（神华神东煤炭集团设备维修中心 陕西神木大柳塔 719315）
摘要：久益48C型梭车作为神东矿区连采工作面的主要设备之一，其运行过程中发生故障处理的及时性对采煤生产工作的影响非常重要。变频器通讯故障作为常见设备故障之一，其致因的可能故障点比较多，排查不易。本文主要针对该类故障进行了分析研究，通过对其运行过程及原理的分析来总结性的对该类故障的处理方法进行了论述。对久益48C型梭车变频器通讯类故障的维修具有重要的参考意义。
关键词：变频器；中央控制器；通讯；信号
神东公司目前在用的久益梭车主要为2种（另外有少量的48AA型和48AB型，这里不做讨论），一种为48B型，牵引方式为通过晶闸管可控硅驱动直流电机来实现行走牵引。另一种为48C型，牵引方式为通过变频器驱动交流变频电机来实现行走牵引。48C型梭车相比48B型梭车来说有很多优点，其运煤量大，故障率低，维护保养方便。因此48C型梭车在使用中更易得到矿井的青睐，在矿井生产中的使用占比逐年增加，目前已成为神东矿区在用梭车的主力机型。但由于其主要电气元件之间的相互控制都是通过数据通讯来实现，使用矿井对这方面的知识了解较少，一旦发生通讯故障排查不易。尤其是与变频器相关的通讯故障，更加难以排查。由于变频器比较昂贵，如果不能准确判断，盲目的更换变频器不仅会造成不必要的损失或浪费，而且还可能进一步影响矿井生产。这就需要对48C型梭车的通讯类故障进行分析论证。找出可以指导生产维修的经验。
一、久益48C型梭车电气系统概述
久益48C型梭车的电气系统主要由一个中央控制器、一个数字输入/输出模块、电机智能综合保护器、显示器、变频器和电气开关组成。1140V电源通过线路输送到梭车后，经过主断路器、泵电机接触器，然后供到变频器系统，变频器频率按照司机所选择的行走速度可在0-120Hz之间进行调整，行走速度随变频器输出给行走电机的频率的变化而变化，从而实现行走电机的平稳运行。该型设备可以通过操作行走方向开关、脚踏开关和传感器（电位计）来控制变频器，从而控制梭车行驶的速度和方向。变频器控制可使梭车平稳起动和加速。中央控制器监测梭车各种功能，给设备的操作运行提供必要的开关电路。中央控制器将司机通过电气开关选择的输入信号与设备功能相关联。显示器记录设备的运行和状态信息。每个显示页面提供详细的信息，帮助了解设备的运行情况和故障诊断。由于变频器内部的交流变流器是导通和辐射干扰源，而且在变频器进线侧，由整流器产生的谐波是一个相对低频谐波（3kHz），它会传导回电源系统中，是产生谐波失真的主要因素。为了使谐波产生的干扰降到最低，该型梭车在每台变频器的供电侧回路中都加设了行走电抗器。
该型梭车的电子智能综合保护器、显示器与中央控制器间的通讯和数据交换都是通过CANbus总线进行的。中央控制器与电流环转换器间的通讯和数据交换是通过RS-232 串行接口实现的。电流环转换器与变频器间的通讯通过RS-422 电流环完成。我们要注意的是CANbus 总线通讯中断或通讯故障，设备的运行不会受影响。CANbus 的用途仅限于诊断功能。
二、变频器运行控制回路分析
梭车变频器将交流电源转换为直流电源，通过直流滤波器滤波后，又将平滑的直流电源转换为交流电源，从而实现变压变频（VVVF）输出。它为行走电机提供电压和频率可调的电源来驱动行走电动机对梭车的行走进行控制。当24Vdc 控制电压一送到两个变频器上的使能插针（XENBL) 上，变频器就会通过双向串行接口开始与中央控制器进行通讯。泵接触器吸合，每个变频器的输入桥馈有线电压。操作脚踏开关，每个变频器的输出桥将输出电压供给行走电机，使梭车加速。梭车的行走方向由司机操作脚踏开关和梭车侧椅旁的行走方向开关决定。每台变频器都有模/数转换器，将电流互感器产生的模拟信号转换为数字信号，在运行时，会连续检测每个模/数转换器的功能，如果检测失败，变频器将停止运行。而且变频器还为行走电机提供热过载保护，如果电机因热过载而跳闸，变频器停止工作。四分钟后司机可以重新启动。这些故障信息可以在与中央控制器连接的显示器上查看，重启中央控制器可以使故障复位。
要处理变频器相关的通讯故障，首先要对48C型梭车变频器运行的控制回路进行分析。如下图（图1-1），泵电机启动后，泵接触器吸合，松开紧急停车制动，线路3和41A之间的制动压力开关接点闭合。110Vac通过线路41A加载到控制行走方向的行走方向开关的端子5和7上。线路41A还把110Vac电压信号送到数字输入/输出模块的插针7上，作为制动压力状态正常的信号。这样中央控制器的插针18就通过线路115接收到一个制动压力正常的24Vdc信号。然后24Vdc信号输入到两个变频器的允许起动插针（XENBL）上，于是变频器使用双向串行接口与中央控制器开始通讯。将行走方向开关打到关(OFF）位置，线路43和44将110Vac 电压信号分别送到数字输入/输出模块（DIO）的插针10和9上。数字输入/输出模块通过线路126A和120分别将两个24Vdc信号输出给中央控制器。如果中央控制器没有收到这两个信号，即使松开紧急/驻车制动闸，司机也不可能使梭车行走。这时如果选择面向卸料端行走方向，踩下行走踏板开始行走。电流流过行走方向开关，通过线路44流到数字输入/输出模块的插针9。这样数字输入/输出模块的端子27通过线路120输出信号（24Vdc）给中央控制器。同时切断了线路43和数字输入/输出模块的插针10之间的电流。从而使中央控制器丢失了来自线路126A的24Vdc输入信号。向装料端行走的输入信号丢失后，只要收到来自于脚踏传感器的电压信号，中央控制器就会与两个变频器通讯来激活向卸料端行走的信号。踩下脚踏开关，电位计电阻阻值改变（电位计集成在脚踏开关中，如图1-2），从而改变了线路114到中央控制器插针6的电压信号。中央控制器按照接收到的不同电压信号与两个变频器进行通讯。变频器系统使用这个信息计算出输出频率，从而调节行走速度。如果变频器发生通讯类故障，与CCO之间的通讯中断，将直接导致设备无法行走。
图1-2
三、变频器通讯故障实例分析与处理
故障实例一：
48C梭车通电后，无法操作设备行走，显示器上显示的故障信息为“Left VFD NoComms”左变频器通讯失败。我们对该故障来进行分析并处理。
（一）、故障分析：
变频器通过电流环与中央控制器之间进行通讯，如果显示此故障信息，我们可以得到一个初步的结论：中央控制器与左变频器不通讯或左变频器串行通讯传输中断。
（二）、故障处理思路：
首先切断设备电源，再重新送电，来复位此故障。先检查左变频器是否有24Vdc 电源输入，再检查左电流环转换器是否有12Vdc 电源输入。检查并确保通讯电缆的屏蔽层完好并且仅一端接地。检查并确保左电流环转换器接地。若此问题重复出现，将左右两台电流环转换器互换。若问题随之转移到右侧，则更换该电流环转换器，若问题仍存在，将左右两台变频器互换后进行试机。这时如果问题随之转移到右侧，则说明可能变频器损坏，需更换该变频器。如果问题没有随其转移，仍出现在左侧，这时根据我们的判断结论，需要以下两个方面的检查。
1、左变频器和左电流环转换器的通讯中断。检查左电流环转换器的线路
51(TD-)、50(TD+)、62(RD-) 和46(RD+)到左变频器的线路51的插针M(IRX-)，线路50 的插针N(IRX+)、线路62 的插针U(ITX-) 和线路46 的插针L(ITX+)的接线情况，是否有短路和漏电故障。
2、左电流环转换器和中央控制器之间的通讯中断。检查左电流环转换器的线路129的插针2(RD)、128的插针3(TD)和127的插针7(SIG GND)到中央控制器的线路129的端子22(TD)、128的端子44(RD)和127的端子65/66(GND1和2)的接线情况，是否有短路和漏电故障。
如果进行上述检查后故障仍未解决，则需更换中央控制器。为方便进行故障判断，我们还可以根据对变频器的一些检测数据判断其是否损坏。将变频器上所有连线拆开后，用万用表进行以下测量步骤。正常情况下变频器的基本数据为：
1、用万用表测量底板到每个输入端子的阻值。测得的阻值应为无穷大。
2、用万用表测量底板到每个输出端子的阻值。测得的阻值应为无穷大。
3、将万用表的正表笔+ve接到母排负极，负表笔-ve接到每个输入/输出端子。应测量到压降0.350V。
4、将万用表的负表笔-ve接到母排正极，正表笔+ve接到每个输入/输出端子。
应测量到压降0.350V。
故障实例二：
梭车右变频器损坏，更换新变频器后，对设备进行送电，启动设备后显示器显示右变频器故障，设备无法行走。我们对该故障来进行分析并处理。
（一）、故障分析：
更换新变频器后，在设备第一次送电时，变频器与中央控制器会进行一系列的数据传输和参数下载，出现此故障说明新变频器与中央控制器的数据传输过程中出现问题。由于久益公司对其生产的变频器进行了多次升级，变频器内置参数与使用设备的中央控制器的参数不匹配可能导致该问题。另外，新变频器在第一次送电工作时，为确保正常的数据下载过程顺利完成，设备的驱动控制电源必须保证至少两分钟不能断电，一旦在变频器数据下载过程中断电，就有可能引起通讯丢失。控制线路存在接地漏电故障产生弧光也可能引起软件崩溃。我们可以从这几方面来处理该故障。
（二）、故障处理思路：
同故障实例一，首先切断设备电源，再重新送电，来复位此故障。检查右变频器是否有24Vdc 电源输入，再检查右电流环转换器是否有12Vdc 电源输入。检查并确保通讯电缆的屏蔽层完好并且仅一端接地。检查并确保左电流环转换器接地。
1、对整个控制回路进行检查，是否有漏电接地部位。观察电控箱内是否有漏电弧光痕迹，根据接线图纸对线路进行逐一检查。
2、变频器内置参数与使用设备中央控制器的参数不匹配，则需重新配置变频器的MMC卡（程序参数卡），将正确的MMC卡插入变频器正面的卡槽内（任一），启动设备后显示器显示右变频器程序下载。下载完成后再进行试验。
3、变频器第一次送电时，在参数下载过程中驱动控制电源中断，导致软件崩溃。将左右两台变频器互换后进行试机。这时如果问题随之转移到左侧，说明变频器在参数下载过程中由于断电导致软件崩溃，从而引起通讯丢失。则需联系服务工程师重新初始化软件。如果问题没有随其转移，仍出现在右侧，那么中央控制器可能存在故障，需进行更换。
故障实例三：
梭车在正常运行时，突然无法行走，显示器上显示的故障信息为“Both VFD Trip”两台变频器都跳闸。我们对该故障来进行分析并处理。
（一）、故障分析：
变频器跳闸是变频器对自我的一种保护动作，造成该故障的可能性有以下几点：1、两台变频器的进线侧或负载侧存在问题；2、变频器自身温度过高而停机。
（二）、故障处理思路：
针对我们分析的引起故障的可能原因，将梭车断电后重新送电，对故障进行复位。如果故障仍然存在，首先对变频器的进线侧和负载侧进行检查。根据设备接线图，检查进线侧的接线是否存在问题，检查负载侧的接线是否存在问题，确认无高阻值、开路或短路现象。再检查瞬态浪涌保护桥是否存在问题。两台变频器输出电流在规定时间内超过了与电机热效应曲线相对应的负载侧的额定电流也有可能引发此故障，因此还需对变频器的负载-两台行走电机进行检查，确保两台行走电机旋转无卡阻，行走电抗器工作正常。如果是由于电机热过载而引起的故障，变频器需要冷却4分钟后可重新正常启动。
变频器自身温度过高跳闸是由于变频器对其底板温度有限额保护。底板的跳闸温度为80℃，当温度降到70℃时，跳闸信号将会清除。冷却需要8分钟左右的时间，如果底板温度确已超过限额温度，可以等其冷却后重新启动设备。但必须对其冷却系统进行检查。久益48C型梭车变频器的冷却方式有两种，一种是外加冷却风扇，通过风流来对变频器冷却降温。这就要检查两台冷却风扇是否工作正常，转动是否灵活。检查并确保气流能无障碍的到达两个变频器底板。还需检查变频器与底板之间涂抹的散热胶是否均匀，规格是否正确。另一种冷却方式是在安装变频器的电控箱门板外侧加装循环冷却水系统，通过循环水流给变频器散热冷却，这时则需检查循环冷却水路是否有堵塞现象，管路有无破损，冷却水泵工作是否正常。
如果上述检查均没有问题，且环境温度低于28℃，那么中央控制器有可能存在故障，需进行更换。检查处理后故障仍然存在，说明两台变频器可能已经损坏，需更换变频器。
四、结束语
在48C型梭车的电气控制通讯回路中，中央控制器为控制核心，变频器为执行核心，中央控制器与变频器之间的通讯信号为RS232串行信号，电流环作为他们之间的沟通桥梁，承担着数据交换的任务。在日常的设备使用过程中，如果发生了变频器通讯故障，首先检查确认中央控制器与电流环是否可靠接地，特殊情况下还需要将变频器的外壳进行人工可靠接地。在测试电气回路和电子元件时，应使用欧姆表来进行测试电子器件，不得使用摇表，而且测试前必须将电子器件从设备回路上断开并隔离。判断故障时，单一元件故障可通过左右相同元件互换试验来缩小故障点范围。
参考文献：
[1]《JOY采矿设备技术操作手册》2011版
作者简介：邢金岭（1961- ），男，河南荥阳人，工程硕士，高级工程师，现在神华神东煤炭集团设备维修中心，主要从事采矿设备维修管理工作。
论文作者:邢金岭
论文发表刊物:《电力设备》2016年第15期
论文发表时间:2016/11/5
标签：变频器论文; 故障论文; 控制器论文; 通讯论文; 中央论文; 电流论文; 设备论文; 《电力设备》2016年第15期论文;