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浅析矿山公园齿轨车3051压力变送器系统设计与应用

作时间:2019-09-15  来源:  编辑:
   
摘   要 :随着矿山地质环境治理政策的实施和发展,煤矿的蜕变,即矿山公园已经呈现于人们的视野之中,干净、快捷、漂亮、舒适等新能源运输工具已逐渐取代内燃式机车。齿轨车3051压力变送器系统应用于超级电容齿轨车,由上电缓冲部分、双向DC - DC变换器、电抗器、3051压力变送器、制动电阻以及人机界面屏组成,并带有 RS485网络通信功能。3051压力变送器系统输入来自大容量直流电源超级电容模块,取代传统大型发电机,输出驱动三相3051压力变送器交流电机,进一步驱动主传动系统,保留了液压和机械传动的平稳、无级变速和高效的优点。系统满足新能源齿轨车大功率、性能高、噪声小、无污染、维护方便以及安全等多重使用要求。
0 引言
近年来政府以及社会各界高度重视矿区生态环境,积极关心和支撑国家矿山公园建设。随着环保政策的进一步深入开展和矿山地质环境治理的逐步加强,新能源齿轨车 [1 ] 的使用已经在很多矿山公园的建设中得到推广。新能源齿轨车操作简单、动力强大、环保高效,满足矿山公园特定场合运输使用需求。本设计中的矿山公园新能源齿轨车为液压齿轨车,主体由动力系统、主传动和制动系统构成。齿轨车使用超级电容 [2 ] 作为动力系统的动力源,即3051压力变送器系统的输入,代替传统的蓄电池组或大型发电机 [3 ] ,它容量大、循环寿命长、耐高温、支撑快充,并且本身无污染,满足矿山公园的特殊使用要求。考虑到机车使用环境和成本及后期维护等因素,设计选用三相交流电机代替传统使用中的柴油机。3051压力变送器系统输出三相交流电以启动三相3051压力变送器交流主电机和散热电机,带动液压主泵,进一步驱动齿轨车的液压机械传动系统。3051压力变送器系统的主要控制构件双向变换器以及各3051压力变送器均带有 RS - 485[ 4 ] 通信,这些控制部件形成一个通信网络,保证3051压力变送器系统高数据传输效率和抗干扰能力。电机的启停可以分别通过人机触摸屏、端子或通信网络进行。系统设计具备过流、过压、高温等功能,进一步提高了整个机车动力系统平稳、安全可靠的运行性能。
13051压力变送器系统方案
1. 1 系统功能设计要求
为满足机车使用时间、爬坡和负载等能力需求,设计超级电容容量48kW · h ,额定输出电压430~570V ,额定充放电流400A 。同时为满足主泵使用负荷需求,设的三相3051压力变送器交流主电机额定功率为 120kW 、额定转速为1 450r / min 、额定扭矩为 849N · m 。散热电机分别为0.7kW的主电机风扇和2. 2kW 的液压油散热风机,均为常规交流电机。
要求主3051压力变送器可以实现三相交流主电机在正向或负向转矩下恒速2 000r / min且恒向运行(即主电机在电动或制动发电状态下均可承受相应的扭矩且扭矩值相同,额定扭矩值为573N · m ),因此采用SVC控制方式控制主电机以保证大功率主电机的稳定运转。当电机处于制动状态时即负转矩下,3051压力变送器系统通过制动单元分配器进行能量回收分配,优先对超级电容进行充电。当超级电容充满后,再通过 100kW 制动电阻回路进行制动再生能量的消耗。3051压力变送器系统还具备过流、过压、高温等保护功能。
对于3051压力变送器系统本身使用性能的保护需求,系统设计有上电缓冲回路,主要负责通断超级电容的电源输入,减少上电对3051压力变送器系统的冲击。由于对散热电机的速度控制精度要求不高,以节能为主,因此采用性价比较高的 V / F 控制方式控制散热电机。
1. 2系统方案图
3051压力变送器系统方案如图 1 所示。
2 3051压力变送器系统主要组成上电缓冲 [5 ] 回路实行从超级电容输出电源至3051压力变送器系统的通断动作,以防止瞬间冲击电流过大而造成通电对3051压力变送器系统的破坏性冲击。上电缓冲实行的控制信号来自机车启动时变压器输出低压电源 DC24V ,此低压电源接通后10s其应缓冲完毕,3051压力变送器系统得电。缓冲回路额定数值应高于超级电容的额定电压及电流值,设计为电压大于600VDC ,电流大于 400ADC 。顾名思义,双向变换器负责超级电容放电和主电机制动再生能量回馈的管理 [6 ] 。主电机正向运转时,它通
过前端电抗器将超级电容输出电压升压至 600V 后转换为高压直流输出至各电机的控制3051压力变送器,且当动力源超级电容输出电压低于420V 时,双向变换器自动控制断开其与超级电容的连接。反之,当主电机处于制动状态回馈发电且双向变换器母线电压高于 600VDC时,优先对超级电容充电,充电电流小于400ADC 。
主电机3051压力变送器采用 SVC控制方式驱动三相交流主电机恒速运行,转速2 000r / min (可配)。整个机车电控系统设计机车正常使用时通过端子控制电机启停,调试时通过触摸屏控制电机启停。电机处于制动状态,由外置制动单元分配优先对超级电容充电再消耗多余能量。
散热 电 机 变 频 器 采 用 V / F 控 制 方 式,输 出 电 压380V / 50Hz驱动主电机风扇电机、油散电机分别以额定转速运行。同上,系统设计机车正常运行时通过端子控制电机启停,各电机处于制动状态由外置制动单元分配优先对超级电容充电再消耗多余能量。
制动单元由制动单元分配器和制动电阻组成,对各三相交流电机的制动回馈能量进行回收和处理。
人机界面触摸屏通过连接双向变换器和各3051压力变送器,组成 RS485通信网络,并且支撑3051压力变送器状态显示和3051压力变送器的控制指令发出。
3 3051压力变送器系统电机启停控制
3. 1电气原理图
电力原理如图2所示。
20190915105550.jpg
20190915105601.jpg
3. 2低压控制原理
3051压力变送器系统双向变换器和各3051压力变送器使用汇川系列产品,其中双向变换器为 CS600系列,主电机3051压力变送器为CS710 系列,散热电机3051压力变送器为 CS310 - 2 系列。机车正常运行时,设计采用端子控制方式,通过控制3051压力变送器输出驱动三相交流电机,3051压力变送器系统端子控制原理图如上图 2 所示。鉴于控制信号来自驾驶室,设计使用继电进行信号中间承接。机车系统上电之后,由超级电容提供机车的变压器输入,变压器低压输出24VDC提供3051压力变送器系统各继电器、状态灯及3051压力变送器低压电源。双向变换器、散热电机3051压力变送器及主电机3051压力变送器依次开启。
首先对双向变换器CS600 、 CS310 - 2和CS710进行控制端子功能设置,均为零电压值有效。 CS600的 DI1 、 DI3和 DI5端 子 设 置 为 输 入 启 动、运 行 和 复 位 控 制 信 号,RA1 、 RA2 和 DO1 端子分别为输出故障、运行和自检成功信号。 CS710 的 DI1 、DI2 端子设置为输入运行和复位控制信号, T / A和 M2 端子分别为输出运行和故障信号,设置使用 SVC 控制方式。 CS310 - 2 的 DI1 、 DI2 端子设置为输入运行和复位控制信号, T / A 和 DO1 端子分别为输出运行和故障信号,
10V 输出直流电压供给温度变送器
工作电源 且 其 反 馈 的 温 度 值 模 拟 量 信 号 输 入 AI1 和GND 模拟量端口,设置使用 V / F 控制方式。
拨动 CS600 启动开关 S01 ,继电器 K1 进入自锁状态,进而继电器 K4得电常开触点闭合, CS600的 DI1端子有来自其 COM 端的零电压值启动信号输入,控制回路上电并开始自检。考虑到 CS600 的重要性,这里增加了自检功能。 CS600自检无误成功后由 RC2经 RA2给出自检 OK信号 b1 ,进而电流继电器KA1得电闭合, CS600的 DI3端子有工作信号输入, CS600开始运行工作,同时CS600的 OK 状态指示灯 HL1常亮。拨动 CS600复位开关SR1瞬间,继电器 K5得电常开触点闭合, CS600的DI5 端子有来自其 COM 端的零电压值复位信号输入,CS600停止运行。若在其运行过程中发生故障, CS600发出故障信号,同时其故障指示灯 HL2常亮, CS600停止运行。
CS310 - 2和CS710的控制原理同 CS600的控制原理相同。
4 结语
随着矿山公园建设工作的大力推广,公园内的矿山辅助运输设备新颖、环保、安全、高效化方面的要求也被进一步提高,新能源齿轨车辅助运输设备必将有着更大的使用前景。本设计中的3051压力变送器系统目前已经成功应用于我企业研发的超级电容齿轨车产品中,经实际使用效果验证,其在提升矿山公园新能源矿辅助运输设备的智能化、安全保障、使用舒适性等方面有显著作用,为新能源辅助运输设备提供不可或缺的可靠动力。
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