一种顶管机齿条电气控制保护电路及其保护方法技术

本发明专利技术公开了一种顶管机齿条电气控制保护电路及保护方法，该保护电路包括能耗制动电路、励磁电源冗余电路、PLC系统冗余电路和UPS电路；本发明专利技术公开的顶管机齿条发生异常断电后的保护电路以及电气控制停车的保护方法，该方法通过新的电气控制思路，防止顶管机齿条在运动过程中遭遇突然断电后的失控，通过完善的备用电源及元器件冗余设计，按照各种元器件损坏及电源断电的各种可能性针对性的设计相应方案。该技术能够有效地解决任何原因引起的意外停机，齿条都能稳定可靠的受控停车，从而达到避免飞车事故发生的目的。

An Electrical Control and Protection Circuit of Pipe Jacking Machine Rack and Its Protection Method

The invention discloses an electric control protection circuit and a protection method for the rack of pipe jacking machine, which includes energy consumption braking circuit, excitation power redundancy circuit, PLC system redundancy circuit and UPS circuit; the protection circuit for the rack of pipe jacking machine after abnormal power cut off and the protection method for electrical control stopping, which prevents the roof by new electric control ideas. The rack of pipe machine runs out of control after sudden power failure in the course of movement. Through perfect redundancy design of spare power supply and components, corresponding schemes are designed according to various possibilities of component damage and power failure. The technology can effectively solve the unexpected shutdown caused by any reason, and the rack can be stable and reliable controlled parking, so as to achieve the purpose of avoiding the occurrence of motorcycle accidents.

【技术实现步骤摘要】
一种顶管机齿条电气控制保护电路及其保护方法
本专利技术属于电气控制
，特别涉及一种顶管机齿条电气控制保护电路及其保护方法。
技术介绍
顶管机是无缝钢管热轧工艺的一个重要关键设备，其工艺特点是：将穿孔出来的毛管通过缩口机与芯棒头部锁死，然后喂入顶管机，齿条顶推芯棒，将毛管和芯棒通过顶管机床身的十几个三辊辊模，金属挤压变形为合适壁厚的薄壁管。顶管机传动的结构为：两台2250KW直流电机通过减速机连接两个齿轮，齿轮与大齿条啮合，从而拖动齿条实现往复正反转运动，齿条的减速、停车完全靠电机制动来实现，未设计任何机械制动装置。在顶管轧制过程中，两台主电机带动重约50吨的齿条，用推杆将芯棒和毛管按照工艺设定的3米/秒轧制速度推进顶管床身的辊模中，在轧制完成后，反向以5米/秒速度快速退回到原位。因为顶推速度快，如果在轧制过程中出现突然停电或其它故障停机，不采取有效的措施快速停车，必然会造成重达50吨的齿条以高速惯性飞车，发生不可估量的重大事故。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种顶管机齿条电气控制保护电路，其改进之处在于，该保护电路包括能耗制动电路、励磁电源冗余电路、PLC系统冗余电路和UPS电路；其中，所述能耗制动电路包括直流调速装置与电机电枢连接形成的主回路，于所述主回路上设有快速断路器以及旁路；所述旁路与所述直流调速装置并联；所述励磁电源冗余电路包括多个励磁电源，多个所述励磁电源彼此并联后再串联于所述UPS电路与所述电机的励磁回路之间；其中所述励磁电源与所述电机的励磁回路之间串联有失磁检测装置，用于检测与其串联的所述励磁电源是否正常；所述PLC系统冗余电路包括相互信号连接的多个PLC控制系统，多个所述PLC控制系统互为冗余，所述PLC控制系统与顶管机齿条电气控制保护电路的所述能耗制动电路、所述励磁电源冗余电路和所述UPS电路都有连接；所述UPS电路包括UPS电源，所述UPS电源分别与所述励磁电源、所述PLC控制系统连接，用于为所述保护电路断电时供电。进一步地，在上述的顶管机齿条电气控制保护电路中，所述旁路包括与直流调速装置并联连接的旁通开关和制动电阻。进一步地，在上述的顶管机齿条电气控制保护电路中，所述励磁电源冗余电路包括一个所述励磁电源和一个备用励磁电源，所述励磁电源与所述备用励磁电源并联后再与所述失磁检测装置串联。进一步地，在上述的顶管机齿条电气控制保护电路中，所述PLC系统冗余电路包括一个所述PLC系统和一个备用PLC系统，所述PLC系统和所述备用PLC系统并联后再与所述直流调速装置、所述快速断路器、所述旁通开关、所述励磁电源冗余电路相连。本专利技术还提供一种顶管机齿条电气控制保护电路保护方法，其改进之处在于，该保护电路为权利要求1-4任一项所述的顶管机齿条电气控制保护电路，所述保护方法包括：能耗制动保护法、备用励磁保护法、备用PLC系统保护法和UPS保护法；其中，当直流调速装置故障时采用能耗制动保护法；当励磁电源故障时采用备用励磁保护法；当PLC系统故障时采用备用PLC系统保护法；当所述保护电路的所有进线电源故障时采用UPS保护法。进一步地，在上述的保护方法中，所述能耗制动保护法包括如下步骤：步骤S11，直流调速装置故障，立即封锁电枢调节的晶闸管组件，同时发送状态字给PLC控制系统；步骤S12，所述PLC控制系统检测到直流调速装置故障，控制旁通开关闭合，同时控制快速断路器打开；步骤S13，旁通开关闭合，接通电机与制动电阻回路，实现电机能耗制动。进一步地，在上述的保护方法中，所述备用励磁保护法包括如下步骤：步骤S21，失磁检测装置检测到励磁电源故障，发送失磁信号给所述PLC控制系统；步骤S22，所述PLC控制系统控制切换备用励磁电源，恢复电机励磁回路。进一步地，在上述的保护方法中，所述备用PLC系统保护法包括如下步骤：步骤S31，备用PLC系统检测到所述PLC控制系统故障，启动应急刹车程序；步骤S32，启动所述应急刹车程序控制直流调速装置制动停车，并发出PLC系统故障报警信号。进一步地，在上述的保护方法中，所述UPS保护法包括如下步骤：步骤S41，所述保护电路进线断路器失压跳闸，所述UPS电源启动；步骤S42，所述PLC系统正常工作，检测到进线断路器跳闸，立即启动应急刹车程序。进一步地，在上述的保护方法中，所述应急刹车程序包括：接通所述旁通开关，励磁电源转换至备用励磁电源，所述电机以能耗制动方式停车。本专利技术实施例通过上述技术方案带来的有益效果如下：本专利技术公开了一种顶管机齿条发生异常断电后的保护电路以及电气控制停车的保护电路及其保护方法，该方法通过新的电气控制思路，防止顶管机齿条在运动过程中遭遇突然断电后的失控，通过完善的备用电源及元器件冗余设计，按照各种元器件损坏及电源断电的各种可能性针对性的设计相应方案。该技术能够有效地解决任何原因引起的意外停机，齿条都能稳定可靠的受控停车，从而达到避免飞车事故发生的目的。附图说明图1为本专利技术实施例提供的顶管机齿条电气保护电路结构示意图。图标记说明：1-变压器；2-进线断路器；3-直流调速装置；4-快速断路器；5-制动电阻；6-旁通开关；7-PLC控制系统；8-备用PLC系统；9-UPS电源；K1-励磁电源；K2-备用励磁电源；K3-失磁检测装置；M-电机电枢。10-进线电源；11-能耗制动电路；12-PLC系统冗余电路；13-励磁电源冗余电路；14-UPS电路。具体实施方式下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。各个示例通过本专利技术的解释的方式提供而非限制本专利技术。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本专利技术的范围或精神的情况下，可在本专利技术中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本专利技术包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。在本专利技术的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术而不是要求本专利技术必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。本专利技术中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本专利技术的目的在于如何提供一种顶管机齿条电器控制保护电路，使其在意外情况下实现快速制动，防止重大设备及人身安全事故的发生，应用于顶管机类似的电机拖动齿条往复运动且无机械制动设备的电气控制。因顶管机工艺对加速度要求极高，且发生故障停机时必须也能实现减速停车，经技术性能对比及综合考虑，本专利技术主电机最终选用两台直流电机。直流电机的制动方式有三种：能耗制动、反接制动、反馈制动。当直流调速装置故障时，电机是处于自由停车状态，会造成齿条不受控以高速惯性发生重大意外，如何实现电机的制动以及使用哪种制动方式合适，是本申请设计时必须面对的问题。但是无论哪种制动方式，如何保证直流电机的励磁电压存在，还有如何保证在出现异常时制动方式切换的各类执行元件的控制电源正常可靠，是本专利技术需要解决本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种顶管机齿条电气控制保护电路，其特征在于，该保护电路包括能耗制动电路、励磁电源冗余电路、PLC系统冗余电路和UPS电路；其中，所述能耗制动电路包括直流调速装置与电机电枢连接形成的主回路，于所述主回路上设有快速断路器以及旁路；所述旁路与所述直流调速装置并联；所述励磁电源冗余电路包括多个励磁电源，多个所述励磁电源彼此并联后再串联于所述UPS电路与所述电机的励磁回路之间；其中所述励磁电源与所述电机的励磁回路之间串联有失磁检测装置，用于检测与其串联的所述励磁电源是否正常；所述PLC系统冗余电路包括相互信号连接的多个PLC控制系统，多个所述PLC控制系统互为冗余，所述PLC控制系统与顶管机齿条电气控制保护电路的所述能耗制动电路、所述励磁电源冗余电路和所述UPS电路都有连接；所述UPS电路包括UPS电源，所述UPS电源分别与所述励磁电源、所述PLC控制系统连接，用于为所述保护电路断电时供电。

【技术特征摘要】
1.一种顶管机齿条电气控制保护电路，其特征在于，该保护电路包括能耗制动电路、励磁电源冗余电路、PLC系统冗余电路和UPS电路；其中，所述能耗制动电路包括直流调速装置与电机电枢连接形成的主回路，于所述主回路上设有快速断路器以及旁路；所述旁路与所述直流调速装置并联；所述励磁电源冗余电路包括多个励磁电源，多个所述励磁电源彼此并联后再串联于所述UPS电路与所述电机的励磁回路之间；其中所述励磁电源与所述电机的励磁回路之间串联有失磁检测装置，用于检测与其串联的所述励磁电源是否正常；所述PLC系统冗余电路包括相互信号连接的多个PLC控制系统，多个所述PLC控制系统互为冗余，所述PLC控制系统与顶管机齿条电气控制保护电路的所述能耗制动电路、所述励磁电源冗余电路和所述UPS电路都有连接；所述UPS电路包括UPS电源，所述UPS电源分别与所述励磁电源、所述PLC控制系统连接，用于为所述保护电路断电时供电。2.根据权利要求1所述的顶管机齿条电气控制保护电路，其特征在于，所述旁路包括与直流调速装置并联连接的旁通开关和制动电阻。3.根据权利要求1所述的顶管机齿条电气控制保护电路，其特征在于，所述励磁电源冗余电路包括一个所述励磁电源和一个备用励磁电源，所述励磁电源与所述备用励磁电源并联后再与所述失磁检测装置串联。4.根据权利要求1所述的顶管机齿条电气控制保护电路，其特征在于，所述PLC系统冗余电路包括一个所述PLC系统和一个备用PLC系统，所述PLC系统和所述备用PLC系统并联后再与所述直流调速装置、所述快速断路器、所述旁通开关、所述励磁电源冗余电路相连。5.一种顶管机齿条电气控制保护电路保护方法，其特征在于，该保护电路为权利要求1-4任一项所述的顶管机齿条电气控制保护电路，所述保护方法包括：能耗制动保护法、备用励磁保护法、...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱文峰，王成，郑文波，
申请(专利权)人：湖北新冶钢特种钢管有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42