CN108222113B - 一种电动液压挖掘机起动控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电动液压挖掘机起动控制系统及控制方法，涉及电动挖掘机技术领域；包括进线箱、滑环箱、起动柜、电动机Ⅰ、电动机Ⅱ、人机界面、液压系统；其中，起动柜中设有主控制单元以及与之相连的断路器、熔断器Ⅰ、熔断器Ⅱ、软起动器、接触器Ⅰ、接触器Ⅱ、接触器Ⅲ、接触器Ⅳ以及冷却空调；系统采用单台软起动器实现双电动机的软起控制，具有结构简单，高效节能，无冲击软起动，抗电网波动能力强的特点，同时具备双电机直接起动控制功能，进一步提高了系统可靠性。

Description

一种电动液压挖掘机起动控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种电动液压挖掘机起动控制系统及控制方法，属于电动挖掘机技术领域。

背景技术

近年来,采用电动机驱动液压系统的电动型液压挖掘机逐渐成为挖掘机领域中新的研究方向与热点。传统电动液压挖掘机一般采用三相异步电机直接全压起动的控制方式，存在能耗高，起动电流大，起动转矩冲击大，易造成电网电压波动，且承受电网电压波动能力弱等问题。

为解决电机起动问题，软起动装置在电机驱动领域得到广泛应用，通过微处理器对可控硅进行相角触发控制以降低加在电机上的电压，然后通过慢慢地控制加在电机上的电压和电流平滑地增加电机转矩，直到电机加速到全速运行。它不仅实现在整个起动过程中无冲击而平滑的起动电机，而且可根据电动机负载的特性来调节起动过程中的参数，如限流值、起动时间等。

但是现在软起动装置在电动型液压挖掘机中应用较少，也多应用于单电机软起动系统中，同时存在连续软起动过热问题，且尚无针对双电机连续软起动的控制系统及方法。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种电动液压挖掘机起动控制系统及控制方法，配备冷却空调使用，可实现对双动电机的短时连续软起动控制，具有高效节能，无冲击软起动，抗电网波动能力强的特点；同时系统具备双电机直接起动控制功能，人机界面功能简洁实用，并可通过GPS装置与遥控中心实现对系统的远程监控，进一步提升系统可靠性，克服了现有电动型液压挖掘机技术领域中尚无双电机软起动控制系统的缺陷。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种电动液压挖掘机起动控制系统，包括进线箱、滑环箱、起动柜、电动机Ⅰ、电动机Ⅱ、人机界面、液压系统；其中，起动柜中设有主控制单元以及与之相连的断路器、熔断器Ⅰ、熔断器Ⅱ、软起动器、接触器Ⅰ、接触器Ⅱ、接触器Ⅲ、接触器Ⅳ以及冷却空调；系统外部电源电缆经进线箱与滑环箱进线端连接，滑环箱出线端再经断路器分别与软起动器、熔断器Ⅰ与熔断器Ⅱ进线端电缆连接，熔断器Ⅰ出线端与接触器Ⅲ进线端电缆连接，熔断器Ⅱ出线端与接触器Ⅳ进线端电缆连接，软起动器出线端分别与接触器Ⅰ与接触器Ⅱ进线端电缆连接，电动机Ⅰ接线端分别与接触器Ⅰ与接触器Ⅲ出线端电缆连接，电动机Ⅱ接线端分别与接触器Ⅱ与接触器Ⅳ出线端电缆连接；人机界面、液压系统分别与主控制单元相连。

优选的是，还包括传感器组件，所述传感器组件与主控制单元相连，主控制单元通过采集传感器组件、触器与软起动器以及液压系统状态信号，并配合冷却空调使用，实现对双电机的短时连续软起动控制。

优选的是，所述传感器组件包括：

电流传感器，安装在电动机Ⅰ、电动机Ⅱ的进线端，用以检测电流；

电压传感器，安装在断路器的进线端，用以检测电压；

温度传感器，安装在软启动器处，用以检测温度；以及

转速传感器，安装在电动机Ⅰ、电动机Ⅱ中，用以检测转速。

优选的是，所述进线箱固定于挖掘机底盘尾部，进线箱内部安装有负荷开关与接地开关；所述滑环箱安装于挖掘机中心回转接头处，用于将电能由下车传输至上车，保证上车360度运转时无损伤供电；所述冷却空调安装于起动柜侧壁，冷却空调出风口侧正对软起动器散热区域。

优选的是，所述电动机Ⅰ、电动机Ⅱ为两台同型号鼠笼式三相异步电动机，并排安装于挖掘机上车转台配重前方，通过分动箱驱动液压泵旋转为液压系统提供动力。

优选的是，所述人机界面包括指示灯、监控器和键盘，实现各种人机交互功能。

优选的是，还包括GPS装置和遥控中心；主控制单元与软起动器、GPS装置、人机界面监控器均采用CAN总线连接，通过GPS装置与遥控中心无线通讯，实现对起动系统的远程遥控。

一种基于上述电动液压挖掘机起动控制系统的控制方法，该方法为：系统下达软起动指令或直接起动指令之前，首先主控制单元检测系统故障状态，当系统无故障报警，则可控制断路器闭合为起动系统上电，当检测到系统故障，则通过人机界面发出报警，故障报警排除前将禁止控制断路器闭合通电，并中止起动操作。

优选的是，系统当接收到软起动指令后，首先主控制单元控制闭合接触器Ⅰ，再通过软起动器控制电动机Ⅰ起动至目标转速，然后依次控制断开接触器Ⅰ与闭合接触器Ⅲ完成软起动过程；在软起动电动机Ⅱ之前，须判断软起动器是否有过热报警，若无过热报警，则首先主控制单元控制闭合接触器Ⅱ，再通过软起动器控制电动机Ⅱ起动至目标转速，然后依次控制断开接触器Ⅱ与闭合接触器Ⅳ完成软起动过程；若有过热报警，则通过人机界面发出过热冷却等待提示，同时启动冷却空调，当过热报警解除后，方可执行电动机Ⅱ的软起动流程。

优选的是，系统下达直接起动指令后，主控制单元控制闭合接触器Ⅲ直接起动电动机Ⅰ至目标转速，等待一分钟后，然后再控制闭合接触器Ⅳ直接起动电动机Ⅱ至目标转速，完成全压直起流程。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1、系统采用单台软起动器实现双电动机的软起控制，具有结构简单，高效节能，无冲击软起动，抗电网波动能力强的特点，同时具备双电机直接起动控制功能，进一步提高了系统可靠性。

2、系统采用冷却空调解决软起动器连续短时起动过热问题，提高了工作效率。

3、系统人机界面操功能便捷实用，对挖掘机起动系统运行状态进行实时采集与监控，并可通过GPS装置与遥控中心进行无线通讯，可及时联络用户处理报警故障。

附图说明

图1是本发明的电气连接关系示意图；

图2是本发明的电动机起动过程流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种电动液压挖掘机起动控制系统，包括进线箱1、滑环箱2、起动柜3、电动机Ⅰ4、电动机Ⅱ5、人机界面6、液压系统8、GPS装置9和遥控中心7；其中，起动柜3中设有主控制单元以及与之相连的断路器、熔断器Ⅰ、熔断器Ⅱ、软启动器、接触器Ⅰ、接触器Ⅱ、接触器Ⅲ、接触器Ⅳ以及冷却空调。

系统外部10（6）kV电源电缆经进线箱1与滑环箱2进线端连接，滑环箱2出线端再经断路器分别与软起动器、熔断器Ⅰ与熔断器Ⅱ进线端电缆连接，熔断器Ⅰ出线端与接触器Ⅲ进线端电缆连接，熔断器Ⅱ出线端与接触器Ⅳ进线端电缆连接，软起动器出线端分别与接触器Ⅰ与接触器Ⅱ进线端电缆连接，电动机Ⅰ接线端分别与接触器Ⅰ与接触器Ⅲ出线端电缆连接，电动机Ⅱ接线端分别与接触器Ⅱ与接触器Ⅳ出线端电缆连接；人机界面6、液压系统8分别与主控制单元相连。主控制单元与软起动器、GPS装置9、人机界面6均采用CAN总线连接，通过GPS装置与遥控中心7无线通讯，实现对起动系统的远程遥控。

还包括传感器组件，传感器组件与主控制单元相连，主控制单元通过采集传感器组件、触器与软起动器以及液压系统状态信号，并配合冷却空调使用，实现对双电机的短时连续软起动控制，具有高效节能，无冲击软启动，抗电网波动能力强的特点；同时系统具备双电机直接起动控制功能，进一步提升起动多样性与可靠性，克服了现有电动型液压挖掘机技术领域中尚无双电机软起动控制系统的缺陷。

传感器组件包括：电流传感器，电压传感器，温度传感器，转速传感器；电流传感器安装在电动机Ⅰ、电动机Ⅱ的进线端，用以检测电流；电压传感器安装在断路器的进线端，用以检测电压；温度传感器安装在软启动器处，用以检测温度；转速传感器安装在电动机Ⅰ、电动机Ⅱ中，用以检测转速。

进线箱1固定于挖掘机底盘尾部，进线箱1内部安装有负荷开关与接地开关；滑环箱2安装于挖掘机中心回转接头处，用于将电能由下车传输至上车，保证上车360度运转时无损伤供电，具体通过滑环箱2内部旋转滑环与相对固定的电刷摩擦结构实现电流的流通；冷却空调安装于起动柜侧壁，冷却空调出风口侧正对软起动器散热区域。

电动机Ⅰ、电动机Ⅱ为两台同型号鼠笼式三相异步电动机，并排安装于挖掘机上车转台配重前方，通过分动箱驱动液压泵旋转为液压系统提供动力。

人机界面6包括指示灯、监控器和键盘，实现各种人机交互功能，包括系统起动各种工作状态的显示、参数的设定与查询、故障诊断与维护提示、运行日志查询及控制操作命令的实现，并能通过键盘选择起动的工作方式，包括软起电压斜坡起动，软起限流起动以及直接起动。

软起动器由可控硅组件、触发电路及控制保护电路等，根据主控制单元的软起指令触发控制可控硅组件各晶闸管的导通角，从而控制加在电动机定子上的电压和电流平滑的增加电机转矩，直到电机加速到目标转速。

本发明采用10(6)kV三相交流电源为整机供电，10(6)kV三相交流电源电缆由挖掘机底盘后部进线箱1内的负荷开关接入，再经由挖掘机回转中心处的滑环箱2引入上车起动柜3内的断路器进线端，为整机系统提供电能。主控制单元通过采集系统电压、相位、电流、频率、温度、转速、压力等信号，根据人机界面6指令控制断路器、各接触器以及软起动器实现电动机系统起动及保护功能。人机界面6根据主控制单元的通讯数据实时显示起动系统的工作状态，包括电压、相位、电流、频率、温度、转速、压力等数据信息，并及时发送系统缺相、过压、欠压、过流、过载、过热、起动超时、起动频繁、通讯异常、软起动器及液压系统故障等报警信息，同时生成存储运行日志，适时向用户发出系统维护保养提示。而且，主控制单元通过CAN总线与GPS装置9通讯，由GPS装置9将系统运行数据实时发送至遥控中心7，由遥控中心7进行数据处理与故障诊断，必要时可通过短信或电话提示用户系统维护保养或紧急报警故障信息。

如图2所示，本发明的工作过程:系统起动前，主控制单元首先判断系统有无故障信息，具体确认各电气装置无故障报警信息且各接触器及断路器均处于断开状态，一旦系统报警异常，将中止断路器闭合操作及起动功能，并通过人机界面6向用户发出故障报警提醒。当故障信息处理消除后，在无故障状态下，通过人机界面6中电源按键控制断路器闭合通电，则人机界面6电源指示灯点亮提示通电正常。在人机界面6键盘中选择软起工作模式按键，电压斜坡起动模式下，在限定的斜坡时间和电机起动电流范围内，使电机平滑上升至目标转速；限流起动模式下，电机电流快速增加至限定值，一直到达目标转速状态；主控制单元接受到选择执行的相应软起动工作模式指令后，控制闭合接触器Ⅰ，再通过软起动器控制电动机Ⅰ起动至目标转速，然后依次控制断开接触器Ⅰ与闭合接触器Ⅲ完成电动机Ⅰ软起动过程。

在软起动电动机Ⅱ之前，须判断软起动器是否有过热报警，若无过热报警，则首先主控制单元控制闭合接触器Ⅱ，再通过软起动器控制电动机Ⅱ起动至目标转速，然后依次控制断开接触器Ⅱ与闭合接触器Ⅳ完成电动机Ⅱ软起动过程。若有过热报警，则通过人机界面发出过热冷却等待提示，同时启动起动柜内冷却空调，冷却空调出风口正对软起动器散热区域实施迅速降温，当过热报警解除后，方可执行电动机Ⅱ的软起动流程。

若在人机界面键盘中选择直接起动模式按键，主控制单元接受到直接起动指令，首先控制闭合接触器Ⅲ，电动机Ⅰ全压直接起动达到目标转速后，须等待一分钟，再控制闭合接触器Ⅳ全压直接起动电动机Ⅱ至目标转速，则直接起动流程结束。

与现有技术相比，本发明的系统采用单台软起动器实现双电动机的软起控制，具有结构简单，高效节能，无冲击软起动，抗电网波动能力强的特点，同时具备双电机直接起动控制功能，进一步提高了系统可靠性；系统采用冷却空调解决软起动器连续短时起动过热问题，提高了工作效率。系统人机界面操功能便捷实用，对挖掘机起动系统运行状态进行实时采集与监控，并可通过GPS装置与遥控中心进行无线通讯，可及时联络用户处理报警故障。

虽然已参照典型实施例描述了本申请，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本申请能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (2)

1.一种电动液压挖掘机起动控制系统，其特征在于：包括进线箱、滑环箱、起动柜、电动机Ⅰ、电动机Ⅱ、人机界面、液压系统；

其中，起动柜中设有主控制单元以及与之相连的断路器、熔断器Ⅰ、熔断器Ⅱ、软启动器、接触器Ⅰ、接触器Ⅱ、接触器Ⅲ、接触器Ⅳ以及冷却空调；

系统外部电源电缆经进线箱与滑环箱进线端连接，滑环箱出线端再经断路器分别与软起动器、熔断器Ⅰ与熔断器Ⅱ进线端电缆连接，熔断器Ⅰ出线端与接触器Ⅲ进线端电缆连接，熔断器Ⅱ出线端与接触器Ⅳ进线端电缆连接，软起动器出线端分别与接触器Ⅰ与接触器Ⅱ进线端电缆连接，电动机Ⅰ接线端分别与接触器Ⅰ与接触器Ⅲ出线端电缆连接，电动机Ⅱ接线端分别与接触器Ⅱ与接触器Ⅳ出线端电缆连接；

人机界面、液压系统分别与主控制单元相连；

还包括传感器组件，所述传感器组件与主控制单元相连，主控制单元通过采集传感器组件、接触器与软起动器以及液压系统状态信号，并配合冷却空调使用，实现对双电机的短时连续软起动控制；

所述传感器组件包括：

电流传感器，安装在电动机Ⅰ、电动机Ⅱ的进线端，用以检测电流；

电压传感器，安装在断路器的进线端，用以检测电压；

温度传感器，安装在软启动器处，用以检测温度；以及

转速传感器，安装在电动机Ⅰ、电动机Ⅱ中，用以检测转速；

所述进线箱固定于挖掘机底盘尾部，进线箱内部安装有负荷开关与接地开关；

所述滑环箱安装于挖掘机中心回转接头处，用于将电能由下车传输至上车，保证上车360度运转时无损伤供电；

所述冷却空调安装于起动柜侧壁，冷却空调出风口侧正对软起动器散热区域；

所述电动机Ⅰ、电动机Ⅱ为两台同型号鼠笼式三相异步电动机，并排安装于挖掘机上车转台配重前方，通过分动箱驱动液压泵旋转为液压系统提供动力；

所述人机界面包括指示灯、监控器和键盘，实现各种人机交互功能；

还包括GPS装置和遥控中心；

主控制单元与软起动器、GPS装置、人机界面监控器均采用CAN总线连接，通过GPS装置与遥控中心无线通讯，实现对起动系统的远程遥控。

2.一种基于权利要求1所述电动液压挖掘机起动控制系统的控制方法，其特征在于，该方法为：

系统下达软起动指令或直接起动指令之前，首先主控制单元检测系统故障状态，当系统无故障报警，则可控制断路器闭合为起动系统上电，当检测到系统故障，则通过人机界面发出报警，故障报警排除前将禁止控制断路器闭合通电，并中止起动操作；

系统当接收到软起动指令后，首先主控制单元控制闭合接触器Ⅰ，再通过软起动器控制电动机Ⅰ起动至目标转速，然后依次控制断开接触器Ⅰ与闭合接触器Ⅲ完成软起动过程；

在软起动电动机Ⅱ之前，须判断软起动器是否有过热报警，若无过热报警，则首先主控制单元控制闭合接触器Ⅱ，再通过软起动器控制电动机Ⅱ起动至目标转速，然后依次控制断开接触器Ⅱ与闭合接触器Ⅳ完成软起动过程；

若有过热报警，则通过人机界面发出过热冷却等待提示，同时启动冷却空调，当过热报警解除后，方可执行电动机Ⅱ的软起动流程；

系统下达直接起动指令后，主控制单元控制闭合接触器Ⅲ直接起动电动机Ⅰ至目标转速，等待一分钟后，然后再控制闭合接触器Ⅳ直接起动电动机Ⅱ至目标转速，完成全压直起流程。