DCS500技术知识培训资料.doc

DCS500B学习笔记DCS500系列是性能优良，可靠性高的直流变流器，功率范围大，适用于直流电机电枢的供电和控制。在索道上应用很广泛。针对DCS500及其在索道中的应用，09年12月，我们联系北京ABB电气传动系统有限公司，为我们组织了专题的现场培训。经过培训，使我们对它的功能、软硬件、操作与调试及应用都有所掌握。现就本人的一些学习心得和对DCS500在本索道上应用的理解，提请各位同仁们指正，旨在相互交流学习，共同提高。系统描述、技术数据方面的学习：三清山金沙索道是全套由DOPPELMAYR公司提供的单线循环八人吊厢脱挂式索道。动力采用两台404KW直流电机同轴传动，各由一个DCS502B1203模块（型号A5）供电和控制，以相同的速度/转矩运行，平均分配负载，采用主从方式控制。两个模块均为全数字六脉波晶闸管变流器单元在四象限中的应用。 两个A5模块各自安装在两面柜内，型号：DCS502B1203-41-21P2000-000000020，模块内部配置一样，包括：控制板一块（SDCS-CON-2A）、电源板一块（SDCS-POW-1C）、测量板一块（SDCS-PIN-51）、脉冲变压器板两块（SDCS-PIN-48）、励磁单元一块（SDCS-FEX-2A），其中扩展板各一块（SDCS-IOE-1）安装于模块外部（柜内）。因为DCS500系列灵活的I/O配置及方便的应用编程，DOPPELMAYR公司并未按照ABB提供的使用内置磁场（SDCS-FEX-1/2）时的标准配置，外部接线有所改动，对传动的软件也进行了调整，但整个传动的开关顺序并未改变：当传动接收到启动命令且无故障信号（对应索道为“停车回路”正常）时，传动将闭合风机、磁场及主接触器，检查供电电压、各接触器状态及有无错误信息，释放调节器并等待运行信号。当接收到运行信号时，释放速度给定信号及速度调节器工作模式。为了更好地理解开关顺序，除了老师对DCS500B DEMO-CASE（模型，内置磁场SDCS-FEX-1标准配置）的讲解，还有必要对控制板SDCS-CON-2A等硬件作进一步了解。控制板内含80186EM微处理器和ASIC电路DC94L01。系统程序和参数值保存在闪速存储器D33和D34中，不同程序能直接下装到这些存储器中。应用功能块和参数值保存在闪速存储器D35中。故障和报警信息存储在静态RAM中。有一个1F的备份电容，能持续至少8小时，通常为几天。备份电容充电每次需要30分钟。ASIC：为大规模集成电路。亦称“应用专用集成电路”。DCS500大多数的测量和控制功能在ASIC中完成：与控制板通讯(RS 485)、与励磁单元通讯(RS 485)、 测量、看门狗功能、A/D和D/A转换控制、晶闸管触发脉冲发生器。控制板内装一个内部看门狗。看门狗监控控制板程序的运行。若看门狗发觉程序运行错误，会有以下结果产生：写入FPROM功能无效、晶闸管触发脉冲被复位和封锁、I/O接口的数字输出变为低电压、可编程模拟输出信号电压被置为0V。控制板上装有七段数码显示器，用于显示传动装置的状态。控制板（SDCS-CON-2A）上的I/O通道有：1个模拟测速机差分输入口，4个模拟差分输入口，2个电压源输出口（输出信号和比例可用软件来设定），1路脉冲编码器输入，8个数字输入口（功能可通过软件设定），7+1个数字输出（功能可通过软件定）。调阅本索道参数定值单和索道图纸作进一步比较得： 两个模块的速度测量方式均为模拟测速电机，且共用一个模拟测速机信号，X3：1-4脚输入（对应于最高转速Nmax的电压范围90-270V），且经分压器分压后（0-8.5V）输给上位机PLC。 两个模块的AI4通道（X4：1-3）均为由上位机PLC输出的速度给定值（-8.5V0-+8.5V）。 模拟输出共有3个通道，前两个输出（AO1、AO2）可以编程，输出范围为-10V+10V，第3个输出是硬件电路电枢电流实际输出值（不可编程），两个模块的AO2通道均被编程为按百分比显示的实际电枢电流输出值。 两个模块的模拟输入/输出通道唯一不同的地方：在两个模块同时驱动时，模块1的AO1通道输出电流参考值（双极性电流反馈-来自功率部分）到模块2的AI3通道，作为两个模块的电流同步信号。在模块2单独传动时，则AI3通道输入端被一外接转换继电器触点短接置“0”。 两个模块的数字输入/输出端子DI1、DI2、DI4、DI5-DI8、DO2、DO3的功能都和标准配置不一样，都被重新设定了。DI1设为ON/OFF功能。DI2设为RUN（运行）功能。DI4设为模块内部复位功能。DI5、DI6被接24V（置“1”）。DI7和DI8配合使用，设为主电机过流、电机测速故障、励磁丢失三项测试功能。DO2设为输出致命故障信号给上位机PLC以及外接故障指示灯。DO3设为输出诸如变流器超温、欠压等的报警指示。电源板、测量板、脉冲变压器板相对于控制板就简单一些，主要为做备品备件时跳线设置、进线电位选择、型号代换上要特别注意。虽然我们的索道设计为两个模块及电机可以单独传动，但实际应用中都是同时投入运行，扩展板（SDCS-IOE-1）作用不大，在两个模块同时投入运行时，模块1的扩展板DI10、模块2的扩展板DI9、DI10均为24V（置“1”），通过10针扁平电缆连接控制板端子X17，传送主/从运行方式选择的监控信号，功能由控制板内部软件设定。 励磁板SDCS-FEX-2A包括功率部分和控制板，它安装在电枢变流器模块内部电源板SDCS-POW-1C的旁边。功率部分是由两个集成功率组件构成的。每个组件包含一个二极管和一个晶闸管，它们连接起来组成一个单相半控桥式整流电路。控制部分为全数字系统，微处理器从电枢控制部分读取所有的状态信息，以完成对励磁控制的全部运算，而SDCS-CON-2A经端子X14及扁平电缆提供对励磁功率部分的全部控制信号，使励磁绕组得到所需要的励磁电压和电流。以得到最好的励磁效果。控制单元包括以下主要部分：用于控制和触发的微处理器80C198；通过一个交流电流互感器测量直流电流； 一个与变流器控制板SDCS-CON-2A相连的RS485接口。控制磁场电流的软件储存在80C198的ROM存储器中，电流控制器是一个PI调节器。运行参数储存在电枢变流器的非易失性存储器中，并且在每次初始化阶段，通过RS485 连接传送到励磁单元中。Iact表示实际的磁场电流值，它通过交流互感器进行测量，再通过取样电阻，将励磁电流转化为一个电压信号。取样电阻上的电压能够通过测试端子边上的X14：进行测量。2.2K的电阻可以防止端子短路。如果对这个电压进行测量的话，外部测量装置的内阻应该大于1兆欧。两个二极管-晶闸管组件组成一个单相半控整流桥，但是两个二极管阳极不象通常那样直接连接，而是连接到电流互感器的一个四匝的初级端子上，中间抽头作为整流器的负极输出。这样就可以用交流互感器测量直流电流。一个MOV器件(压敏电阻)用于吸收来自交流输入电源中的尖峰电压，另一个MOV位于直流输出侧，它主要用来吸收直流电机磁场产生的浪涌电压。图例： 磁场励磁单元SDCS-FEX-2A的框图 操作指导、软件描述、服务手册、参数表方面的学习： CDP 312RD控制盘有四种不同的键盘模式:实际信号显示模式 (ACT)、参数模式 (PAR)、功能模式 (FUNC)、传动模式 (DRIVE) 供以后扩展用。根据传动的记录, 键盘模式将显示:实际信号、故障、故障历史记录器。参数模式用于改变软件结构、显示信号和它们的实际状态，如果不是写保护的话, 显示和改变参数值。功能模式用于选用专用的功能, 例如，参数上装，从传动到 控制盘CDP 312RD； 参数下装，从控制盘CDP 312RD 到传动； CDP 312RD显示对比设置。传动模式用于检查配置，屏幕显示将指出模块类型和与控制盘CDP 312RD连接的传动装置的ID代码。因为两个模块的启动准备、信号换算、励磁单元预设、调整等工作DOPPELMAYR公司已经做好了，而且很多参数进行了写保护，我们只需通过控制盘CDP312RD调阅一些运行参数和故障、报警信息，加以控制板上的7段LED显示代码，对照操作指导第四章“信号与故障排除”，处理实际运行中出现的故障和报警信息。故障信号将导致信号 10910 的关断, 然后导致传动停止。报警信号将在控制板 SDCS-CON-2A 的七段显示器显示代码A . . 和控制盘CDP312RD 的LCD文本显示的一样。如果没有故障发生仅显示报警信号。报警信号除了A 101和A 102将不导致信号【10910】的关断，进而导致传动的停止。所有的故障信号 ，除了F17,F18 和F44，都可在消除故障后复位，F 20 能够自复位在重新通讯后。故障信号复位, 需采取以下步骤:（1）关断命令 ON/OFF 和 RUN 。（2） 清除故障。（3）复位。（4）或者通过二进制输入短时间设置命令RESET【907】 为高(逻辑1)。（5）根据应用条件, 再次给出命令 ON/OFF 和 RUN。 从CDP312RD信号CNT SW VERSION【11218】可以看出我们的变流器软件版本号为最新的DC21.234。整个系统软件由功能块连接组成。其中每个独立的功能块均能实现整个功能中的部分功能。功能块可以分为两类：（1） 基本功能块，始终处于激活状态，一般总要用到。（2）必要时才使用的功能块。虽然已经存在于标准软件中了，但只有被激活【2504】后，才能加入到控制过程中。例如： 带2或4个输入的与门、或门、加法器，乘/除法器等，或用于闭环控制功能的积分器、PI调节器、D-T1元 件等。所有功能块都有输入输出引脚及其引脚号，这些输入/输出引脚同样被分成两类：（1） 指定连接的输入，如果想改变功能块之间的连接，首先选择输入，然后连接输出，所有这些连接在首尾各有一个点可以改变。（2）可以设置的参数(例如斜坡上升/下降时间,调节器增益,给定值等)。选择输入参数时,注意要忽略最右端2位;剩下的是要选择的参数组号，最右端2位是要选择的参数号。可以用CDP312RD控制盘进行选择,用双箭头选择参数组,单箭头选择参数，或使用基于PC机的CMT/DCS500B调试工具。在传动应用中，模拟及数字的输入/输出端在内部与标准程序的功能块相连，模拟输入信号类型由参数CONV MODE（1）定义。对于软件描述我们只作一定了解，程序是DOPPELMAYR编好了的，我们不作任何改动。服务手册上“晶闸管故障判断”我们应重点学习。可以从两方面判断：（1）烧熔断器 。熔断器被烧断说明有非常大的电流，产生大电流可能有以下原因： 晶闸管故障（阳极和阴极短路）导致模块内部进线侧相间短路； 4-Q 变流器中的环流（而不是晶闸管故障）导致模块内部进线侧相间短路；直流输出端没有足够的阻抗而短路； 逆变颠覆（动态制动，直流侧有大电流高EMF，同时交流输入电压低），在制动或逆变状态时，通常会导致烧断熔断器。（2）波形监视器。波形监视器显示直流输出的波形脉动程度远远大于正常波形。造成这种情况的原因通常是一个晶闸管不工作，从而导致波形出现低谷。由于电流环的控制作用，会迫使其他的晶闸管出现一定的过载来补充电流的低谷，从而保持恒定的平均电流。当导通角 90时，这种补偿会导致波形监视故障。 如果变流器中的熔断器烧断，极有可能是有晶闸管故障引起的。如何找到故障晶闸管：首先，变流器必须和主电断开。直流输出至少一端必须和电机断开。用欧姆表测量交流输入端和直流输出端（U1 至 C1, V1至C1, W1至C1, U1至D1, V1至D1 还有 W1至D1）。 正常情况下，每次测量的阻值都应 1 k。如果其中一路的阻值1 ，说明这一路上的晶闸管故障。阻容吸收电路可能会导致测量刚开始时的阻值短时间为0 ，如果测量的阻值小于 1 ，应将两个表笔交换位置，反向再测量一次。如果结果相同，一定是这个支路上的晶闸管发生故障，需要更换；再拆除故障支路上的熔断器 ；双向测量阻值找到故障的晶闸管 。象我们的4Q 变流器中，散热器之间的两个晶闸管要同时更换 。更换完晶闸管后，还要按照前面说的再测量一次，确保所有故障晶闸管都找到了。如果电机没有和变流器断开，测量结果可能有误。 如果波形监视器故障，原因和前面的一样：根据前面的测量判断熔断器和晶闸管是否正常；如果功率部分器件看起来正常，而一个或多个晶闸管没有电流通过，就需要检查脉冲触发器和晶闸管门极之间是否正常工作，具体要检查：脉冲放大器输入侧是否有信号？ 脉冲放大器输出侧是否有信号？ 脉冲是否发送到门极？是否连接有问题？触发脉冲是否将晶闸管导通？是否所有测量位置的脉冲形状都相同？检查电流控制器的设定，同时测量并记录3相交流电源的线电压和电流。 DCS502B1203故障及报警检修实例：一、08年7月，天气异常炎热，白天室外最高气温30度。索道正常运行中巡视发现模块1、2报警红色指示灯均亮，控制板SDCS-CON-2A上7段显示器显示A105，控制盘CDP312RD上文本显示CONV OVERTEM ALARM （变流器过温报警）。放置可控硅柜的室内温度近40度，接近模块运行环境温度（0-40度）上限。因为我们整个可控硅柜和高低压配电同处一室，室内抽风机满足不了模块运行环境温度要求。领导研究决定，购置一台8匹立式空调机，安装好后，在炎热天气打开两个安装模块的柜门，让冷风对着两个模块吹，报警信号从此以后消失。总结：（1）因为我们的两个模块和上位机PLC之间并没有建立通讯，可选件SDCS-COM-5通讯板没装，控制室显示屏上除电枢电流百分比显示外无任何模块运行信息，所以运行中要加强巡检：温度、湿度是否正常；输入电源电压是否正常；CDP312RD显示屏、仪表、各元器件状态指示灯是否正常；风扇是否正常；是否有异响、局部过热现象等。（2）可控硅柜最好能单独一个机房，这样环境条件控制上就方便的多。 二、08年11月，上午，索道运行当中突然出现工作制动器停车。控制屏上只显示2号可控硅装置故障，模块2控制板（SDCS-CON-2A）7段LED上显示A137代码，控制盘CDP312RD显示屏上文本信息ARM CURRENT RIPPLE（电枢电流波动）。我们复位后，反向运行索道，正常。初步怀疑正向触发脉冲变压器板到正向组晶闸管有问题。对照操作指导上“信号与故障排除”对A137和F34的故障检修说明，在我们总工的指导下，对各半导体熔断器、正向组晶闸管的RAK、RGA、RGK正反电阻进行测量比较，最后找到V12晶闸管的G极开路，更换后故障消失。总结：（1）晶闸管T589N18TOF正常的各极间正反向电阻（数字表测）：RAK=200KV左右，RKA=250 KV左右；RAG=200 KV左右，RGA=250 KV左右；RGK=RKG=16V左右。这几个阻值有助于以后晶闸管好坏的判断。（2）由于V12 G极开路，晶闸管不工作，无电流通过，导致波形出现低谷。由于电流环的控制作用，会迫使其他的晶闸管出现一定的过载来补充电流的低谷，从而保持恒定的平均电流，直流输出的波形脉动程度远远大于正常波形，导致波形监视故障。（3）对照服务手册上晶闸管查找、拆除、安装需严格执行，特别是象我们这种4Q运行的晶闸管，散热器之间的两个晶闸管最好同时更换，且因平板型晶闸管需要在一定的压力下工作，所以紧固螺母时注意焊有指示扭力的铝制弹簧，每次半圈，直到指示弹簧指向正确的扭力，指示弹簧十分灵敏，操作时要十分小心，此外还要记得涂抹导热硅脂。学习资料：DCS500晶闸管功率变流器 直流传动系统 25-5150A 操作指导、技术数据、系统描述、软件描述、服务手册、 参数表、DCS500培训教材、 机电控制系统 张涛主编