siemens直流装置在压力机改造上的应用-大鱼号登录入口

一 引言　
　　　　德国压力机型号pe4-hh-500ss和型号pe4-hh-800ss,其主电机调速装置是前东德六十年代产品,结构为分布式,各控制单元为插接板式,装置线路板全部是分立件,故障频发,备件缺乏。因此,对其进行技术改造,采用 西门子直流调速装置。现将西门子直流调速装置的特点、使用及应用中的一些问题分诉开来。
　　
　　二 西门子直流调速装置的设计特点
　　
　　1 西门子应用较广的直流调速装置是6ra70系列与6ra24系列。
　　2 流调装置6ra70与6ra24的区别
　　（1）6ra24单机额定电流最大1200安培，6ra70单机额定电流最大2000安培。
　　（2） 6ra24单机励磁电流最大30安培，6ra70单机励磁电流最大40安培，
　　（3）6ra24基本装置具有8个开关量输入口， 8个开关量输出口，4个模拟量入口， 4个模拟量输出口。6ra70基本装置具有4个开关量输入口， 4个开关量输出口， 2个模拟量输入口，2个模拟量输出口。但6ra70装置可选择cud2、eb1、eb2端子扩展板。
　　（4）一般来讲，6ra70基本装置即不加cud2，s00等件）比6ra24基本装置价低。
　　（5） 6ra70装置的通讯板、工业板及端子扩展板与6se70系列可以通用。
　　（6） 6ra70基本装置可选用op1s舒适型操作面板，可存贮多套参数。
　　
　　3西门子6ra70系列与6ra24系列直流调速装置是全数字直流调速产品
　　
　　4应用-6ra70 simoreg dc master系列整流器为全数字紧凑型整流器，输入为三相电源，可为变速直流驱动提供电枢和励磁供电，额定电枢电流从15a至2000a。紧凑型整流器可以并联连接，提供高至10000a的电流，励磁电路可以提供最大40a的电流（此电流取决于电枢额定电流）。
　　
　　5 设计
　　　　我们选用6ra7081型装置整流器以其紧凑和节省空间的结构为特色，由于独立的部件容易拿在手中，其紧凑式设计使它们特别容易保养与维护，电子板箱包含基本电子电路和任何附加板。
　　所有simoreg dc master装置均配备一个安装在整流器门上的简易操作面板pmu，面板由一个5位，7段显示，作为状态显示led和三个参数化键组成。pmu也具有根据rs232或rs485标准同uss接口的连接器x300。
　　　　操作面板提供了为了启动整流器所需进行的调整和设定及测量值显示的所有手段。
　　　　op1s整流器选件操作面板既可以安装在整流器上，又可外部安装，例如在柜门上。因此，它可以通过一根5米长电缆连接。如果有一个独立的5v电源可以使用，则电缆可长至200米。op1s通过x300连接到simoreg。po1s可以作为一个经济的测量仪器安装在控制柜，用来显示一定数量的物理测量值。
　　　　op1s提供一个4×16字符的lcd以简单文字显示参数名称，可以选择德语，英语，法语，西班牙语和意大利语作为显示语种。为了容易的下载参数到其它装置，op1s可以存储参数设定值。
　　　　通过基本单元上的串行接口，应用适当的软件，标准的pc机也可以对整流器进行参数化。这个pc接口可用在启动过程中，停机维护和运行诊断过程之中。单象限工作的整流器，电枢由三相全控桥b6c供电，四象限工作的整流器通过两个三相全控桥（b6）a（b6）c无环流直接反并联。
　　
　　励磁供电采用2脉冲单相半控桥方案。
　　　　电枢和励磁的供电频率可以不相同（45-65hz），电枢回路的供电相序不要求。
　　　　对于额定直流电流为15-850a的整流器，电枢和励磁的功率单元为独立晶闸管模块结构，散热器是绝缘的。
　　　　机箱和电源连接处的端子盖为在附近工作的操作人员提供以外触电保护，所有的接线均位于正面。
　　　　功率单元的冷却系统通过温度传感器来监控。
　　
　　三 西门子直流调速装置推荐的连接框图
　　见附图1
　　
　　四 西门子直流调速装置6ra70系列综述
　　（一） 简易操作控制面板（pmu）
　　　　简易操作控制面板安装在整流器门上，它由5位7段显示板和三个参数键组成。
　　　　所有为启动整流器所要采用的调整,设置均可通过简易操作控制面板来实现。
　　
　　p键
　　　　-在变址参数方式下时，完成参数号（参数方式），参数值（数值方式）和变址号（变 址方式）之间的转换。
　　　　-应答现有故障信息。
　　　　-p键和上升键将故障和报警信息切换到背景。
　　　　p键和下升键将故障和报警信息从背景切换到pmu前景显示板上。
　　
　　上升键 
　　　　 - 在参数方式时，选择一个更高的参数号，当已显示最高的参数号时，再次按下此键， 将返回到参数区域的另一端。
　　　　- 在数值方式，增加所有设备参数的数值。 
　　　　- 在变址方式，增加变址值。
　　　　- 与下降键同时作用，可加速一个调整过程。
　　
　　下降键
　　　　- 在参数方式时，选择一个较低的参数，当已显示最低的参数号时，再次按下此键，将返回参数区域的另一端。
　　　　- 在数值方式，减小所设置参数的数值。
　　　　- 在变址方式，减小变址值。
　　　　-与上升键同时作用，可加速一个调整过程。
　　
　　led 显示
　　　　run 绿色 led
　　　　led 亮表示 “转矩方向激活”状态（mi，mii，mo）。
　　　　ready 黄色 led
　　　　led 亮表示“准备好”状态。
　　
　　fault 
　　　　红色 led
　　　　led 亮显示出现故障， led闪烁出现报警。
　　
　　（二）参数表分类（仅列出主要的类型）
　　　　1一般只读参数
　　　　一般用r xxx表示时不可修改。
　　　　范围 r001-r049
　　　　举例 如 ：r019 电枢电流实际值显示。
　　　　r002 端子103、104测速机反馈。
　　　　 r038 实际电枢电压值显示。
　　
　　 2访问权等级 
　　　　范围p051-r065 
　　　　举例　p051=21 恢复工厂设置 。 
　　　　　　　p051=40 授权访问权。
　　　　　　　p051=25 对于预控制和电流调节器的优化。
　　　　　　　p051=26 速度调节器优化。
　　
　　　　3功率部件的定义
　　　　　　范围p067- p079
　　举例 p076 整流器额定直流电流减少。
　　 可设置以下得值：10%、20%、33.3%
　　 40%、70%、100%
　　 用于整流器额定直流与负载的匹配。
　　 
　　 4 整流器控制的设定值
　　 范围p080- p096
　　 举例 p083 速度实际值的选择。
　　0 速度实际值尚未选择
　　1 速度实际值由主实际值通道提供。
　　2 速度实际值来自脉冲编码器 。 
　　3 速度实际值由实际emf通道提供。
　　 冲压车间a,b线装置 p083 =1
　　
　　 5电动机的定义
　　 范围p100- p119
　　 举例 p100额定电动机电枢电流(根据铭牌)。
　　 p101额定电动机电枢电压(根据铭牌)。
　　 p102额定电动机励磁电流(根据铭牌)。
　　 p108额定电动机最大运行速度(根据铭牌)。
　　
　　 6电枢电流闭环控制、自动换相部分、电枢触发部分
　　 以及调节器部分等
　　 范围p150- p485
　　 举例 p303 10s 斜坡上升时间
　　 p304 10s斜坡下升时间
　　
　　 p180 150% 正转矩限幅 
　　 p181 150% 正转矩限幅 
　　
　　
　　
　　（三）故障和报警(fxxx表示)
　　1 当出现一个故障报警信息时，将在简易操作控制面 板（pmu）显示触发。
　　2 在故障原因消除后,必须按下pmu上的p键来消除故障信息。
　　3 当出现一个故障信息,系统做出如下响应:
　　- 电枢回路电流减少。
　　- 触发脉冲被封锁。
　　- 操作面板（pmu）显示故障信息。 
　　- 修改下列参数
　　
　　 r047 (故障诊断存贮器)
　　 r049 (故障时间)
　　 r947 (故障存贮器)
　　 r949(故障值)
　　 r952(故障数量)
　　　　如果在电子板电源断开前故障没有应答,则故障信息f040在电源恢复后又显示。
　　
　　4 报警信息(axxx表示)
　　　　报警信息不能被复位,当报警原因消除后,它们自动消失。
　　
　　5故障和报警举例
　　　　f004 电枢电源中的相电压故障
　　　　可能的原因:
　　- 参数p353设置不正确。
　　- 电枢相电压故障。
　　- 运行中进线接触器断开。
　　- 在电枢回路中的交流侧的熔断器已断。
　　- 功率部件的熔断器已断。
　　- 晶闸管触发脉冲电缆断路。
　　 
　　a031 速度调节器监控
　　可能的原因:
　　- 控制环开环。
　　- 调节器没有优化。
　　- p590和p591 没有正确参数化。
　　 
　　五、西门子6ra7081直流调速装置的应用——德国压力机主电机直流调速系统改造
　　
　　　　采用西门子6ra7081直流调速装置，改造部分电气原理图见附图2
　　　　端子1l1、1l2、1l3为电网电源引入，km1为主接触器。
　　　　为了限制电源系统中的换相电压降，加装进线电抗器l1。
　　　　电枢短路保护采用快速熔断器fu3。
　　1u1、1v1、1w1为直流调速装置电枢可控整流电路三相交流电源引入端。
　　3u1、3w1为电机励磁可控整流电路交流电源引入 端。
　　直流调速装置3c、3d端子输出至电机励磁绕组。
　　直流调速装置1c、1d端子输出至电机电枢绕组。
　　直流调速装置1、4端子为给定电压输入端。
　　直流调速装置5u1、5w1端子是电子板供电电源输入端。
　　直流调速装置103、104端子是测速机反馈电压输入端。
　　直流调速装置输出开关量的46、47端子控制继电器ka1，作为检测主电机故障报警。
　　直流调速装置输出开关量的48、54端子控制继电器ka2，作为检测主电机零速。
　　 
　　六 用西门子6ra7081直流调速装置电气 改造后，出现的问题及处理
　　　　电气改造后，德国压力机投入运行，频频发生电枢回路快速熔断器熔断，有时甚至烧坏晶闸管模块。检查直流调速装置以外线路未发现异常。说明问题出在直流调速装置控制方面。
　　由于我公司所处地区电网电压波动较大，电压谐波较杂。
　　　　我们从emc方面着手，emc代表电磁兼容性，并且定义一件设备在电磁环境 中不产生令其它电气设备不可接受的电磁干扰的情况下，令人满意的工作能力。因此，电气设备不应相互干扰。
　　
　　　　emc安装规则
　　规则1
　　　　所有的 柜体金属部件，彼此之间必须利用最大可能的表面电气连接（无漆 层）。如需要的话，使用爪垫。柜门与柜体间应用接地金属线连接（上，中，下），连接链尽可能短些。
　　
　　规则2
　　　　在柜体内或相邻柜内（如需要的话）的接触器、继电器、阀、电磁计数器等等应配有抑制单元。例如rc元件，压敏电阻，二极管等。这些元件应直接与线圈连接。
　　
　　规则3
　　　　如可能的话，进入柜内的信号电缆1）应为同一电压等级。
　　
　　规则4
　　　　为防止耦合干扰，属于同一电路的非屏蔽电缆（输入与输出导体）应绞接，或者两导体间表面应尽可能低些。
　　
　　规则5
　　　　将备用导线的两端与柜体连接接地，这可以起到附加的屏蔽作用。
　　
　　规则6
　　　　减少电缆/导体的无用长度，这可降低耦合电容和电感。
　　
　　规则7
　　　　电缆布线接近接地件时相互干扰较小。因此不应随意布线，而应尽可能靠近柜壳和安装板，对备用导线也应如此。
　　
　　规则8
　　　　功率电缆与信号电缆应分开布线（以避免耦合干扰）其间应保持最少20cm的间距。电机电缆与编码器电缆在空间上无法分开，因此编码器带年蓝应使用金属隔离物或置于金属管道内。在其走线长度内，金属隔离物或管道应多次接地。
　　
　　规则9
　　　　数字信号电缆的屏蔽层必须用尽可能大的表面双端接地（信号源与信号接收侧）。如果屏蔽层间的电势差较大，为了减少屏蔽电流，应使用截面不小于10mm2的与屏蔽平行的接地电缆。屏蔽层可在柜体上多点连接（接地），即使在柜体外，屏蔽层也可以多点接地。
　　如可能应避免使用箔屏蔽层，这种屏蔽层不如金属网屏蔽层，效果至少相差5%。
　　
　　规则10
　　　　如果电势平衡良好（即使用了最大可用表面）模拟信号电缆可以双端接地。如果所有的金属部件连接良好，并且所有相关的电气元件使用同一电源，即可认为电势平衡良好。
　　　　屏蔽单端接地可防止由耦合引起的低频容性干扰（例如50hz）。屏蔽接地应在柜内，因此屏蔽接地可用导线完成。
　　
　　规则11
　　　　将无线电干扰滤波器安装在干扰源近处，滤波器必须用最大可用表面安装在柜体或安装板上。输入输出电缆必须空间上隔离。
　　
　　规则12
　　　　无线电干扰滤波器必须用与维持a1限定值。其它负载必须安装在滤波器前边（电源侧）。尽管安装了一台附加的进线电抗器，其布线仍同控制方式及开关柜有关。
　　
　　规则13
　　　　对于励磁供电电路，应加电抗器。
　　
　　规则14
　　　　传动装置电枢电路，应加电抗器。
　　规则15
　　　　对于simoreg传动装置，电机电缆可以不加屏蔽。电源电缆必须与电机电缆（磁场，电枢）之间保持至少20cm距离。
　　如果需要的话，使用金属隔离物。
　　
　　　　我们对直流调速电气柜严格按emc规则检查，特别是把电子板的供电电源a、c与功率部分电源1l1、1l2、1l3分开。
　　　　原来电子板的供电电源a、c直接在直流调速电气柜内，从功率部分电源1l1、1l2、1l3引入。根据“功率电缆与信号电缆应分开布线（以避免耦合干扰）其间应保持最少20cm的距离”的规则，从车间低压配电室重新敷设一路三相四线制380伏电源专直流调速电气柜直流调速装置电子板的供电电源（这里仅用a相和c相）。
　　　　经过这一番整改后，德国压力机主电机直流调速系统重新投入运行，到目前为止已经连续运行几个月，无故障发生。
　　　　从以上实际工作中总结出在西门子全数字直流调速产品应用中，再满足工程技术指标的同时，不要忘记“emc规则”，避免因违反“emc规则”而使直流调速系统出现一些复杂故障。
　　
　　七 功率单元 晶闸管模块
　　1 晶闸管电器符号: 
　　

　　　　西门子全数字直流调速装置功率单元中每两个晶闸管是封装在一起的模块，下图分别是它的外型示意和模块内部连接图：
　　　　

　　2 判断晶闸管的好坏? 
　　- 用万用表测试晶闸管各级间的阻值时其旋钮应放在同一挡测量为准。
　　- 用万用表测试晶闸管门极与阴极正反向电阻,旋钮放在 rx10挡,一般正反向电 阻很接近,约为几百欧姆,只要正向电阻比反向电阻值小一些就算正常。
　　- 测量阳极a对阴极k的正反向电阻,都应很大 。 
　　- 用万用表测试晶闸管门极与阴极正反向电阻时不要用rx10k挡以防损坏门 极。
　　 
　　
　　八 德国压力机主电机直流调速系统典型故障分析——
　　　　如何区分德国压力机主电机无法启动或偷停故障是装置系 统问题还是外部原因造成的？
　　
　　故障分析：
　　　　首先应明确“直流装置系统”的概念，因主电机直流调速系统是 一个闭环控制系统，正如前面所示的直流调速系统方框图，所以装置系统的概念不仅仅指西门子直流装置本身，还包括直流电动机、测速机、保护元件等参与闭环控制的元器件。
　　
　　(1) 首先监视西门子直流装置操作面板的显示,然后根据显示的fxxx提示对照手册（参考故障和报警部分），进行分析排出故障。
　　(2) 如果无法确定故障部位,可用笔记本电脑或手持编程器监视plc程序3k8点(主电机启动继电器)。
　　(3) 这段plc程序一般经常出问题的故障点是:
　　
　　外部 
　　　　23q1 设备润滑泵。
　　　　3b1 主电机超速离心开关。
　　　　3k4 (3s1、3s2) 飞轮制动器打开检测限位。
　　　　3q5 飞轮制动器打开控制阀。
　　
　　　　这些外部易发故障点检查比较方便块捷，而且也是压力机主电机无法启动和偷停故障多发点,这也是维修经验所证明的.如果故障点是其中之一, 很快就能找到故障部位进行排除。
　　
　　(4) 如果监视plc程序时,发现3a4k1(直流装置系统故障继电器)先断电而造成3k8点失电,使主电机无法启动或,偷停, 应检查“直流装置系统”,结合装置操作面板的提示, 针对性地检查空气开关、熔断器（对于主电机无法启动），检查直流电动机、测速机、保护元件等参与闭环控制的元器件.这些如果没有问题,可检查西门子直流装置本身,如晶闸管 、电子板、以及触发板晶闸管触发信号的接插件等。
　　
　　(5) 确定西门子直流装置本身有问题时,不要轻易拆卸线路板,可与有关部门及时联系。
　　
　　(6) 此外造成故障的其它原因还有很多,如接线端子松动等,
　　但与以上故障多发点相比不是应最先考虑的。
　　有关原理图见附图。
　　

　　参考书目
　　 simoreg dc master –6ra70系列使用手册