电控装置

2024-07-23

电控装置（共6篇）

电控装置篇1

兖矿集团机械制修厂研制的采用串行通信方式的乘人装置智能型电控系统能在远方多功能控制乘人装置, 具有自动程序控制、安装方便等优点, 已在一些特大型煤矿中应用。

该系统具有的保护功能: (1) 打滑保护功能:系统发出起车信号后或乘人装置在运行中发生阻碍时, 主控系统接不到速度反馈信号或速度低于规定值时 (由程序而定) , 系统确认为打滑故障, 停车并显示故障信息; (2) 越位保护功能:当运乘人员到达乘人装置两端而没有及时下车时, 停车并显示故障信息; (3) 脱绳保护功能:当乘人装置的钢绳脱落时, 停车并显示故障信息; (4) 绞车闭锁功能:在混合巷道、混合交叉巷道中使用时, 绞车和乘人装置互为闭锁, 保障运乘人员的人身安全和运料生产正常运行; (5) 急停保护功能:当乘人装置发生意外事故时, 可在沿线紧急停车, 防止事故的发生和扩大; (6) 磁力启动器不启动保护功能:发出起车信号后, 如果在规定的时间内磁力启动器没有给系统反馈实际的启动状态信号, 系统实行磁力启动器不启动保护设置。

电控装置篇2

AMT外围电控装置故障检测的分析

机械式自动变速器电控系统含有多个电磁阀与多种传感器,它们出现敝障将严重影响自动变速箱的正常功能.针对外围电控器件出现的.故障,提出了故障诊断策略,并通过采用LabVIEW建立的故障诊断模型进行了验证,为机械式自动变速器原理样机的电控故障诊断系统的开发准备理论基础.

作者：金昊龙杜志岐王颖楠 JIN Hao-long DU Zhi-qi WANG Ying-nan 作者单位：中国北方车辆研究所车辆传动重点实验室,北京,100072刊名：车辆与动力技术英文刊名：VEHICLE & POWER TECHNOLOGY年，卷(期)：“”(1)分类号：U463.212 TP274+.2 TP277关键词：AMT 电控装置传感器电磁阀故障检测 LabVIEW

主井皮带电控系统及驱动装置改造篇3

1 原系统概况

(1) 供电系统采用GG-1A型高压配电柜, 负荷侧引出三支分线分别接三台JR136-4型绕线式异步电动机, 异步电动机连接尼龙柱销联轴器, 联轴器输出端接相配套的减速器, 1#、2#两台减速器同轴拖动1#卸载滚筒, 3#减速器拖动3#驱动滚筒。

(2) 皮带传输由于其耐磨性差、弹性伸长量大、易燃、易断等材料特性以及输送距离远而易出现的跑偏, 同时考虑到工作的可靠性和人生的安全性, 设置必要的保护装置及其重要, 原皮带保护装置已经设有速度保护、皮带打滑保护、堆煤保护、跑偏保护、烟雾温度保护, 但是随着生产的进行, 不断出现新的问题, 所以保护装置有待完善。

(3) GG-1A型高压配电柜维修不方便, 经常耽误生产, 随着技术更新, 需要改造。

(4) JR136-4型绕线式异步电动机采用串联频敏电阻直接启动, 启动电流大, 对电网冲击负荷大, 严重影响电网的平衡, 而且由于电刷会产生火花, 有火灾、爆炸危险。电机使用时间长, 绕组整体绝缘老化, 也有得存在局部线圈有故障, 电机运行温度高。

(5) 减速器轴封结构设计不合理, 采用油沟、毡圈式轴封结构, 组装时使毛毡受压缩产生变形, 而将结合面缝隙密封起来。但由于毛毡的补偿性能极差, 密封在短时间内失效, 所以此时回油孔存在堵塞现象, 很难发挥作用, 在高温作用下, 内部压强过高, 使油从接合缝隙中流出, 产生漏油现象, 因此产生过轴承断裂和齿轮折断、齿轮磨损严重情况。

(6) 主井皮带运输系统是一个低速、负荷大、受力波动性大的一种工作场景, 而原系统采用的是一种抗剪能力差和补偿两轴线偏移能力差的尼龙柱销式联轴器, 工作可靠性差, 属于淘汰产品。

(7) 电机调速系统采用的是变极调速, 同步性差且出力不均匀。

2 系统重新设计方案

2.1 主井皮带运输驱动装置

主井皮带驱动装置通过1#、2#两台鼠笼式异步电动机驱动卸载滚筒, 3#鼠笼异步电动机单独驱动驱动滚筒, 减速器更新为行星减速器, 具有反向自锁功能。制动器采用液力耦合制动器, 设备简单且效率高、减速器输出端由尼龙柱销式联轴器变为蛇形弹簧联轴器, 安装和更新了KPT1系列跑偏开关、ZL-A/B型胶囊式输送带纵向撕裂保护装置、LDM-X型溜槽堵塞器、DH-III型胶带速度检测装置, GAD100矿用本安型张丽传感器、KUJ10/18 (D) 矿用本安型双向急停开关、GQQO。1 (D) 矿用本安型烟雾传感器、GUJ30矿用堆煤传感器、CEJ15/30 (D) 跑偏传感器、GWP100 (D) 温度传感器, 并皮带钢丝绳芯探伤扫描仪, 皮带驱动装置示意图如图1所示:

2.2 电控系统

在配电站设置KYN-28 (VS1) 型高压开关柜, 通过电缆沟输送至选煤厂皮带机尾室, 采用双回路供电, 提高供电的供电等级, 机尾室设置低压开关柜, 接受高压柜供电并提供电机电源, 电机的启停通过PLC以交直交的形式进行主回路控制, PLC通过命令传递给变频器, 变频器直接接电机, 实现远方控制与软启动, 并且通过互感器采集信号至PLC从而进行过载、短路、欠电压、断相等保护。PLC同时接有UPS电源, 实现不间断供电保护, 为了实现上位机控制和监控, PLC的通信端子同调度室的电脑相连, 实现对卸载滚筒、驱动滚筒、溜煤眼、皮带机尾等多处重要位置和设备实时监控。减速器安装有稀油润滑油温度控制, 当温度高于8度时, 加温开启, 当温度高于50度时, 冷却开启, 当高于80度时, 报警并停机;同时安装有轴承温度控制, 温度高于80度时, 报警并停机;又安装了轴承水平、垂直振动传感器。为了确保工作安全, 还设置了皮带沿线拉线开关以及瓦斯浓度保护装置, 实现设备的紧急停运。

3 技术改造前后系统对比

3.1 供电系统

3.1.1 电源装置

高压开关柜由原来的固定性GG-1A更新为KYN-28 (VS1) 型, 实现了断路器的关门操作。不关闭断路器室门, 手车不能操作。断路器在工作位置实现手动紧急分闸, 手动进击分闸装置在开关柜工作状态时将分闸推杆旋转到工作位置, 并停在工作位置, 在需用紧急分闸断路器时, 直接推动按钮实现紧急分闸。改变平板式门结构为立体式门结构, 中间突出具有立体感, 新设计了的五爪式门铰链, 克服了前门掉角的现象, 将原来的螺钉式门锁改为拉把式门锁, 使门的开启更加方便快捷。增加了操作程序标识牌, 提醒员工按正常程序操作。

3.1.2 变频调速装置

由KYN-28 (VS1) 高压开关柜供给3台变频器柜电源, 变频器柜又直接供给3台YB400S2-4型6KV、220k W鼠笼式电动机。同技改前的串联频敏电阻的绕线式电机控制系统相比有如下优点:

(1) 变频器在节能方面要优于绕线式电机转子串电阻调速, 变频器可根据实际工况进行自动调节, 当负荷重时, 输出转矩高, 负荷小时输出转矩小。

(2) 变频器调速可以把其中一台电机设为主机, 其他设为从机, 实现多级联动同步运行。主机根据运行工况, 进行速度、转矩的自动调节, 并把信号传送至主控台的PLC和变频柜, PLC通过数据线又把信息传递给从动机, 从机按照主机发送来的信号进行自我调节, 使三台电机在不同的工况下, 都能进行自我调节且具有相同的运行参数, 从而达到三台变频器的功率平衡。

(3) 采用变频器可以实现小电流大扭矩, 启动时对电网的冲击小。

3.2 PLC控制系统

PLC通过数据通信, 实现上位机24小时对皮带运行过程中变频器调速系统相关数据进行实时采集、监控。同时, 上位机也可对101皮带、皮带保护、制动器、变频器、电机实现远程集中控制。通过PLC可以把皮带保护、驱动数据在线监测可靠性写入到程序, 出现故障时进行诊断、报警, 提高设备运行可靠性。通过远程监控可以减少现场维护数据采集、监控的工作量和提高安全系数。

3.3 皮带综合保护装置

安装和更新了KPT1系列跑偏开关、ZL-A/B型胶囊式输送带纵向撕裂保护装置、LDM-X型溜槽堵塞器、DH-III型胶带速度检测装置, GAD100矿用本安型张丽传感器、KUJ10/18 (D) 矿用本安型双向急停开关、GQQO。1 (D) 矿用本安型烟雾传感器、GUJ30矿用堆煤传感器、CEJ15/30 (D) 跑偏传感器、GWP100 (D) 温度传感器, 并皮带钢丝绳芯探伤扫描仪, 并把保护装置的信号接至PLC控制系统, 实现保护装置的自动控制和报警系统, 并且可以实时进行在线监测。

3.4 驱动装置更新

(1) 由原来的JR136-4型绕线式异步电动机换为YB400S2-4鼠笼型异步电动机, 有利于节能和功率、速度的同步控制。

(2) 由原来的ZL115-31.5型减速器更换为S3SH12A型减速器, S3SH12A型减速器工作可靠性好, 使用寿命长, 结构紧凑。由上下分箱式改为端盖接合式, 抗冲击能力显著提高, 内部轴承、齿轮损坏率降低, 由于接合面积减少, 也降低了油液的渗漏。

(3) 减速器的输入输出轴由原来的尼龙销联轴器改为蛇形联轴器, 抗剪能力得到大幅提高, 同时同轴度补偿增大, 由于剪力靠嵌入的蛇形片变形来实现, 所以运行平稳。改造后, 稳定性提高, 维修量减少。

3.5 驱动装置运行数据在线监测

安装有电机温度传感器、轴承水平、垂直振动传感器;减速器箱内装有油位、油温传感器, 轴承水平、垂直传感器, 轴承温度传感器, 对驱动装置的关键部位安装有运行速度、驱动力等参数监测装置, 实现数据的远程监测和自动控制, 实现设备故障的预防和紧急停机。

3.6 供电系统线缆

为符合《煤矿安全规程》, 把主电缆和控制、监测电缆全部更换为有煤安标志的电缆, 确保供电安全。

3.7 在线监测监控装置

为了方便管理, 在配电室、三套驱动滚筒、减速器、电机及溜煤口处安装了防暴摄像头, 将采集的信号传至控制室的显示器上。

4 总结

本课题根据西曲矿主井皮带技术设备落后的实际情况, 依据现代化矿井主井皮带建设的技术要求, 合理的对西曲矿的主井皮带进行了改造, 并圆满完成了改造过程中的一系列技术难题, 为矿井的不间断生产打下了坚实的基础。

摘要：根据西曲矿主井皮带设备严重落后的事实, 对整个主井皮带的运输系统进行升级改造, 基于对PLC、变频器以及传感器的设计、使用, 使整套设备的稳定性和可靠性得到优化, 从而减少设备的维护量, 提高设备的运转率, 降低生产隐患, 有利于矿井的不间断生产。

关键词：主井皮带,PLC,变频器,传感器

参考文献

[1]胡向东, 等.智能检测技术与系统[M].北京:高等教育出版社, 2008.

[2]国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程[S].北京:煤炭工业出版社, 2009.

电控装置篇4

柴油发电机组电控装置十分复杂,一旦发生故障,用户迫切需求尽快使其恢复正常。传统的维修方法是凭借维修人员的个人经验,对故障诊断人员有较高的专业要求,而且难以达到快速、准确的要求[1]。为此,本文研究了基于数据库的故障诊断专家系统,它集专家经验和专业知识于一体,能够被不同层次专业水平的诊断人员所掌握,同时充分发挥维修设备和软件功能,缩短故障的定位和维修时间,提高检测维修效率。系统采用Visual C++6.0作为软件开发环境,利用Access建立知识库,运用SQL语言进行知识的搜索,实现对柴油发电机组各部件电控装置的故障诊断。

2 故障诊断专家系统的功能

结合柴油发电机组电控装置故障模式、现象及特点,故障诊断专家系统具有以下功能(如图1所示)。

1)故障诊断

根据各种诊断信息,采用基于知识的诊断方法,得到关于机组的正确的诊断意见,并且可以在诊断过程中,给出当前诊断结果的同时还能够显示诊断结果的原因。

2)知识库管理

通过知识库管理,实现知识库的建立、知识的插入、修改、删除,使知识库与现场出现故障保持一致。

3)咨询系统

通过它可以查询系统故障,也可以进行相关业务学习,还能对知识库进行信息咨询。

3 故障诊断专家系统的设计

3.1 建立知识库

知识库的建立是实现专家系统的第一步,也是专家系统的“瓶颈”[2]。在提取规则前,首先利用故障树分析法(Fault Tree Analysis)将内容丰富且复杂的故障诊断知识建成故障树,然后分析各故障现象和原因之间的关系,将其反映到规则中来。鉴于产生式知识表示法的形式更接近故障诊断领域专家知识的结构,也比较容易改进和在数据库中表示,因此选择产生式知识表示法来构建知识库。

3.1.1 建立故障树

故障树是一种逆归定义的数据结构,特别适合于存贮具有层次性的结构数据。由于柴油发电机组电控装置的故障分析十分复杂,其专家系统的开发难度大,只能走渐进式的开发道路。这里将机组电控装置分为柴油机电控部分故障、发电机电控部分故障和控制屏电气及线路故障等三大部分,建立故障树就以机组的某一故障现象为顶点,以机组电控装置的各个部分为分支,逐步定位到最底层故障图2柴油机电控部分故障树示意图原因。如以“机旁手动时,机组无法启动”故障为例建立故障树如图2所示。

该故障树可以映射出各条产生式规则,部分如下所示:

3.1.2 构建知识库

知识库是整个专家系统的灵魂,知识库中知识的表达、组织与存储模式将影响推理机的推理效率,同时也会影响知识的更新与丰富,最终影响整个专家系统的智能水平。

传统的专家系统在开发过程中往往采用LISP或PRO-LOG语言构建知识库。这些系统的知识规则和事实大都是以语句的形式存储于程序或文本中,不能直观地表达相互之间的逻辑关系,也不便于知识库的维护[3]。为此,本文采用关系数据库表示产生式和构建专家系统知识库。与传统方法相比,该方法简便易行,能普遍适应各种产生式知识。

产生式规则所表示的是前提与结论之间的对应关系,而关系数据库中数据是存储在计算机中的二维表,用基于数据库的知识表达就是要用简单的二维表以及表与表之间的关联关系表示产生式知识[4]。这里将规则的条件和结论分别存储在条件表和结论表中,同时另设一个规则标识表用于规则的唯一标识。这三个表的具体设计如表1所示。规则编号是规则标识表的主键,也是一条规则的唯一标识,同时它又是条件表和结论表的外键,所以,一旦唯一确定了规则编号,也就确定了一条规则。

同时为了使规则描述更一致、更规范,不出现因为表述不一致而出现规则冗余,本系统通过设计字典数据库,用故障现象表和最终结论表对故障现象和最终结论进行管理。在输入规则时,可以从字典数据库的故障现象表中选择规则条件,从故障现象表或最终结论表中选择规则结论。

系统采用SQL语言完成对所有数据库图表的描述,便于数据库的可移植性。在建表过程中严格遵守了数据库的三个范式[5],所有表都可以直接从Access数据库管理系统进行规则的检索、插入、删除、更新等操作。

3.2 推理机的设计

推理机是专家系统的核心,它根据知识库中的知识和数据库中的数据,按一定的推理策略,实现从现象到本质的推理过程。

系统采用的是正向推理,它允许用户主动提供有用的事实信息,而不必等到系统需要时才提供,而且可以求出全部解。由于系统的知识库是基于数据库的,所以推理模型采用数据库引导推理与通过产生式规则推理相结合的推理机制,推理过程则是规则匹配、选择和执行规则三者的循环反复。

3.2.1 匹配

将已知故障现象送入初始事实库,从规则条件表中取出对应于同一规则编号的记录并存贮在临时规则条件表中,然后检查该记录的条件描述是否包含于已知事实库中,如果是,则从规则结论表中取出该规则结论加入已知事实表中。

3.2.2 选择

多条规则同时被匹配的情况称为冲突,这时要根据预先确定的评价准则,求出所冲突规则的优先度,决定选择哪一条规则。

3.2.3 执行

把所选择规则的结论添加到数据库,作为新的前提条件。

系统运行时,推理机制重复这三个动作的循环,根据规则库中的规则知识及数据库中存储的咨询前提事实,不断由已知的前提条件推理出未知的结论,并记录到临时保存已知事实的数据库,作为新的前提条件事实继续推理过程直到得出结论,推理流程图如图3所示。

4 结束语

根据柴油发电机组电控装置故障的特点,设计了专家系统的构架。专家系统的设计采用与数据库相结合的方案,用关系数据库表示产生式知识,较好地克服了传统专家系统知识修改和扩充困难的不足。诊断系统的知识库和数据库采用Access作为基本事实数据库,采用Visual C++编制友好的人机交互界面,结合SQL语句访问知识库和数据库,对故障进行推理、判断和定位。该系统可大大缩短故障定位和维修时间,从而提高柴油发电机组检测维修效率,使机组能够在故障情况下尽快恢复正常,将因机组故障带来的损失降到最低,具有较高的工程应用价值。

摘要：考虑到传统专家系统知识修改和扩充困难,提出了基于数据库的柴油发电机组电控装置故障诊断专家系统的设计方案,重点介绍了专家系统开发的两个关键技术:利用数据库表示产生式规则和构建知识库;设计推理机的工作流程。研究结果表明,该系统能够加快诊断速率,降低误诊率,具有相当高的工程应用价值。

关键词：柴油发电机组,故障诊断,专家系统,电控装置,数据库

参考文献

[1]尧军奇.现代柴油发电机组原理、使用与维修[M].北京:电子工业出版社,2004.

[2]蔡自兴,徐光裕.人工智能及其应用[M].北京:清华大学出版社,2004.

[3]王晓明,侯英玮.基于数据库的专家系统设计[J].计算机工程与应用,2001(20):95-96,131.

[4]刘宏伟,姚寿广.数据库技术在专家系统知识表示中的应用[J].江苏科技大学学报,2007(03):50-53.

电控装置篇5

某型轮式挖壕挖坑机是一种链板式连续作业土方机械, 用于平原及丘陵地带的快速挖壕挖坑作业, 如图1所示。底盘采用铰接式车架, 行走采用机械、液力驱动。挖壕作业时, 借助液压系统将挖掘链装置翻转至作业状态, 机械前进的同时由液压马达驱动挖掘链切削土壤并使其进入抛土器, 抛土器转子叶片在液压马达的驱动下转动带动土壤运动, 从抛土器的开口抛掷到地面上, 形成胸墙。当挖掘超过作业装置宽度的坑时, 机械前进的同时, 挖掘链装置左右摆动进行挖掘。

根据不同作业场合的需要, 该机作业装置电控系统的设计实现了作业操纵即可车上控制也可无线遥控, 其无线遥控功能在改善长时间作业时操作人员的作业环境及强度, 人员不便接近的危险环境中装备的正常使用等方面发挥了重要作用, 进一步拓展了装备应用范围。

2 作业装置电控系统的总体设计

系统的控制方式根据控制权所在的位置, 分为车上控制及车下无线遥控。系统包含两个控制回路:车上控制回路及无线遥控回路。要求无论是人工驾驶还是遥控操纵情况下, 车辆都能进行高效作业, 且转向、换挡、制动、过载保护等动作准确可靠。电控系统的原理如图2所示。

2.1 车上控制回路

车载控制器根据开关量输入 (驾驶室操纵控制面板上各开关的状态) 、模拟量输入 (车上的电位器、传感器的信号输入) 以及设定的软件流程实现对车上各电磁阀的得失电状态、挖掘链和抛土器的转速与方向以及坑壕进出口坡道角度的控制, 完成预定的作业工况, 并对作业过程中的误操作或出现的异常情况进行报警, 对紧急情况进行必要的处理。

2.2 无线遥控回路

除能完成车上控制回路作业装置的工况控制外, 还可以进行发动机的油门调节、车辆转向、换挡、制动控制。遥控作业时, 遥控回路将遥控器面板上各开关、旋钮发出的控制信号输入到遥控器的处理单元中, 经无线通讯模块发送到车载控制器, 交由车载控制器进行统一处理;同时, 车载控制器将相关的状态数据, 如挡位状态、挖掘链状态等通过无线传输方式反馈给遥控器并显示, 使操作人员了解车辆的当前状态。遥控作业过程中, 遥控器的处理单元能对误操作等进行报警、灯光提示。当出现无线通讯中断或紧急情况时, 车载控制器会自动根据故障情况进行相应处理。

3 机械作业核心控制单元设计

作业装置电控系统的核心控制单元为车载控制器, 主要由硬件和软件两部分组成。

3.1 硬件的选择设计

硬件由PLC可编程控制器及扩展模块、功率放大模块、无线收发模块、控制线束和安装盒等组成, 如图2所示。作业装置电控系统中车载端的核心控制器由PLC承担, PLC在原有一个主模块、一个模拟量模块的基础上, 扩展了一个模拟模块和两个数字模块。

无线收发模块因工作条件恶劣, 环境干扰大, 采用了双CPU (单片机) 构架, 一个负责收发遥控数据, 另一个负责翻译指令并通过RS485通讯传输到PLC, 以提高数据和指令的响应能力, 提高工作的可靠性。在任一CPU死锁 (有看门狗防止死锁) 期间, 系统通过程序设定进入安全保护状态。

3.2 控制系统软件

作业装置电控系统的软件采用PLC程序设计最有效、最基本的模块化程序设计方法。程序的结构分析和设计以模块化程序结构为前提, 以系统功能要求为依据, 按照相对独立的原则, 将程序化分为1个主程序、16个子程序和两个中断调用部分。

3.3 控制系统流程

整个控制系统流程如图3所示。当系统加电以后, 车载控制器首先进行初始化过程。初始化分为两部分, 一部分是系统的自检, 一部分是遥控状态位的初始化。

当系统本身存在错误或者系统运行外部条件不满足时, 均以报警方式提醒并停止执行控制程序。系统本身存在的错误, 主要是扩展模块是否存在或者上电是否正常;系统外部运行条件是指为了避免发生某些意外, 系统面板给控制中心的输入状态位必须在系统运行前归到初始化位置, 例如模拟量挖掘链的输入必须在刻度“0”附近, 否则不能控制车辆。

遥控系统的初始化, 主要自由端口的设置和遥控状态位的初始化。由于系统采用的是RS485接受遥控指令, 因此要设置自由端口号、波特率、字符数据位和校验选择等;遥控状态位的初始化清除的是PLC寄存器内的状态值。

自检完成后, 控制系统通过车上的状态开关, 判断此次控制是车上控制方式还是遥控控制方式, 针对不同的控制方式, 进入不同的控制程序。

3.4 电控系统可靠性设计

相比较一般的工程机械, 该系统工作环境更为恶劣, 遥控距离较远, 为避免作业中无线控制信号遇到同频强干扰, 或遥控器断电及损坏等原因造成机械失控等不安全问题, 控制系统进行了以下可靠性设计:

(1) 为解决遥控作业失控问题, 控制器程序中设计了如果4s内接受不到遥控器发出的指令, 机械进入静止自我保护状态, 将停止车辆工作, 车辆的挡位复位, 抛土器、挖掘链等停止;信号恢复正常时, 作业控制系统自动恢复正常工作。

(2) 控制程序对PLC接收到的遥控指令均进行有效性检验, 通过在指令尾部加入校验码, 判断指令是否有效, 对于无效指令均做抛弃处理;

(3) 为防止由于丢失数据而产生的遥控中断现象, 采用一问三答的设计。系统每收到一次遥控器发出的指令, 均三次应答, 返回车辆当前的工作状态, 每次返回应答间隔0.4s。

(4) 系统电容、电阻、二极管、晶振等器件预先进行老化处理, 确保在恶劣条件下的高可靠性;在硬件上设计了保护性自锁电路, 防止由于干扰或误操作造成的误动作。

4 手持式遥控器设计

遥控器由硬件和软件两部分组成。硬件由控制按键面板、OLED显示器、CPU (单片机) 、FSK遥控收发模块、电源和壳体组成, 如图2所示。遥控器同样采用双CPU冗余结构, 一个CPU集成在FSK遥控模块中, 负责遥控通讯;另一个负责处理用户的面板操作, 以提高遥控器的可靠性与实时处理能力。遥控模块接收遥控面板的指令, 通过无线通讯模块, 向车载控制器发出指令, 同时通过无线通讯模块接收挖壕挖坑机的作业状态, 并输出到OLED显示器进行显示。

5 遥控系统执行器的设计与选配

遥控系统的控制对象为作业车的工作装置、转向装置、油门调节装置、换挡装置、制动装置等, 主要控制如下内容:发动机转速、机械转向、高低挡切换、行走变挡、行走制动、挖掘链装置的上翻下放、挖掘链上升下降、挖掘链左摆右摆、挖掘链正转反转、挖掘链加速减速、抛土器左转右转、抛土器加速减速。

5.1 挖壕挖坑工作装置

该机工作装置采用全液压驱动方式。作业时, 车载控制器PLC根据驾驶室控制面板或遥控器的输入指令以及设定的软件流程对电磁阀 (翻转、升降、摆动, 浮动) 的得失电状态进行控制, 从而实现挖掘链与抛土器的动作顺序、作业装置姿态的自动与手动控制以及作业装置的翻转保护等操作。

挖掘链和抛土器的转速与方向采用变量泵-定量马达闭环控制, 变量机构由比例放大器、速度传感器、控制轴向柱塞泵斜盘倾角的伺服阀、液压缸、位移传感器等组成。速度传感器反馈信号与车载控制器PLC指令信号的差值经比例放大器加到变量伺服机构的输入端, 控制泵的流量变化向着减小速度误差的方向变化, 以此来调节定量液压马达的转速及方向。

5.2 转向装置

由步进电机、传动箱、角度传感器等组成。步进电机与传动箱装配成一体, 串联安装在方向盘转杆与全液压转向器之间, 传动箱设有离合机构, 如图4所示。手动转向时, 传动箱离合机构分离, 由方向盘带动转向器工作;遥控转向时, 传动箱离合机构结合, 车载控制器接受遥控器指令, 通过电机驱动器驱动步进电机旋转经传动箱驱动方向盘转动, 从而带动转向器工作, 实现转向操作。角度传感器安装在前后车架铰接销的上端, 主体与前车架固定, 信号输入旋钮与后车架铰接可以随前后车架相对转动, 如图5所示, 为车载控制器实时反馈转向角度值, 并通过无线信号发送到遥控器, 在OLED显示器上显示。

5.3 制动装置

机械的行车制动系统为双管路气顶油四轮盘式制动, 如图6所示。当采用车上控制方式时, 操作手利用双腔式脚踏制动总阀实现前后制动器控制, 同时, 气控截止阀通过压力传感器的电信号作用于变速箱的挡位选择器, 使变速箱处于空挡位置;在制动系统中设计并联了两个电-气比例减压阀和两个双向逆止阀, 采用车下无线遥控方式时, 车载控制器接受遥控器指令, 通过控制电—气比例减压阀实现行车制动操作。

停车制动器为内胀蹄式制动器, 采用手动和电控并联控制方式, 如图6所示。车上控制时驾驶员操纵手控制动阀, 按下是解除制动, 拉出是产生制动。遥控作业时车载控制器接受遥控器指令, 通过控制电磁阀实现停车制动操作。

5.4 发动机油门调节装置

发动机油门遥控调节装置由安装在发动机飞轮壳内的磁阻式转速传感器、与油门踏板拉线并接在高压油泵油门控制臂上的比例执行器和驱动控制器三部分组成, 如图7所示。遥控作业时, 车载控制器接受遥控器指令对驱动控制器发出控制信号, 驱动控制器将该指令数据和当前转速传感器数据与内部设定的参数作比较, 发出调制脉宽信号给与发动机油门相连的精密比例执行器, 比例执行器将该信号转变为一个与调制脉宽信号占空比成正比的旋转轴输出位置, 通过调整油门控制臂位置实现对发动机转速的同步控制。

5.5 换挡装置

该机安装的6WG181液力变速器为全动力换挡变速器, 换挡控制方式为电液操纵。车上控制时, 驾驶员通过驾驶室操纵控制面板上的变速箱升/降挡位选择开关来实现不同的挡位之间切换;遥控作业时, 改为作业手利用遥控器经车载控制器控制换挡离合器电磁阀, 经过不同的组合实现不同油路的切换, 从而实现挡位的变化。

该机发动机的动力经液力变速箱改性后传输至减速箱, 由减速箱的输出轴经传动轴与前、后驱动桥相连接。减速箱动力输出分两条线路, 一条为行驶挡输出 (高速挡) , 用于公路行驶和越野行驶, 另一条为作业挡 (低速挡) , 用于挖壕挖坑作业行走。高低挡控制器采用电控气动系统, 如图6所示。电控开关阀安装于驾驶室操纵控制面板, 同时并联一路接到车载控制器, 由遥控器控制。作业时, 由操作手拨动开关或遥控器按钮控制高低挡切换气缸活塞向里或向外移动, 带动换挡拨叉移动接合高挡/低挡齿轮。

6 结语

该轮式挖壕挖坑机针对作业环境的特殊要求而研制开发了集成遥控功能的作业装置电控系统, 电控系统样机试制完成后, 进行了严格的试验考核, 主要包括遥控距离测定、功耗测定、高低温试验、高低温冲击试验、振动试验、淋雨试验、自由跌落试验、电磁兼容试验、可靠性试验等, 其主要技术参数和性能指标均满足设计要求。

装有该电控系统的机械经长时间恶劣工况下的强化耐久性试验, 各项性能稳定, 无重大故障出现, 其遥控作业的可靠性得到了充分验证。该电控系统对于提高机械在复杂环境下的全天候作业能力发挥了重大作用。

摘要：为改善长时间作业时操作人员的作业环境, 降低劳动强度以及在人员不便接近的危险环境中装备能够正常使用, 轮式挖壕挖坑机作业控制系统中集成了无线遥控功能。以研制的轮式挖壕挖坑机作业装置电控系统为实际工程背景, 介绍了作业装置电控系统的总体构成、功能和工作原理。着重论述了车载核心控制单元的组成、工作流程及相关的可靠性设计, 并对工作装置、转向装置、油门调节装置、换挡装置、制动装置等遥控执行部分设计进行了介绍。作业装置电控系统经试验考核主要参数和性能指标均满足设计和使用要求, 遥控作业的可靠性得到了充分验证。

关键词：挖壕挖坑机,作业装置,电控系统,设计

参考文献

[1]张建民, 等.机电一体化系统设计[J].北京:北京理工大学出版社, 1996:73-92.

[2]梁科山, 唐力, 等.基于PLC的工程机械控制系统[J].兵工自动化, 2009 (10) :45-48.

[3]闵华松, 李美升, 等.工程机械智能控制器设计[J].信息与控制, 2011 (4) :254-261.

[4]钟志华, 周彦伟.现代设计方法[M].武汉:武汉理工大学出版社, 2001:254-261.

电控装置篇6

1 系统的组成

ZTK(A)隔爆变频器控制系统主要由输入电控器箱、变频调速箱、PLC控制箱、司机台等组成。输入电抗器箱由输入电抗器、充电电阻、旁路接触器、变频控制回路、PLC控制回路等组成;变频器箱采用矿用本安型软起动器PID控制器、输入电抗器、可控整流系统(ZJT-MSC2)、电容平波系统、输出逆变系统组成。电控系统框图如图1所示。

2 系统功能

2.1 系统功能设定

(1)最小输出频率

默认值:0Hz,范围:0～195Hz。

该参数用来设定系统起动时的最小输出频率。最小输出频率设定值和最大输出频率设定值之间至少应有5Hz的差值。

(2)最大输出频率

默认值:50Hz,范围:50～200Hz。

该参数用来设定系统运行时的最大输出频率。最小输出频率设定值和最大输出频率设定值之间至少应有5Hz的差值。

(3)加/减速时间设置

该系统具有可编程的加减速时间设置,可分别设定系统的线性加速、减速时间和S形曲线时间。当电机加速时,线性加速时间和S形曲线时间将起作用,当电机减速时,线性减速时间和S形曲线时间将有效。

(4)线性加速时间

默认值:10秒,范围:0.5～600秒。

线性加速时间是指电机从零转速到额定转速所用的时间。

(5)线性减速时间

默认值:10秒,范围:0.5～600秒。

线性减速时间是指电机从额定转速到零转速所用的时间。

(6)S形曲线时间

默认值:0.01秒,范围:0.01～40秒。

S形曲线时间是为了使系统加减速更平滑而设定。

(7)磁通补偿

默认值:25%,范围:0～150%。

系统通过无速度传感器矢量控制算法来控制电机的运行。这种控制算法在整个电机的速度范围内都可以很精确的控制电机的磁通,对电机的参数变化具有和强的适应性。

(8)转差补偿

电机转差是指电机轴速和电机同步转速之间的差异,转差补偿可为变化的转差提供补偿,使电机在各种负载下速度都保持不变。

(9)转波频率

转波频率用来设定系统输出PWM波时的转波频率,该频率可使电机在运行中产生一定的噪音,该系统可以根据电机的负载情况和散热片的温度自动选择转波频率,使电机运行时噪音最小。

2.2 安全保护功能

安全保护的作用是绞车在运行中出现异常情况时能停止运行,防止重新起动,避免造成事故。

(1)限流保护

默认值:系统过载电流,范围:18%～100%系统最大过载电流。

当系统负载大于该电流值时,变频器将只输出该电流,直到过载状态消失。

(2)I2t电机过载保护

I2t电机保护是根据电机负载来估算电机的发热量,当系统检测到实际I2t的值超过设置值时,电机将过载保护。

(3)零速时I2t的保护值

该项用来设定电机速度为零时I2t保护值。

(4)I2t保护值切换点

当系统输出的频率大于设定值时,系统按照电机过载保护设定值进行停车保护,当系统输出的频率小于设定值时,系统按照电机过载保护设定值与零速时I2t的保护值所对应的线性关系对电机进行过载保护。

(5)电机反转

为防止电机意外反转对设备造成损害,系统已设定其反转功能。

2.3 电机停车方式及系统重起动

(1)可控停车

可控停车是指系统将控制电机在由线性减速时间和S形曲线时间设定的时间内停下来。

(2)自由停车

自由停车是指系统在接到停车命令后将不再控制电机,直到电机在惯性的作用下逐渐减速,最后停车。

(3)动态制动

动态制动是指利用外部电阻来消耗电机停车时的回馈能量,从而达到迅速停车的一种方式。

(4)自动重起动

该功能允许变频器在因故障跳闸后,自动尝试重起动,每十秒起动一次,直到故障消失。

3 变频调速原理

该装置通过整流器、逆变器将电流变换成可控频率的交流电,中间环节采用大电容滤波,直流电压波形比较平直,相当于内阻抗为0的恒压源[2]。电抗器串联在电源侧和变频器输入侧,可以抑制谐波电流,削弱电路中浪涌电流对变频器的冲击。四象限交-直-交电压型变频器,电机的再生能量通过逆变器进入直流回路后,通过回馈单元回馈到电网中,该系统采用无速度传感器矢量控制算法来控制电机的运行。原理如图2所示。

4 隔爆变频调速系统性能特点

(1)采用了隔爆型兼本质安全型设计,符合《煤矿安全规程》要求,可应用煤矿井下含有煤尘、瓦斯爆炸危险的环境中,适用性广。

(2)该装置依照EMC导则进行传动系统设计,并通过了EMC电气性能试验,性能优越,精度高,工作稳定性好。

(3)结构简单,便于维护,硬件采用大规模集成电路,元件少,故障点少,主要整流元件及逆变元件采用进口产品,可靠性高,使用寿命长。

(4)调速性能优越,以全数字变频调速为基础,以软起动PID为核心,使异步电动机调速性能更平滑。

(5)故障自诊断功能强大,LCD液晶显示器显示故障,判断一目了然,大大节约了使用维护成本,硬件工作状态由软件来监控,软件运行状态可以通过硬件来反映,排除、处理、维修故障方便快捷。

(6)能量回馈,节能明显。可控整流系统ZJT-MSC2是一种利用脉宽调制(PWM)技术可以将直流电逆变回交流电网的静态逆变器,变频调速将转子馈出的功率,通过变频器反馈回电网,节约大量电能。

5 结论

(1)由于采用变频调速,相对于转子串电阻调速,节电率可达15%～20%[3],可节省大量电费,很好的实现了节能降耗。

(2)隔爆兼本安型变频调速精度高,性能优越,起动运行平稳,调速平滑,减少了提升机传动部位的冲击,很好的延长了设备使用寿命。

(3)LCD液晶显示屏显示运行参数,操作简单,维护方便,大大节约了劳动力。

(4)隔爆兼本质安全型变频电控系统是煤矿斜巷提升运输系统的装备水平实现了质的飞跃,具有良好的防爆性能,很好的实现了安全生产,减少了机电事故的发生,值得广泛推广。