、S、T才能与电源连接。

钻孔作业时，根据作业要求和钻杠的工作状态，由工作选择开关1S选择：

全电压点动、运行和软点动工作方式。

1）全电压点动

当1S处于-90O位置时，选择全电压点动工作方式。

按点动按钮4SB，4KA得电，使接触器KM3得电，此时，由于ALYR5软启动器未被使能，软启动功能关闭。

电动机在KM1（正转）、KM3作用下；或者在KM2（反转）、KM3作用下，进行全电压的正、反转点动作业。

由于单台电动机全电压启动时的启动电流可能是其额定电流的4~7倍，高达1500A左右，电动机绕组的温升在短时间内就可能超出允许的最大温升，使绕组绝缘受损。

为此，点动时间不宜过长，一般在1~3秒内。

图1中，通过设定1KT的时间，来调整全电压点动时间。

基于上述原因，全电压点动仅限于在钻杠摆脱被卡住，导致电动机堵转的工作状态下使用。

2）软点动

当1S处于+90O位置时，选择软点动工作方式。

按点动按钮4SB，5KA得电，此时，由于ALYR5软启动器8、9输入端被使能，电动机启动电压、电流和时间按设定的方式变化，因此，电动机得到了很好的软点动保护。

若点动时间大于设定的软启动时间时，电动机将被从软启动状态自动切换到运行状态。

一旦释放点动按钮4SB，电动机立即停止运行。

软点动时的启动电压、电流和时间可以通过ALYR5软启动器的参数设定器自由编程。

因此，无论钻杠处于什么状态，在选择全电压点动前，首先应该选择软点动的方式来进行。

如果参数选择合理，全电压点动或许可以不使用。

3）运行

当1S处于+0O位置时，选择运行工作方式。

按运行按钮6SB，6KA得电，此时，由于ALYR5软启动器8、9输入端被使能，电动机启动电压、电流和时间按设定的方式变化，因此，电动机得到了很好的软启动保护。

启动完成后1KA得电，旁路接触器KM3接通，电动机将被从软启动状态自动切换到运行状态。

按停止按钮5SB，6KA失电，ALYR5软启动器进入软停止状态，在制动力矩与负载力矩的共同作用下，电动机根据设定的软停止时间平稳停止。

2．保护电路

本控制器具有：

过载，断相、峰值过流、过流、欠流、过压、欠压、相序、限流超时、电动机接地、漏电、晶匣管散热过热等完善的故障保护功能。

1）软启动器保护

当发生除电动机接地、漏电保护以外的上述所有的故障时，软启动器输出端3、4使能7KA，其常闭触点308-309断开，工作接触器失电，电动机脱离电网，从而起到保护作用，故障指示灯2LD点亮，以告停车原因。

同时，在软启动器显示屏上指出故障原因。

2）电动机接地保护

由零序电流互感器LJ与接地继电器DD构成了电动机接地（漏电）保护系统。

工作时将接地继电器DD上的使能开关2S置于“ON”位置，当电动机发生接地（漏电）故障时，使能8KA，其常闭触点307-308断开，工作接触器失电，电动机脱离电网，从而起到保护作用，故障指示灯2LD点亮。