ZJT矿用隔爆兼本安型变频器组合控制装置用户手册

变频调速系统

矿用隔爆兼本安型变频器组合控制装置

（此图等照片出来替换）

使用手册V1.0

西安华光信息技术有限责任公司

2008年12月

地址：西安市高新区科技路27号E阳国际11层

邮编：710075

电话：86-29-82308715

传真：86-29-82308700

一、综述

(一)概述

随着电力电子技术、微电子技术、控制技术和网络化技术的高速发展，尤其是高电压、大功率电力电子器件的开发与应用，使交流变频调速技术得以迅速发展，现已逐渐推广到矿山的输送机系统。以交流变频调速为核心技术的驱动装置因其精确灵活的控制功能、运行的稳定可靠以及显著的节能效果正逐步取代原有的“软启动”驱动系统（降压启动、液力耦合器、CST等）成为皮带输送机的主流驱动设备。

ZJT×500/660矿用隔爆兼本安型变频器组合控制装置（以下简称装置）是由西安华光信息技术有限责任公司研制生产的新一代大容量变频胶带机的控制驱动装置。装置采用国际先进ACS800水冷系列通用变频器，可对3台及以下三相交流电动机进行软起动、软停止和变频调速控制，并能对电动机及供电线路进行保护；配有660V AC、220V AC、24VDC辅助电源，供输送机附属设备、以及控制使用。作为隔爆型的带式输送机的软启动器、软停止的自动控制装置，可广泛用于含有甲烷混合气体、具有煤尘爆炸危险的煤矿井下输送机驱动控制。

(二)功能特点

●适用于煤矿井下大巷及顺槽长距离胶带输送机驱动控制；

●精确的软启动、软停车控制性能；

●可实现多点、多驱动功率平衡控制；

●可在低于同步转速的任何速度下长期运行；

●具备与上位以及其它系统的通讯功能；

●全中文操作控制界面方便灵活；

●全中文运行状态参数、故障信息、运行趋势显示；

●高度集成、搬运方便；

(三)工作条件

本装置符合国家标准GB3836《爆炸性气体环境用电气设备》及国际标准

IEC60079的要求。可在以下条件下正常工作：

●海拔不超过2000m；当海拔超过1000m，每升高100m，降容1%使用；

●周围空气温度为（0～+40）°C ；

●周围空气相对湿度不大于95%（+25°C 时）；

●在有沼气与煤尘爆炸性混合物的矿井中；

●无破坏绝缘的气体或蒸汽的环境中；

●无显著摇动和冲击振动的地方；

●能防止滴水的地方；

●与水平面安装倾斜度不超过15°；

●地震裂度不超过8度。

二、产品介绍

(一)基本参数

(二) 组成结构

如上图所示，ZJT 变频装置其长方型箱体，由优质钢板焊接而成，开门结构为螺栓固定型。隔爆性能符合GB3836.1、GB3836.2、GB3836.3的有关规定，本安性能符合GB3836.4的有关规定。箱体整体坐落在一长型底架上。由主腔、接线腔和输入输出电缆连接器构成。主腔分隔为五个相通腔体，分别为：控制单元、进线单元、整流单元、逆变单元以及内水冷单元。背后设有检修门。这样的设计结构具有

ZJT-3×500-690防爆变频装置（正视图）

逆变单元

主输出进线

辅助输出

接线腔

ZJT-3×500-690防爆变频装置（背视图）

检修门

检修门

紧凑、安装简单、维修方便等优点。各部分功能原理见下述内容。

(三)功能原理

1. 控制单元

包括PLC控制系统以及辅助电机控制回路。选用AB的SLC500系列控制器，通过DeviceNet总线与传动部分和以及内水冷进行数据交换，与

外水冷的接口是通过直接I/O硬接线实现的。

a)PLC控制系统：主要由以下设备构成，其主要功能是完成系统的控制功能、

实现远程通讯及第三方通讯、提供操作界面、显示系统状态参数及故障信

息。

● 1 x AB SLC504 CPU模块

● 1 x 电源模块

● 3 x 32点开关量输入模块

● 2 x 16点开关量输出模块

● 3 x RTD输入模块

● 2 x 模拟量输入模块

● 1 x Modbus通讯模块

● 1 x DeviceNet通讯模块

● 1 x PanelView显示屏

●10 x 防爆操作按钮（安装于柜门上）

b)辅助电机控制回路：包括13个辅助电机控制回路，可控制如下设备：

●1#电机冷却风扇

●1#减速机油泵

●1#减速机风扇

●2#电机冷却风扇

●2#减速机油泵

●2#减速机风扇

●3#电机冷却风扇

●3#减速机油泵

●3#减速机风扇

●张紧绞车系统电源

●卷带电机

●外水冷泵

●外水冷却风扇

2. 进线单元

包括1000A真空断路器2台、变频充电回路；双回路进线引自不同变压器，为了获得12脉波整流，变压器两个副边绕组之间必须存在30 ℃的相位差，所以一个变压器绕组为星形接法（Yy0），另一个绕组为角形接法

（Yd11）。

3. 整流单元

安装有ACS800-507LC-2150-7整流模块、整流控制模块、风机、换热器、熔断器等；

●采用大功率整流二极管组成全波整流桥, 二组整流桥各输入相

位差30°的660V电源，实现12脉冲整流，谐波抑制符合

IEEE519的标准。

●直流采用母线设计，直流畸变率降低80%。

4. 逆变单元

安装ACS800-107LC-700-7 逆变模块、逆变控制模块、风机、换热器、熔断器等；直流母线下侧并接三组逆变单元，采用IGCT功率管作为逆变器件，并采用PMW(脉宽调制)技术以提供正弦波输出。三相逆变器的每个桥臂由2个IGCT组成: IGCT的输出电压在正直流电压、中性点(NP)和负直流电压之间切换。采用DTC技术，可以对输出的电压和频率在0~ 最大值之

间进行连续的控制。在运转过程中变频传动系统自动完成功率平衡。

5. 内水冷单元

安装内循环水泵、主换热器、内水冷控制模块、压力计、储能罐和阀门等。内水冷通过循环水泵直接对整流和逆变单元进行降温。配有温度传

感器、压力传感器随时监测循环水的温度和压力，保证设备正常运行。

附内水冷却回路图。

三、安装调试

(一)安装准备

1. 开箱验收

●去掉包装箱后，确认装置外观完好无损，无锈蚀或漆皮脱落现象。

●随同产品装箱的文件：

a) 装箱单1份

b) 产品合格证明书1份

c) 产品使用说明书2份

2. 运输储存

a)装置总重约10000kg(净重)。

b)在移动设备前，应确保装置的门盖牢固关闭。如果装置中的各部件已松动

或已脱离其在箱体中的位置，请勿移动装置。

c)电源输入、输出电缆连接器端面，应加保护盖板，以防防爆面碰伤。对裸

露的防爆面、电缆连接器、观察窗等应注意保护。

d)装置在打开包装箱后运输中应有防止雨雪侵蚀的措施。必须同时使用为安

全装卸而设置的6只起吊环。严禁使用2只起吊环进行起吊。Array

在装置使用安装前，应仔细阅读使用说明书和使用操作手册。

e)装置使用前，尤其对经贮存后再使用的应检查：

◆变频器是否完好无损；

◆各隔爆结合面有无锈蚀、损伤，紧固件是否松动；

◆连接导线有无松动；

◆送电前应注意各电器元件是否有因受潮而引起绝缘性能下降的情

况；

◆确认输入与输出的接法符合规定的要求后，方可送电。

◆冷却管路是否有泄漏

(二)系统构成

1. 控制范围

本装置主要的控制对象为井下输送机系统（如图所示），包括：

●三台主电机的变频控制

●三台电机冷却风机启停控制

●三台减速机油泵启停控制

●三台减速机冷却风扇启停控制

●外水冷却循环泵电机启停控制

●外水冷却风扇电机启停控制

●张紧绞车的监控

●卷带电机启停控制。

同时，装置提供DH+、DeviceNet、Modbus通讯接口，可与矿井控制网联网；并可和其它系统（如皮带保护系统）通讯交换数据。

系统图（需要修改更换）

2. 监测信号

为保证系统的安全控制，装置对如下信号（装置外）进行监测：

●每台主电机绕组温度、前后轴温度；

●每台减速机高、低速轴温度、油温；

●外冷却水水温及水位；

●张紧绞车系统状态信息

●皮带保护系统故障信息

3. 冷却系统

装置采用水冷方式对变频系统进行冷却，本防爆变频装置自带内水冷系统，通过ABB变频器内置循环水泵直接对整流和逆变单元进行降温；同时在变频柜体内每个腔体下部还设有风扇，以加强空气流通，方便散热。若需要，系统还可在安装时添加外水冷系统。外水冷系统由水箱、冷却水循环泵以及热交换器风扇组成，通过外冷却泵的循环将水箱中的水与内循环水进行热交换，从而给内循环水降温；外冷却风扇则用来给水箱内的外循环水降温。

（附冷却系统原理图）

(三)安装调试

1. 安装

a)确认主变压器安装接线正确，两台变压器绕组接线应分别为Yd11和Yy0

方式。

装置需要2路660V、1000A相位差30°的电源输入，才能满足所有输出。

b)变频柜一般就近安放于输送机驱动部主巷道内，最好能放置于临近的联络

巷内，但距离输送机驱动部的距离不超过50米。

c)外水冷却装置（包括冷却泵、水箱和热交换器）距离变频柜不超过10米为

宜，并至于通风良好、粉尘较少的地点。

d)按照设计图纸完成动力及控制接线。

e)打开装置柜门将所有相关的断路器打到ON位置；PLC/CPU钥匙打到中间

位置；变频器断路器开关（K1~K13、Q0~Q8）到正确位置。（详见原理图册）。漏电、接地保护投入。关闭所有柜门，拧紧螺栓。

表－断路器开关说明

2.

送电

1) 确认两台主变压器均已送上电，并且电压正常。 2) 在确认控制变压器有电后，合

控制电源（Q100），如右图所示：此时显示屏将点亮并显示状态参数信息。

3) 按下“系统复位”按钮以启动

内循环水泵。

4) 按进线柜门上的“装置合闸”

按钮，两个主断路器（Q101、Q102）相继合闸。

装置运行时不允许开门。

变频器停止15分钟后方可开门。开门前确认按“装置分闸”按钮分断变频柜主断路器，并确认主变压器已断电。

3. 测试

1)通过显示屏，配合柜门操作按钮察看系统状态及故障信息，确认配置以及

外部控制信号正确。详细操作方式见第四章操作说明。

2)通过显示屏，配合柜门操作按钮点动各辅助电机，确认电机转向正确。详

细操作方式见第四章操作说明。

3)内水循环测试确认：

检查膨胀罐压力

(1)去掉膨胀罐(PA-102)底部的空气阀上的保护塞。

(2)关闭阀V303。

(3)将放水管接至一空桶。

(4)打开放气阀V310 将水从膨胀罐中放出。

(5)从空气阀处，用压力表测量膨胀罐的压力，控制压力到0.4 bar。重新将

保护塞装好。

(6)关闭阀V310。

(7)打开阀V303。

(8)按下面步骤给系统加冷却水。

加液步骤

(1)由于泵内预充有水-乙二醇-防腐剂（water-glycol-inhibitor）混合物，泵

的进水口和出水口的阀门是关闭的（V304和V305），直到开始给系统

充液。（不需要放掉泵内的混合物，它可以留在冷却水路内。）打开泵进

出口的阀门。

(2)如果发现堵塞，请检查相应的阀门。

(3)确认所有断流阀打开。

(4)将加液管连接至冷却柜底部的加/放液口。

(5)将放水管接至水桶。

(6)打开放气阀（V310）

(7)打开加放液阀（V301）

(8)给系统加混合冷却液。对于防腐剂和防冻液的使用，请参见ACW 6xx

Hardware Manual, code: 314149, Chapter 7 – Water Cooling.

(9)通过操作加/放油连接器，控制基础压力为1～1.5 bar。通过压力表（PI

－204）观察压力。

(10)当管路中有足够的冷却液时，冷却液会从放液管流出。观察到冷却液流

出，则关闭放气阀。注意：只有在关闭了放气阀后，压力才会上升。

(11)通电。

(12)通过面板设定参数33.01 控制方式为SERVICE CTRL。

(13)从控制面板启动循环泵1到2分钟

(14)检查泵的转向。若有方向错误，则倒相更正。

(15)从面板监测泵进口和出口压力，从压力表PI-204监测出口压力。压力

值必须大于1.5 bar（泵停止时），表明冷却液循环良好。观察泵最大压

力变化，其应该在2.5到3 bar之间。.

(16)从面板停止泵。

(17)再启动泵运行2分钟。试听其有无嗡嗡声或摸水管感觉振动，确定是否

管路中残留有空气。

(18)如果需要，放气，再加冷却液（直到达到1.5 bar的压力）。再开泵再确

认管路中是否有空气。重复以上步骤，直至空气释放干净。

4)外冷却水打水测试：水箱加水后（注意最低水位）开启外循环水泵打循环。

在打水的过程中仔细检查整个管路的泄漏情况，特别是管接头、变频装置水进出口处的位置。循环2分钟后停冷却泵，此时水箱水位会有所减少，将其加满即完成外冷却打水工作。

5)模拟测试确认与皮带保护的通讯以及张紧系统信号正常。

6)在没有连减速器输出轴联轴器的状态下，通过显示屏和按钮就地逐一起动

变频器，检查每个主电机转向。具体步骤如下：

▲按“翻页”按钮将页面翻至系统控制页面；

▲按“上行”或“下行”按钮将光标移至不需启动的两台驱动的撤销位置，按确定键将其两台驱动撤销

▲按“上行”或“下行”按钮将光标移至系统启停位置，按启动按钮。

4. 起动

1)起停车曲线

由于本变频调速系统主要用于长距离大运量的皮带机运输系统驱动，而此类长皮带系统的张力变化和运动特性在皮带机运行时，特别在加速和减

速时变化非常复杂，对系统的冲击和危害也特别严重。因此，为了改善皮

带的动态性能，我们利用变频器的调速简单且精度高的特性，使用了一种

优化的S形启动停车曲线，使得皮带机在启动和停车时，系统设备所受到

的冲击最小，从而大大延长了皮带机各个部件的使用寿命。

皮带起动后速度会先上升至约10%的额定速度。在t0到t1的区间皮带速度将稳定在10%的额定速度，这个实际上是预张紧过程。预张紧过程结

束后，皮带速度将以S曲线上升。这样的皮带起动方式将会使起动过程更

加平稳。停车过程也类似。

启动时间和停车时间均可根据实际情况设定并随时修改，特别适用于顺槽皮带的工作特点。

2)控制逻辑

(1)皮带机可从上位、就地按钮以及柜门显示屏控制启停。

(2)只要1#运行，则1#为主驱；1#不运行2#为主驱；1#、2#都不运行，3#

为主驱。主驱为速度控制，从驱为转矩控制（功率平衡）。

(3)系统随时监测相应故障，判断各系统（驱动、冷却、保护、张紧等）健

康，皮带机启动准备就绪。在皮带机起动、运行过程中任意时刻，若系

统出现故障，则皮带机停机。

(4)启动前（停车状态STATE-0）配置逆变主控制字以及启动速度斜率初始

值给定，准备启动。

(5)收到启动命令后，皮带进入启动状态（STATE-1），预警20s；预警一半

时间后，逐次启动各相应辅助电机。其中外水泵强制运行3分钟，然后

改为温度控制；外水风扇始终为温度控制。

(6)预警结束时，置相应控制字，启动变频器。当主驱转速大于3％时，进

入加速状态（STATE-2）。

(7)速度达到10％时，保持10s（缓冲时间）以便之后平稳加速。缓冲结束

后，将最终速度设定以及相应曲线斜率参数置变频器主驱。变频器自动

控制皮带加速至给定速度。

(8)当主驱转速大于90％给定速度时，皮带达到满速（STATE-3），上级皮

带可以向其加载。

(9)收到停车信号或故障信号，皮带机立即进入减速状态（STATE-4）。停

车分“正常停车”和“紧急停车”两种模式。

●正常停车：上位正常停车信号，就地正常停，显示屏就地停。皮带

机将按给定的停车曲线停车。

●紧急停车：发生故障、上位急停、就地急停。皮带机将按给定的紧

急停车曲线停车。

(10)当皮带速度低于5％时，停止所有辅助电机（待讨论）；速度低于3％时，

皮带进入停车状态（STATE-0）。

5. 注意事项

四、运行维护

(一)操作说明

为了方便在就地对设备状态进行检测，以及对一些重要参数进行给定，使就地操作更加简便易行，系统中设计了显示屏，位置在柜体控制单元的中部。在其下方还设有操作按钮来实现对显示屏的操作。

1. 操作按钮

在控制单元柜门上设计有11个操作按钮，分别说明如下（按钮见图）：

按钮位置见下图：

显示屏画面

1)第一屏：参数状态主画面（剪切实际画面）

说明：

“主画面”面显示皮带机速度及转矩的趋势图、设备主要的工作状态参数，皮带机的运行状态等。

2)第2屏－参数状态画面

说明：

此画面全面显示皮带各项状态以及趋势，包括驱动的选择、设备的运行状态以及各项详细的参数以供参考。

3)第3屏、第4屏－系统故障画面

说明：此画面显示了有关变频器及其辅助设备的所有故障信息，便于出现故障时用户及时了解正确处理。

4)第4屏－“手动控制”画面

说明：

此屏幕用于调试或维护期间对单台设备的开停控制，通过操作屏幕下方提供的按钮实现。用“光标上行”或“光标下行”按钮移动光标到相应的设备处，再按“设备启动”或“设备停止”按钮启停设备。

5)第5屏：给定设置画面：

说明：

此屏幕用于选择或禁止某台驱动运行，或者设定控制参数给定值。通过操作屏幕下方提供的按钮实现。

●驱动选择：用“光标上行”或“光标下行”按钮移动光标到相应的选项

处，再按“确认”按钮确认选择。

本系统提供了任意选择驱动控制皮带的功能，在就地显示屏或上位画面上可以任意激活一个或几个电机来驱动胶带机，激活任意电机后系

统会根据所激活电机的情况默认一个主驱，这时只需照常发出启动皮带

指令皮带便可正常运行。需要注意的是，在重新激活一组运行电机后，

有可能使主驱改变，在这种情况下会出现报警“主从驱故障”，这时只

需耐心等待5-10秒后复位，故障即可清除，系统恢复正常。

●给定值设定：光标移至相应的参数位置，按“加数”或“减数”修正当

前显示的给定值，数值到达要设定的值后，按“确认”按钮使之生效。

(二)故障处理

系统故障分为“警告”及“故障”两个级别，“警告”不停车，“故障”立即停车。

1. 故障内容

2. 常见故障处理

检修

在设备检修时应先断电、分断必要的隔离刀闸或断路器后再进行操作。如果要对变频器内部进行开盖检修时，必须将变压器断电，并且在变压器断电至少经过5分钟后，电容充分放电完毕才可开盖，开盖后严禁用手直接触摸电路板，以防静电对电路板造成损害。在检修完毕后，请仔细恢复所有分断的设备，并关好柜门以保证柜体的密封，按规程送电。

维护

在平时对变频器的使用过程中，须注意保持柜体的封闭、外界环境的清洁与通风、外水箱水量的充足，外水路阀门必须始终打开。定期（3个月至半年）对柜内卫生进行彻底打扫，清理电

器元件上以及电路板上的灰尘。

(三)维护检修

1. 贮存

●产品应贮存在没有雨雪侵入，空气流通和相对湿度不大于90%（25±

5℃），温度不高于+40℃，不低于-20℃的仓库中。

●贮存期间，防爆面应涂上保护油脂以防止生锈。

●电源输入、输出电缆连接器端面，应加保护盖板，以防防爆面碰伤。

2. 日常维护

●每班运行前，应用试验检查开关对保护功能及线路进行一次检查。

●每天检修班应对接地导线、隔爆面紧固件、电缆连接器等进行检查。

●每月应对隔爆面锈蚀情况进行一次检查，发现锈斑，须用0号砂布把锈

斑打磨掉后涂少许防锈油。

●装置在井下停用一周以上，再送电使用时，应注意电器元器件是否因受

潮而使其绝缘性能下降。

●不得任意更改装置内的接线。

●在使用和维修时，不得改变本安电路和本安电路有关的电器元件的规

格、型号和参数。

●每天检查外循环水位以及水管状况。

●系统运行时，巡查各种工况参数。

●遵循变频器的保养手册，进行变频器的保养维护。

●在平时对变频器的使用过程中，须注意保持柜体的封闭、外界环境的清

洁与通风、外水箱水量的充足，外水路阀门必须始终打开。定期（3个

月至半年）对柜内卫生进行彻底打扫，清理电器元件上以及电路板上可

能存在的灰尘。

3. 换水

定期（一般为1年）更换一次内循环水，更换时使用如图所示设备，并按照步骤进行：

1)冷却水要求：

(四)备品备件

五、图纸资料

(一)图纸

(二)ACS800说明书