CN208257699U - 矿用变频器之间的主从通迅电路和电机负荷平衡控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种矿用变频器之间的主从通迅电路和电机负荷平衡控制系统，前者包括依次电连接的电频转换电路和电源隔离电路，电频转换电路设有电源输入端，电源隔离电路的输出端连接隔离485收发器芯片的电源输入端；后者包括主、从变频器，主、从变频器的主控制板上分别安装有主、从变频器总线通迅模块和主、从变频器主从通迅电路，主、从变频器总线通迅模块各自与上位机双向通信连接，主从通迅电路上的两个通讯端口分别与其所在变频器的主控制板和另外一个变频器的主从通迅电路连接。本实用新型能使主从变频器间的通讯可靠性和维修便捷性都得到显著提升，适用于井下工作面有一定危险性的操作场合。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种矿用变频器之间的主从通迅电路和应用了此电路的采煤机牵引电机负荷平衡控制系统，适用于井下工作面有一定危险性、需要通信可靠、不方便维修的操作场合。
背景技术
采煤机牵引调速系统通常采用“一拖一”方式，即两台变频器分别拖动两台牵引电机，两台变频器分别设置成主机和从机。原因在于一拖一方式比一拖二方式优点更突出，其能够精确控制每一个牵引电机，控制精度高，牵引系统的控制和保护性能更完善，故障检修更方便。再者，一拖二方式的变频器由于没有两台电机的负荷平衡控制，选型时为防止电机过载的裕量要留比较大，不利于成本控制。
由于煤矿井下工况环境复杂多变，采煤机牵引力不足往往是影响煤矿正常生产的严重问题。在一拖一控制方式下，两台电机的负荷平衡控制至关重要，如果控制不好，两台电机出力不一致，动态响应跟不上，容易导致单台电机过载，严重时会烧毁电机。
近年来，采煤机牵引电机负荷平衡控制通常使用基于光纤的变频器主从负荷分配功能，从机跟随主机的转矩实际值，通过速度调节实现转矩平衡，从而实现负荷平衡控制，典型的应用是采用ABB公司ACS800变频器的主从功能。
ACS800变频器主从链路采用光纤通信介质，光纤在采煤机牵引调速系统上应用时，受机械强度差、弯曲半径小、光纤头井下易受污染等条件限制，可靠性和维修便捷性都不甚理想。
发明内容
本实用新型旨在提供了一种矿用变频器之间的主从通迅电路和应用了该电路的电机负荷平衡控制系统，能够使主从变频器间的通讯可靠性和维修便捷性都能得到显著提升。
本实用新型的主要技术方案有：
一种矿用变频器之间的主从通迅电路，包括隔离485收发器芯片、电频转换电路和电源隔离电路，所述电频转换电路设有电源输入端，所述电频转换电路的输出端连接所述电源隔离电路的输入端，所述电源隔离电路的输出端连接所述隔离485收发器芯片的电源输入端，所述隔离485收发器芯片的两个通讯端口分别作为其与第一变频器和第二变频器进行通讯的通讯端口。
所述隔离485收发器芯片优选为全双工RS-485收发器芯片。
所述电频转换电路可以使用自感线圈实现升压。
所述电源隔离电路优选采用DC-DC隔离单路电源芯片。
所述电频转换电路的电源输入端和所述隔离485收发器芯片上与第一变频器进行通讯的通讯端口优选经屏蔽双绞线连接第一接插件，所述隔离485收发器芯片上与第二变频器进行通讯的通讯端口优选经屏蔽双绞线连接第二接插件。
所述第一接插件可以采用双排20芯插头。
所述第二接插件可以采用菲尼克斯可插拨式接插件。
一种电机负荷平衡控制系统，包括主变频器和从变频器，所述主变频器采用速度控制，所述从变频器采用转矩控制，所述主变频器的主控制板和从变频器的主控制板上分别安装有主变频器总线通迅模块和从变频器总线通迅模块，所述主变频器总线通迅模块和从变频器总线通迅模块各自与上位机以及其所在变频器的主控制板双向通信连接，所述主变频器的主控制板和所述从变频器的主控制板上还分别安装有主变频器主从通迅电路和从变频器主从通迅电路的电路板，所述主变频器主从通迅电路和从变频器主从通迅电路均采用前述任意一种所述矿用变频器之间的主从通迅电路，所述主变频器主从通迅电路上与第一变频器和第二变频器进行通讯的两个通讯端口分别与所述主变频器的主控制板和所述从变频器主从通迅电路通信连接，所述从变频器主从通迅电路上与第一变频器和第二变频器进行通讯的两个通讯端口分别与所述从变频器的主控制板和所述主变频器主从通讯电路通信连接。
所述主变频器总线通迅模块和所述从变频器总线通迅模块各自经RS-485链路与所述上位机连接，所述主变频器主从通迅电路和从变频器主从通迅电路各自通过双排插脚及固定螺栓实现其电路板与其所在变频器的主控制板间的连接及固定，所述主变频器主从通迅电路和从变频器主从通迅电路上与第二变频器进行通讯的通讯端口之间经屏蔽双绞线双向通信连接。
所述主变频器主从通迅电路和从变频器主从通迅电路均采用前述设有第一接插件和第二接插件的主从通迅电路，所述主变频器主从通迅电路和从变频器主从通迅电路通过各自的第一接插件连接其所在变频器的主控制板，所述主变频器主从通迅电路和从变频器主从通迅电路各自的第二接插件经屏蔽双绞线相互连接。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型的矿用变频器之间的主从通迅电路实现了变频器之间的RS-485主从通信，传输介质采用普通屏蔽双绞线替换光纤通信介质，有效解决了光纤通信在井下应用时的可靠性低、不易维护的问题，且通信速率可达4Mbit/s，尤其合适于在井下工作面有一定危险的操作场合，具有良好的用户体验性、可靠性和安全性。
本实用新型的矿用变频器之间的主从通迅电路支持从变频器的主控制板直接取电，再经过隔离、升压和稳压后提供给其核心电路部分使用，既节省了电路板的成本，又减小了电路板的体积，节省安装空间。
矿用变频器之间的主从通迅电路采用一定的接插件进行通信接口处的连接，便于井下快速更换电路板。
由于应用了所述矿用变频器之间的主从通迅电路，采煤机牵引电机负荷平衡控制也更为可靠，所述电机负荷平衡控制系统的工作更为稳定。
附图说明
图1是本实用新型的矿用变频器之间的主从通迅电路的电路原理框图；
图2是两变频器之间应用本实用新型的矿用变频器之间的主从通迅电路进行主从通迅的一个实施例的原理框图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型公开了一种矿用变频器之间的主从通迅电路，包括隔离485收发器芯片2、电频转换电路3和电源隔离电路4，所述电频转换电路用于将外部电源转换成与所述隔离485收发器芯片的工作电压匹配的电源，其上设有电源输入端，所述电频转换电路的输出端连接所述电源隔离电路的输入端，所述电源隔离电路用于对所述电频转换电路的输出进行滤波、稳压，所述电源隔离电路的输出端连接所述隔离485收发器芯片的电源输入端，为所述隔离485收发器芯片供电。所述隔离485收发器芯片的两个通讯端口分别作为其与第一变频器和第二变频器进行通讯的通讯端口。所述隔离485收发器芯片所在的隔离RS-485收发器芯片电路用于实现RS-485信号的收发控制。
所述隔离485收发器芯片优选为全双工RS-485收发器芯片，具有2.5kV信号和电源隔离、+/-15kV ESD保护、开路和短路故障保护接收器输入、通信速率达16Mbps等优势，其工作电压为DC 5V或3.3V。
所述电频转换电路可以使用自感线圈实现升压，用于将变频器主控制板提供的DC3.3V电源转换为DC5V电源。
所述电源隔离电路优选采用DC-DC隔离单路电源芯片，具有直流滤波电路等稳压措施，将电频转换电路产成的DC5V电源，经隔离、稳压后生成隔离RS-485总线电源。
所述隔离485收发器芯片、电频转换电路和电源隔离电路通常制作在一块电路板上。所述电频转换电路的电源输入端和所述隔离485收发器芯片上与第一变频器进行通讯的通讯端口优选经屏蔽双绞线连接第一接插件1，所述隔离485收发器芯片上与第二变频器进行通讯的通讯端口优选经屏蔽双绞线连接第二接插件5。
所述第一接插件可以采用双排20芯插头，可以通过双排针脚连接到相应变频器的主控制板上的双排插座上，用于与变频器的主控制板的通迅连接和从变频器的主控制板取电。
所述第二接插件可以采用菲尼克斯可插拨式接插件，用于两变频器之间的主从通迅连接，便于井下快速更换电路板。
所述矿用变频器之间的主从通迅电路能够实现变频器之间RS-485通信，相比采用光纤通信，成本低、可靠性高且方便维护，能够实现链路的最大传输延迟为16ms。
所述矿用变频器之间的主从通迅电路采用本安结构，符合以下国家标准：GB3836.1-2000《爆炸性气体环境用电气设备第1部分：通用要求》、GB 3836.2-2000《爆炸性气体环境用电气设备第4部分：本质安全型“i”》。
本实用新型还公开了一种采煤机牵引电机负荷平衡控制系统(简称为电机负荷平衡控制系统)，如图2所示，包括主变频器1和从变频器4。所述主变频器和从变频器分别拖动一台牵引电机M，即一拖一运行方式。所述主变频器通过端子R1、S1、T1连接三相交流电源，通过端子U1、V1、W1端子连接左牵引电机；所述从变频器通过端子R2、S2、T2连接三相交流电源，通过端子U2、V2、W2端子连接右牵引电机。所述主变频器采用速度控制，所述从变频器采用转矩控制。所述主变频器的主控制板和从变频器的主控制板上分别安装有主变频器总线通迅模块2和从变频器总线通迅模块5，用于实现Modbus RTU协议。所述主变频器总线通迅模块和从变频器总线通迅模块各自与上位机7(即采煤机电气控制系统)以及其各自所在变频器的主控制板双向通信连接。
所述主变频器的主控制板和所述从变频器的主控制板上还分别安装有主变频器主从通迅电路3和从变频器主从通迅电路6的电路板，所述主变频器主从通迅电路和从变频器主从通迅电路均采用前述的任意一种矿用变频器之间的主从通迅电路。所述主变频器主从通迅电路上与第一变频器和第二变频器进行通讯的两个通讯端口分别与所述主变频器的主控制板和所述从变频器主从通迅电路双向通信连接，所述从变频器主从通迅电路上与第一变频器和第二变频器进行通讯的两个通讯端口分别与所述从变频器的主控制板和所述主变频器主从通讯电路双向通信连接，主变频器与从变频器通过各自的主从通迅电路之间的通信连接实现RS-485链路连接。
工作时，所述上位机接收用户速度、方向控制指令，将包括控制字、速度给定在内的控制指令发给所述主变频器，同时，主变频器向从变频器发送控制字和转矩给定，从变频器再向主变频器反馈控制状态字和转矩实际值。所述上位机也通过该RS-485链路监测主变频器和从变频器的状态信息。
所述主变频器总线通迅模块和所述从变频器总线通迅模块各自经RS-485链路与所述上位机连接，所述主变频器主从通迅电路和从变频器主从通迅电路各自通过双排插脚及固定螺栓实现其电路板与其所在变频器的主控制板间的连接及固定，所述主变频器主从通迅电路和从变频器主从通迅电路上与第二变频器进行通讯的通讯端口之间经屏蔽双绞线双向通信连接。由于可通过普通屏蔽双绞线建立主从变频器之间的RS-485通迅链路，系统可实现包括控制字、速度设定值、频率设定值、状态字、速度实际值、频率实际值、电流实际值等在内的通信，有效解决了采用光纤通信时可靠性低、不便于维护的问题。
当设有第一接插件和第二接插件时，所述主变频器主从通迅电路和从变频器主从通迅电路通过各自的所述第一接插件连接其所在变频器的主控制板，所述主变频器主从通迅电路和从变频器主从通迅电路各自的第二接插件经屏蔽双绞线例如4芯屏蔽双绞线相互连接，实现变频器间的主从通迅。为使每台变频器内部接线一致，主、从变频器间的通迅芯线连接时采用反接线序。所述主变频器主从通迅电路和从变频器主从通迅电路由其各自所在变频器的主控制板提供电源，进行隔离、升压和稳压后使用，节省了相应主从通迅电路的电路板制作成本，有利于减小电路板体积，节省安装空间。
所述电机负荷平衡控制系统控制的输出转矩动态平衡，其控制精度高，成本低，可靠性高，维护简单。
Claims (10)
1.一种矿用变频器之间的主从通迅电路，其特征在于：包括隔离485收发器芯片、电频转换电路和电源隔离电路，所述电频转换电路设有电源输入端，所述电频转换电路的输出端连接所述电源隔离电路的输入端，所述电源隔离电路的输出端连接所述隔离485收发器芯片的电源输入端，所述隔离485收发器芯片的两个通讯端口分别作为其与第一变频器和第二变频器进行通讯的通讯端口。
2.如权利要求1所述的矿用变频器之间的主从通迅电路，其特征在于：所述隔离485收发器芯片为全双工RS-485收发器芯片。
3.如权利要求1所述的矿用变频器之间的主从通迅电路，其特征在于：所述电频转换电路使用自感线圈实现升压。
4.如权利要求1所述的矿用变频器之间的主从通迅电路，其特征在于：所述电源隔离电路采用DC-DC隔离单路电源芯片。
5.如权利要求1-4中任意一项权利要求所述的矿用变频器之间的主从通迅电路，其特征在于：所述电频转换电路的电源输入端和所述隔离485收发器芯片上与第一变频器进行通讯的通讯端口经屏蔽双绞线连接第一接插件，所述隔离485收发器芯片上与第二变频器进行通讯的通讯端口经屏蔽双绞线连接第二接插件。
6.如权利要求5所述的矿用变频器之间的主从通迅电路，其特征在于：所述第一接插件采用双排20芯插头。
7.如权利要求5所述的矿用变频器之间的主从通迅电路，其特征在于：所述第二接插件采用菲尼克斯可插拨式接插件。
8.一种电机负荷平衡控制系统，其特征在于：包括主变频器和从变频器，所述主变频器的主控制板和从变频器的主控制板上分别安装有主变频器总线通迅模块和从变频器总线通迅模块，所述主变频器总线通迅模块和从变频器总线通迅模块各自与上位机以及其所在变频器的主控制板双向通信连接，所述主变频器的主控制板和所述从变频器的主控制板上还分别安装有主变频器主从通迅电路和从变频器主从通迅电路的电路板，所述主变频器主从通迅电路和从变频器主从通迅电路均采用权利要求1-7中任意一项权利要求所述的矿用变频器之间的主从通迅电路，所述主变频器主从通迅电路上与第一变频器和第二变频器进行通讯的两个通讯端口分别与所述主变频器的主控制板和所述从变频器主从通迅电路通信连接，所述从变频器主从通迅电路上与第一变频器和第二变频器进行通讯的两个通讯端口分别与所述从变频器的主控制板和所述主变频器主从通讯电路通信连接。
9.如权利要求8所述的电机负荷平衡控制系统，其特征在于：所述主变频器总线通迅模块和所述从变频器总线通迅模块各自经RS-485链路与所述上位机连接，所述主变频器主从通迅电路和从变频器主从通迅电路各自通过双排插脚及固定螺栓实现其电路板与其所在变频器的主控制板间的连接及固定，所述主变频器主从通迅电路和从变频器主从通迅电路上与第二变频器进行通讯的通讯端口之间经屏蔽双绞线双向通信连接。
10.如权利要求9所述的电机负荷平衡控制系统，其特征在于：所述主变频器主从通迅电路和从变频器主从通迅电路均采用权利要求5、6或7所述的矿用变频器之间的主从通迅电路，所述主变频器主从通迅电路和从变频器主从通迅电路通过各自的第一接插件连接其所在变频器的主控制板，所述主变频器主从通迅电路和从变频器主从通迅电路各自的第二接插件经屏蔽双绞线相互连接。
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| CN108494293A (zh) * | 2018-05-30 | 2018-09-04 | 天地科技股份有限公司上海分公司 | 矿用变频器之间的主从通迅电路和电机负荷平衡控制系统 |
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| CN108494293A (zh) * | 2018-05-30 | 2018-09-04 | 天地科技股份有限公司上海分公司 | 矿用变频器之间的主从通迅电路和电机负荷平衡控制系统 |
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