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洛陽(yáng)合能電氣有限公司

LUOYANG HENENG ELECTRIC CO.,LTD

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電動(dòng)壓路機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)

電動(dòng)壓路機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)

以質(zhì)量求生存,以信譽(yù)求發(fā)展,以服務(wù)贏市場(chǎng)

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所屬分類(lèi):分布式電驅(qū)動(dòng)礦用車(chē)

電動(dòng)壓路機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)采用交-直-交傳動(dòng)方式,以柴油發(fā)動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī),由主發(fā)電機(jī)將發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。牽引變流柜將主發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓和頻率固定的三相交流電轉(zhuǎn)化為直流電,并由牽引逆變器將直流電轉(zhuǎn)化為電壓和頻率可控的交流電來(lái)驅(qū)動(dòng)輪轂牽引電機(jī),輪轂牽引電機(jī)帶動(dòng)車(chē)輪實(shí)現(xiàn)推進(jìn)功能。

發(fā)布日期:2022-06-28 17:13:41

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  電動(dòng)壓路機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)采用交-直-交傳動(dòng)方式,以柴油發(fā)動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī),由主發(fā)電機(jī)將發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。牽引變流柜將主發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓和頻率固定的三相交流電轉(zhuǎn)化為直流電,并由牽引逆變器將直流電轉(zhuǎn)化為電壓和頻率可控的交流電來(lái)驅(qū)動(dòng)輪轂牽引電機(jī),輪轂牽引電機(jī)帶動(dòng)車(chē)輪實(shí)現(xiàn)推進(jìn)功能。當(dāng)牽引變流柜工作在制動(dòng)狀態(tài)時(shí),制動(dòng)能量可通過(guò)牽引逆變器的制動(dòng)控制,將其回饋到直流母線(xiàn)上給電池充電,如果不配置電池則通過(guò)斬波控制將制動(dòng)能量消耗在制動(dòng)電阻柵上,實(shí)現(xiàn)無(wú)摩擦制動(dòng)方式。采用PLC邏輯控制,可實(shí)現(xiàn)壓路機(jī)牽引、制動(dòng)的無(wú)調(diào)速和定速巡航功能。

     輪胎壓路機(jī)的電傳動(dòng)系統(tǒng)由電力推進(jìn)系統(tǒng)、24V電氣系統(tǒng)(硬件)、以及電控系統(tǒng)(軟件)組成。電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要功能是能量傳遞,將柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能驅(qū)動(dòng)輪轂驅(qū)動(dòng)電機(jī),輪轂牽引電機(jī)把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能驅(qū)動(dòng)車(chē)輪實(shí)現(xiàn)行走。電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括永磁同步發(fā)電機(jī)、牽引變流柜、外轉(zhuǎn)子輪轂牽引電機(jī)、制動(dòng)電阻柵等,系統(tǒng)的額定電壓采用480VAC,原理圖如圖1所示

電控系統(tǒng)原理圖

  圖1 電力推進(jìn)系統(tǒng)原理圖

  主發(fā)電機(jī)為永磁同步發(fā)電機(jī),其技術(shù)參數(shù)可根據(jù)用戶(hù)要求定制:

  額定功率:     100- 300kW

  額定轉(zhuǎn)速:      2200r/min

  額定電壓:      480VAC

  額定頻率:      300Hz

  數(shù):             12

  冷卻方式:      水冷(≤145℃)

  緣等:      F

  防護(hù)等:      IP54

  工作制式:      S1

  牽引變流裝置主要由發(fā)電機(jī)控制器、斬波器、牽引逆變器、吸收電容以及保護(hù)電路等組成,模塊化設(shè)計(jì),集整流、斬波、變頻變流功能為體,采用一體化鑄鋁外殼,如圖2所示。

  發(fā)電機(jī)控制器采用三相IGBT電路,將主發(fā)電機(jī)輸出的三相交流電轉(zhuǎn)化為電壓電流可調(diào)的直流電,輸送到斬波器和牽引逆變器。

  牽引逆變器為電傳動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)核心所在,包括ICU(逆變控制單元)、FC(濾波電容器)、傳感器、逆變器功率模塊。牽引逆變器將直流電轉(zhuǎn)化為電壓和頻率可控的三相交流電,按控制所期望的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)輸出的電壓和電流波形,完成主電路和牽引電機(jī)之間的能量傳輸,實(shí)現(xiàn)壓路機(jī)推進(jìn)和電制動(dòng)的連續(xù)控制。壓路機(jī)在電制動(dòng)時(shí),牽引逆變器通過(guò)控制,使?fàn)恳姍C(jī)工作在發(fā)電機(jī)模式,將制動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為電能并回饋到直流母線(xiàn)上。

  斬波器由IGBT和功率二管橋式電路組成,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定母線(xiàn)電壓,消耗制動(dòng)能量的控制功能。系統(tǒng)對(duì)直流母線(xiàn)電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè),如果母線(xiàn)電壓高于660VDC的設(shè)定值,斬波器投入工作,將制動(dòng)能量輸送到電阻柵,并由電阻柵把制動(dòng)能量消耗盡。

  吸收電容用以消除由于母排的雜散電感引起的尖峰電壓,保證直流電壓的品質(zhì)。保護(hù)電路主要有直流母線(xiàn)正負(fù)對(duì)地漏電檢測(cè)保護(hù)電路、緊急放電電路、直流母線(xiàn)帶電指示電路。

牽引變流柜三維圖

  圖2 牽引變流裝置三維圖

  牽引變流裝置技術(shù)參數(shù)如下:

  輸入電壓:      480VAC

  額定功率:      100-300kW

  斬波電壓:      660VDC

  斬波功率:      100-300kW

  輸出電壓:      0~480VAC

  工作頻率:      1~300Hz

  冷卻方式:      水冷(≤80℃)

  防護(hù)等:      IP65

  電阻柵將斬波器傳送過(guò)來(lái)的制動(dòng)能量以電阻發(fā)熱的形式消耗掉。電阻選用耐高溫材料Cr20Ni35。電阻柵外形尺寸及溫度曲線(xiàn)如圖3所示。

電阻柵外形尺寸及溫度曲線(xiàn)

電阻柵外形尺寸及溫度曲線(xiàn)

  圖3 電驅(qū)系統(tǒng)電阻柵尺寸及溫升曲線(xiàn)

  電阻柵技術(shù)參數(shù)如下:

  斬波電壓:                660VDC

  額定功率:                20-200kW(詳見(jiàn)制動(dòng)功率計(jì)算)

  阻值(20℃):         8.7Ω±5%

  緣電阻:                ≤10MΩ

  工頻耐壓:                2500VAC 1min不擊穿

  電阻溫度:         不允許超過(guò)500℃

 牽引電機(jī)采用11臺(tái)外轉(zhuǎn)子輪轂電機(jī),單臺(tái)技術(shù)參數(shù)如下:

  額定功率:      10-28kW

  額定電壓:      480VAC

  額定轉(zhuǎn)速:      200r/min

  峰值轉(zhuǎn)速:      900r/min

  過(guò)載能力:      2.5倍

  冷卻方式:      水冷(≤145℃)

  防護(hù)等:      IP54

  工作制式:      S1

  24V電氣系主要由PLC(可編程控制器)、操縱桿(集成調(diào)速和換檔功能)、HMI(人機(jī)界面,可編程觸摸屏顯示器)、故障復(fù)位開(kāi)關(guān)、以及信號(hào)采集傳感器等硬件組成,原理圖如圖4所示。

       可編程控制器PLC采用基于CoDeSys編程平臺(tái)的工程車(chē)輛用移動(dòng)控制器C310。C310是款基于CoDeSysV2.3軟件平臺(tái)開(kāi)發(fā)的可現(xiàn)場(chǎng)編程控制器,在惡劣環(huán)境如高振動(dòng)、寬溫度變化和潮濕等條件下仍能正常工作,具有高可靠性和安性。

  主要點(diǎn)如下:

  16bit,40MHZ處理器;

  2路CAN接口,1路RS232接口;

  集成功率輸出供電管理,對(duì)輸出功能起到保護(hù)作用;

  帶主板溫度檢測(cè),可對(duì)PLC的運(yùn)行提供參數(shù)及保護(hù);

  帶主板電壓檢測(cè),可實(shí)時(shí)掌握PLC的電源運(yùn)行情況;

  集成鑰匙開(kāi)關(guān)和保持開(kāi)關(guān),可對(duì)PLC的上電、斷電進(jìn)行軟件控制;

  帶輸出故障檢測(cè),可在任意時(shí)刻監(jiān)測(cè)PLC的輸出管腳是否正常;

  可讀取用戶(hù)編碼,對(duì)用戶(hù)的程序及參數(shù)提供保護(hù);

  具有上電冷態(tài)檢測(cè)功能,可檢測(cè)PLC每個(gè)輸出管腳是否開(kāi)路或短路(大于8A,帶FB功能管腳除外);

  高防護(hù)等IP67;連接器鍍金接觸、密封良好;

  個(gè)8針AMP接插件和三個(gè)23針AMP接插件。

電力推進(jìn)系統(tǒng)原理

  圖4 電控系統(tǒng)原理圖

PLC


  圖5 PLC

   調(diào)速-檔位操縱桿選用SEK系列,適用于礦山機(jī)械、船用機(jī)械、工程機(jī)械,如圖6所示。操縱桿具有以下點(diǎn):

  操縱桿集成調(diào)速信號(hào)和換檔信號(hào),減少操作復(fù)雜性,節(jié)省安裝空間;

  操縱桿金屬結(jié)構(gòu)安可靠,系統(tǒng)按IP65 等設(shè)計(jì),防塵防水方面表現(xiàn)突出;

  操縱桿配備模塊化電路輸出,性?xún)r(jià)比高;

  操縱桿人性化設(shè)計(jì),手柄握持感強(qiáng),操作方便;

  操縱桿帶中心零位鎖定,防止誤操作;

  操縱桿采用摩擦定位,手動(dòng)復(fù)位,便于實(shí)現(xiàn)定速巡航控制。

集調(diào)速和換檔功能為體的操縱桿

  圖6 集調(diào)速和換檔功能為體的操縱桿

HMI

 圖7 HMI

  人機(jī)界面HMI選用上海鴻昶7寸CAN總線(xiàn)可編程觸摸屏,CAN總線(xiàn)口支持CAN2.0標(biāo)準(zhǔn)的所有CAN通訊協(xié)議,包括主流的CANopen和J1939協(xié)議,在工程機(jī)械、種車(chē)輛等域大量的應(yīng)用。HMI主要技術(shù)參數(shù)如下:

  操作系統(tǒng):      WINCE組態(tài)軟件

  顯示尺寸:      7 寸真彩TFT(152.0W×91.0Hcm)

  分辨率:          800×480

  通訊口:      COM1:RS232/RS422/RS485/CAN,COM2:RS232C/RS485

  工作溫度:      -10~60℃

  工作濕度:      10~90%RH(無(wú)冷凝)

  防震度:          10 ~25 Hz(X、Y、Z 方向2G/30min)

  防護(hù)等:      IP65(面板)

  電控系統(tǒng)通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)電傳動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集處理、控制算法邏輯分析、控制信號(hào)輸出、總線(xiàn)數(shù)據(jù)通信等功能。軟件由PLC主控制程序和顯示器程序兩部分組成,實(shí)現(xiàn)壓路機(jī)的推進(jìn)和電制動(dòng)轉(zhuǎn)矩控制、定速巡航、以及車(chē)輛狀態(tài)顯示/報(bào)警等人機(jī)交互功能。

  主控制程序裝載于PLC中,按功能模塊編程,主要模塊包括:輸入口數(shù)據(jù)采集處理模塊、推進(jìn)控制功能模塊、信息分析處理模塊、故障診斷模塊、顯示器數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)通信模塊、信號(hào)輸出口控制模塊。

  主控制程序的功能為,裝載控制軟件程序,實(shí)時(shí)檢測(cè)輸入口的指令信號(hào),在滿(mǎn)足功能條件后,啟動(dòng)相應(yīng)功能模塊的控制程序,通過(guò)邏輯運(yùn)算輸出信號(hào)控制執(zhí)行元件工作,實(shí)現(xiàn)推進(jìn)、電制動(dòng)、狀態(tài)顯示等功能。PLC的數(shù)據(jù)顯示功能模塊接收牽引變流柜和發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,并傳輸?shù)斤@示器進(jìn)行顯示,故障信息可進(jìn)行聲光報(bào)警,以提示駕駛?cè)藛T。

  顯示器程序包括畫(huà)面制作和數(shù)據(jù)組態(tài)兩部分。顯示器畫(huà)面制作分為開(kāi)機(jī)歡迎屏、主顯示屏、狀態(tài)監(jiān)控和報(bào)警屏,畫(huà)面顯示內(nèi)容為壓路機(jī)工作狀態(tài)的數(shù)據(jù)監(jiān)控和報(bào)警,包括電傳動(dòng)系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、以及發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)工作狀態(tài),并對(duì)故障信息進(jìn)行聲光報(bào)警和提示。顯示和報(bào)警功能由PLC和HMI共同實(shí)現(xiàn),主要包括:工作狀態(tài)顯示,故障信息記錄和報(bào)警,人機(jī)交互操作。工作狀態(tài)顯示主要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、電傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。


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