WKLF-400系列励磁装置上位机通讯手册js400004C
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同步电动机励磁系统故障排查及处理作者:***来源:《机电信息》2020年第15期摘要:对同步电动机励磁系统原理和常见故障分析及处理进行了叙述,并指出了励磁系统运行维护应注意的事项。
关键词:同步电动机;励磁;故障0 引言励磁系统是同步电动机的重要组成部分,其对于同步电动机的运行起着极其重要的作用。
某石化企业加氢装置现有7台大型压缩机组,配套的同步电动机均选用了WKLF-400系列微机控制无刷同步电动机励磁系统。
1 同步电动机励磁系统工作原理整套励磁系统由旋转励磁和静态励磁两部分组成。
旋转励磁部分安装在主电机轴上,每套旋转励磁包括1个控制模块、3个整流模块、1个启动模块和8个电阻模块,其电气原理图如图1所示。
静态励磁部分主要是由励磁调节器、励磁变压器、功率单元、电源系统和测量元件、显示面板组成的静态励磁柜,安装在非防爆场所。
其核心控制单元为微机控制同步电动机励磁调节器,具有双套调节器自动跟踪和故障自动切换(调节器双冗余)的技术性能。
静态励磁装置的功率单元采用IGBT斩波方式,并配置有IGBT控制电阻灭磁电路。
其电气原理图如图2所示。
2 静态励磁系统故障排查及处理2.1 案例分析(1)故障现象:2013-03-08T07:59,新氢压缩机108-K-101B电机开关故障跳闸,现场6 kV开关柜综保显示“过负荷反时限跳闸”,动作电流为580 A(额定电流290 A,保护定值348 A);励磁柜控制面板“励磁故障”指示灯亮,故障录波显示电机定子电流增至580 A,延时65 s 后跳闸,跳闸前电机电流呈现周期性波动波形。
(2)故障排查处理:检查同步电动机和励磁输出电缆的绝缘电阻均合格;对6 kV馈电柜模拟“过电流保护动作”试验,动作情况与故障录波一致;检查励磁柜励磁回路接线,发现励磁正极输出接线端子有松动现象,同时全面检查和紧固励磁回路接线;对励磁系统进行调试试验、检查均正常;检查励磁机本体及本体接线端子正常。
同步机及励磁装置操作法编写:______________校核:______________审核:______________批准:______________电气车间第一章编制说明为了规范气化M1101C磨煤机电气部分的操作步骤,保证其安全顺利的实现开停车,特编制本操作规范。
一、该操作规范适用于我公司气化车间煤浆制备工段M1101C磨煤机(1600KW)。
二、磨煤机是该工段及整个工艺流程的重要设备,因生产及工艺要求需要,采用同步电动机组提供动力。
三、同步电动机是转子转速与定子旋转磁场的转速相同的交流电动机,其具有:转速恒定、输出力矩大、过载能力强、功率因数可调、可实现无功补偿、凸极机转速低、可与负载直接相连,去除了减速装置等优点。
但也有启动困难、控制回路复杂、操作麻烦等缺点。
四、转子直流励磁装置存在着结构较复杂,故障率偏高(占机组故障比例),一但出现问题,波及生产,影响系统长周期稳定运行等一系列问题。
五、M1101C磨煤机励磁装置采用北京前锋科技有限公司的WKLF-102型微机全控励磁装置。
六、同步电动机组采用凸极式同步电动机TDMK1600-30。
七、同步电动机组微机保护装置采用国电南瑞RCS-9641B微机保护装置。
第二章励磁装置的介绍1、装置的操作界面1.1仪表、显示、操作面板1.1.1 仪表:定子电流表:定子电流指示。
励磁电压表:装置输出直流励磁电压指示。
励磁电流表:装置输出直流励磁电流指示。
1.1.2 指示灯:电机运行灯: 电机高压断路器合闸时,指示灯亮。
励磁故障灯:装置报警及跳车,指示灯亮。
励磁工作灯:SB1“工作/调试”按钮切至工作位时,指示灯亮。
直流电源灯:装置直流220V电源灯,有电时灯亮。
交流电源灯:装置交流220V电源灯,有电时灯亮(检测的是空气开关QF1上口电压)。
1.1.3 按钮:调试/工作:对装置进行调试操作时切至“调试”位,“励磁工作”指示灯不亮;励磁装置调试完毕允许开车时切至“工作”位,“励磁工作”指示灯亮。
WKLF-600系列变频起动无刷同步电动机交流励磁装置技术性能介绍文档编号:JS600001B北京前锋科技有限公司概述大型同步电动机由于软起动或工艺调速要求变频器驱动时,传统的直流励磁交流励磁机系统在主电机低转速特别是零转速时无法给主电机提供有效励磁,因而无法满足主电机变频起动及低转速运行的要求。
国外同类励磁系统普遍采用定、转子绕线式交流励磁机系统,励磁机定、转子均为空间分布三相绕组,定子绕组在外接三相交流励磁电源时产生旋转磁场,且其旋转方向被设计为与主电机旋转方向相反,旋转速度Ns由励磁电源频率及励磁机定子绕组的极对数决定;主电机静止时,励磁机转子绕组以Ns相对转速切割磁场;主电机以转速N旋转时,励磁机转子绕组以Ns+N相对转速切割磁场;因此不论主电机是否转动,励磁机转子均能产生励磁电压,从而给主电机提供持续有效的励磁。
我公司从2004年初开始着手研发基于32位DSP处理器的新一代同步电机励磁系统,以全面替代于90年代中期研制的以单片机为核心处理器的励磁系统。
其中以Excitrol-100调节器为控制单元的WKLF-100型同步电动机励磁装置于2005年11月通过了电力工业电力设备与仪表质量检验测试中心的动态模拟试验及型式试验检测,首台产品于2006年3月投入首钢动力厂工业现场考核运行;该项目获得了2006年度北京市中小企业科技创新基金无偿支持。
在Excitrol-100调节器软、硬件平台上,进一步研发了专用于变频器配套的WKLF-112B型励磁装置,以及能满足变频器及工频起动、运行多种功能结合的WKLF-112型多功能励磁装置;其中WKLF-112型励磁装置于2009年5月通过了TMEIC东京工厂测试。
2007年末,我公司研制成功Excitrol-400调节器,并以此为控制单元推出了WKLF-402型无刷同步电动机励磁产品。
2009年初,我公司研制成功Excitrol-500调节器,在此基础上推出了WKLF-502系列无刷同步发电机励磁装置;同时通过了电力工业电力设备与仪表质量检验测试中心的动态模拟试验、型式试验及模型辩识试验检测。
40505W-M通讯协议使用说明K L400400通讯协议使用说明V2.0Version Day Description V1.1 2013年10月15日40505W-M固件指令使用说明V1.2 2013年12月19日添加IO控制指令V2.0 2014年5月20日修改Read, Write, Lock, Kill等指令,不带有PC和EPC数据段;增加NXP标签特有指令如Change EAS,EAS_Alarm等KL3004001. 目录 (3)KL300/4002. 40505W-M芯片内部MCU简介 (6)3. 固件指令简介 (8)3.1. 指令帧格式 (8)3.2. 指令帧类型 (8)4. 固件指令定义 (9)4.1. 获取读写器模块信息 (9)4.2. 单次轮询指令 (10)4.3. 多次轮询指令 (11)4.4. 停止多次轮询指令 (12)4.5. 设置Select参数指令 (13)4.6. 设置Select模式 (14)4.7. 读标签数据存储区 (15)4.8. 写标签数据存储区 (17)4.9. 锁定Lock标签数据存储区 (19)4.10. 灭活Kill标签 (22)4.11. 获取Query参数 (24)4.12. 设置Query参数 (25)4.13. 设置工作地区 (26)4.14. 设置工作信道 (27)4.15. 获取工作信道 (28)4.16. 设置自动跳频 (29)4.17. 获取发射功率 (30)4.18. 设置发射功率 (31)4.19. 设置发射连续载波 (32)4.20. 获取接收解调器参数 (33)4.21. 设置接收解调器参数 (34)4.22. 测试射频输入端阻塞信号 (36)4.23. 测试信道RSSI (37)4.24. 控制IO端口 (38)4.25. NXP ReadProtect/Reset ReadProtect指令 (40)4.26. NXP Change EAS指令 (42)4.27. NXP EAS_Alarm指令 (44)5. 指令总结 (45)6. 命令帧执行失败的响应帧总结 (46)2. KL300/400内部MCU简介KL300/400芯片内置有8位8051 MCU,256Byte内部存储器和16Kbyte程序存储器和3个定时器(Timer2用于波特率发生器,Timer0用于跳频时序控制,Timer1可以供用户使用)。
目录第一章概述主要特点 (3)技术性能指标 (4)励磁保护和限制功能 (5)型号及使用范围 (6)第二章硬件组成及工作原理综述 (7)硬件构成 (8)第三章软件功能主调度程序 (14)主控制程序 (14)第四章操作说明键盘与显示 (19)就地操作开关说明 (24)主控操作开关说明 (25)运行指南 (25)日常维护 (27)大小修项目 (27)第五章各类装置的组成说明 (29)第六章其它使用条件 (31)订货须知 (31)附图 (31)第一章概述随着电力系统的发展,发电机单机容量的增加,对发电机励磁控制系统提出了更高的要求。
除维持发电机电压水平外,还要求励磁控制系统能对电力系统的静态和暂态稳定起作用。
在提高励磁控制系统的可靠性及实现复杂控制规律的控制方面,微机型励磁调节器具有明显的优势。
近年来微处理机发展迅速,应用技术日趋成熟,为微机型自动励磁调节器的开发提供了坚实的技术基础。
目前,在我国中小型同步发电机组中,采用的励磁方式大致有两种:一种是采用直流励磁机励磁方式,这是一种较为古老的方式,虽然原理简单,但运转噪音高,反应速度慢,故障率高,整流子和炭刷维护困难,而且维修期长,已远远不能满足现代电网对发电机励磁提出的要求,目前已有逐渐被取代的趋势;另一种方式是以半导体整流器为励磁功率单元,与调节器共同组成的所谓半导体励磁系统。
采用此种方式,使用灵活,反应速度快,便于维修的特点,它已成为同步发电机励磁的发展方向。
而其中全静态自并励以其旋转设备少,可靠性高,响应速度快等被广泛接受。
目前,我国正在生产和使用的半导体励磁装置大多采用七十年代的模拟控制技术,设计线路复杂,元件较多,装置的整体性能不高,调试步骤繁多,参数难以精确整定,且存在无法解决的零漂温漂等问题,维修困难,必须由具有相当专业素质的人员才能胜任这些工作。
为尽快提高我国发电机组的运行水平,满足越来越大的电网对励磁系统所提出的越来越高的要求,我们研制了WKKL-4系列数字式同步发电机励磁装置。
WKLF-400系列无刷同步电动机微机励磁装置 上位机通讯手册文档编号:JS400004C北京前锋科技有限公司目录1、概述 (1)2、与上位机通讯的配置 (1)2.1通讯配置界面 (1)2.3从站地址设址 (3)3、与上位机通讯的软件规约 (4)3.1规约原则 (4)3.2传输模式 (4)3.3 Modbus数据包结构 (5)3.5其它 (6)3.6数据包格式 (6)4、样例代码(以从机地址设置02为例): (8)5、附录一:WKLF-400系列励磁装置后台通讯寄存器地址定义一览表 (9)6、附录二:WKLF-402励磁装置后台通讯计算机组态参考显示界面 (15)JS400004C 北京前锋科技有限公司IJS400004C 北京前锋科技有限公司11、概述本文着重描述WKLF-400系列励磁装置与上位机通讯的软、硬件协议。
WKLF-400系列励磁装置与上位机通讯遵循MODBUS-RTU 规约。
通讯内容包括:(1)允许上位机对WKLF-400系列装置已定义的寄存器进行远方测量。
(2)允许上位机对WKLF-400系列装置已定义的寄存器进行远方操作。
2、与上位机通讯的配置WKLF-400系列励磁装置与上位机通讯接口端子位于励磁装置对外接线端子X5上,为RS -485标准接口。
若用户配备有多台励磁装置,可用两线制(RS485A(+),RS485B(-))方式将多台装置的通讯口并联,形成总线连至上位机。
装置内部配线已将两套调节器的后台通讯接口并联后连接到外接线端子X5。
2.1通讯配置界面本励磁系统上位机通讯设置可通过液晶触摸屏面板或外接计算机运行Excitrol_soft 软件设置通讯投入/退出、通讯方式、从站地址和通讯波特率等。
图1:通过触摸屏配置后台通讯图2:通过PC机配置后台通讯注:较早前产品可能使用5.7寸触摸屏,操作界面与图1有较大差异,请使用B版本文件。
2.2通讯控制RS485后台通讯的启、停可通过设置“RS485通讯”为“允许”或“禁止”实现,在修改任何与后台通讯相关的配置参数时,应先将“RS485通讯”设置为“禁止”,然后再修改如RS485通讯模式、从站地址或波特率;修改完毕后再将“RS485通讯”设置为“允许”。
上述操作中,若使用PC机界面,在每一步骤后均需点击确认键将参数下传至调节器。
“RS485模式”用于设置是否允许后台上位机系统对励磁系统进行远方操作,设置为“遥测”时,只允许后台上位机对励磁系统进行监测,所有对励磁的远程操作功能均被禁止。
该功能还受控于励磁装置仪表盘上的“远方/就地”旋钮,当该旋钮处于“就地”位时也同样只允许后台上位机对励磁系统进行监测。
“校时来源”用于设置选择励磁调节器内部实时时钟的校准时钟数据来源于就地的触摸JS400004C 北京前锋科技有限公司2屏面板或后台计算机;默认设置为“就地”,触摸屏面板间隔约25秒给调节器下载一次时标;在后台计算机设置有相应的校时程序时,可设置“校时来源”为“后台”,此时若调节器为主机,每收到一次来自后台计算机的完整的校时报文都会自动刷新内部实时时钟。
调节器为备机时,内部实时时钟通过双机通讯从主机调节器获取,就地或后台校时无效。
2.3从站地址设址由于采用标准Modbus-RTU规约,所有励磁设备作为Modbus从站并联于RS485总线,同一总线上的装置地址号不允许相同,可配置的地址范围介于2~247之间。
由于本系列励磁装置配有双套励磁调节器,装置内部已将两套调节器的RS485通讯口并联,所以用户在实际用到时须给两套调节器分配不同的从站地址。
该参数的出厂默认值为调节器序列号的最后两位数值。
对于配置Ver1.12及以后版本的WKLF-4×2型装置,允许将双套调节器设置相同的后台通讯从站地址,此时,只有双套调节器中的主机运行调节器响应后台通讯;双套调节器在发生主、备机运行切换时,对后台通讯响应的物理调节器位置也随之切换,在配置后台系统组态时可将双套调节器视为一体;从而简化后台组态的工作量。
对于上述软件版本以前的励磁装置,由于不支持双套励磁调节器配置相同从站地址,需要对两套调节器分别进行通讯参数设置,并占用两个从站地址;配置上述软件及以后版本的装置,也可人为将双套调节器设置成不同的两个从站地址。
此时,双套调节器独立响应后台通讯,在后台监控软件组态时应考虑这两个地址来自于同一台励磁装置,必要时应将某些功能进行组合;在后台计算机参考显示界面中,主界面的数据同时取自(或发送至)同一台励磁装置的两个从站地址不同的励磁调节器。
2.4 波特率设置用于设置与上位机通讯的波特率,可设置参数为1200、2400、4800、9600、19200和38400 ,单位为位/秒。
所有并联于同一总线的从站设备必须设置相同的波特率,并与后台计算机保持一致。
该参数的出厂默认值为19200位/秒。
3JS400004C 北京前锋科技有限公司2.5 终端偏置电阻励磁调节器只应设置唯一一台调节器的SW2-2=ON,其余调节器SW2-2=OFF。
有些RS485网络的其他设备已配置有终端偏置电阻,此时所有励磁调节器均应设置SW2-2=OFF。
微动开关SW1和SW2对调节器的运行至关重要,改变SW2-2的开关状态时应特别谨慎,切不可改变其他三个微动开关的设置状态。
3、与上位机通讯的软件规约3.1规约原则上位通讯主机与励磁装置通过RS-485串行通讯网络进行通讯,且遵循下列原则。
a、采用主从通讯模式,一个Modbus主机最多可与32个从机进行数据传递。
b、在通讯网络上由主机初始化且控制所有数据的传递。
c、在任何情况下,从机都不会主动地开始一次通讯序列。
d、在RS-485网络上,所有通讯都以一种“数据包”的形式出现。
每个数据包可看成是每字节8位数据的串行数据流,在每个数据包中最多可包含128个字节。
每个字节由异步串行数据位构成,类似于常用的RS-232C数据模式。
3.2传输模式Modbus规约支持ASCⅡ和RTU两种模式,在本系统中只使用RTU模式,由一个起始位、八位数据位,和一位停止位组成,无奇偶校验位。
JS400004C 北京前锋科技有限公司43.3 Modbus数据包结构每一个数据包均包含以下四个部分地址区功能码区数据区校验码区3.3.1地址区地址区由一字节数据构成,用以区分主机发出的数据包应该传送给哪个从机。
地址范围介于2~247之间。
只有具有与该地址相同地址的从机,才能被选中执行在数据包中规定的命令。
3.3.2功能码区功能码区包括一个字节,用以通知被选中的从机,该执行何种功能操作。
本装置支持三种Modbus功能模式。
a、功能码03,读保持寄存器,用以获得励磁装置中一个或多个保持寄存器的当前值。
b、功能码06,写扩展寄存器,用于对励磁系统进行远程操作。
c、功能码16,写多个扩展寄存器,用于对励磁系统进行后台校时。
3.3.3数据区数据区的长度是不定的,它包含有主机请求讯息、从机应主机要求回发的数据以及应答讯息。
在本系统中采用16位无符号整型数据模式,高字节在先,低字节在后。
3.3.4校验码该区提供给接收方以判别数据传输是否出错。
由于本系统使用RTU模式,相应的校验码为CRC-16即16位冗余循环码校验模式。
在发送方,依据地址码、功能码及数据生成CRC-16校验码,并将其置于数据包最末端两字节;接收方则对整个数据包作相同运算,若传输正常则得出结果为零;传输出错得出结果不为零,整个数据包将被忽略。
5JS400004C 北京前锋科技有限公司3.4网络超时判别a、主机请求结束至从机开始响应最大时限,取决于数据包的大小,最小值20ms,最大值1000ms,典型值60ms。
b、从机响应后至下一次主机请求之间的最小时间取决于设备,通常典型时间为100ms。
c、同时一数据包内两字节之这间的最大时间取决于通迅波特率。
3.5其它在本系统中,有效的寄存器地址及操作方式都已做明确定义,在读操作时(功能码03),允许对其中的一个寄存器或同时对多个寄存器进行操作;常规写操作时(功能码06)只能单独对唯一寄存器进行操作;后台校时使用功能码16,应于同一报文同时写入实时时钟的年、月、日、时、分、秒共六个寄存器数值(BCD码)。
各寄存器定义及允许操作方式可参见附表。
若后台计算机主站对励磁装置发出未经定义的功能码或寄存器地址,装置将不予响应或回答意外结果;使用时应严格避免。
在使用06功能码对励磁系统进行远程操作时,每次只允许对寄存器的某一位进行置1操作,励磁调节器接受操作命令后自动将该位清零。
对于双调节器配置的励磁装置,除信号复归及录波器操作外,只有当操作的调节器处于主机运行时才接受来自后台的操作命令。
对于不支持双调节器配置相同从站地址的励磁装置,或人为将双调节器配置成两个不同从站地址的励磁装置;从同一励磁屏A、B两套调节器读取的部分参数可共同显示于主画面(见6.1),并配置为只有当调节器工况为主机时才显示这些参数;由于只有主机才会响应后台的操作命令,主画面中的操作按钮链接的命令可同时下发至A、B套调节器。
3.6数据包格式3.6.1读操作(功能码03)上位机请求励磁系统 励磁系统响应上位机从机地址 (1字节) 从机地址 (1字节)03(功能码) (1字节) 03(功能码) (1字节)起始地址 (2字节) 数据字节数 (1字节)(2×操作寄存器数)操作寄存器数 (2字节) 第一个寄存器当前值(2字节) JS400004C 北京前锋科技有限公司6CRC校验码 (2字节) 第二个寄存器当前值(2字节):CRC校验码 (2字节)3.6.2写操作(功能码06)上位机请求励磁系统 励磁系统响应上位机从机地址 (1字节) 从机地址 (1字节)06(功能码) (1字节) 06(功能码) (1字节)寄存器地址 (2字节) 寄存器地址 (2字节)寄存器内容 (2字节) 寄存器内容 (2字节)CRC校验码 (2字节) CRC校验码 (2字节)3.6.3后台校时写操作(功能码16(0x10))上位机请求励磁系统 励磁系统响应上位机从机地址 (1字节) 从机地址 (1字节)0x10(功能码) (1字节) 0x10(功能码) (1字节)0x0021(寄存器地址) (2字节) 0x0021(寄存器地址) (2字节)0x0006(寄存器字数) (2字节) 0x0006(寄存器字数) (2字节) 0x0C(寄存器字节数) (1字节) CRC 校验码 (2字节)0x00XX(校时写入:秒) (2字节)0x00XX(校时写入:分) (2字节)0x00XX(校时写入:时) (2字节)0x00XX(校时写入:日) (2字节)0x00XX(校时写入:月) (2字节)0xXXXX(校时写入:年) (2字节)CRC 校验码 (2字节)注:“校时写入:年、月、日、时、分、秒”的数值用BCD码表示,如:2007年表示为0x2007,12月表示为0x0012。