大型矿井提升机电控系统介绍.ppt

大型矿井提升机中压交直交变频调速电控系统中压交交变频调速电控系统,创新，让煤矿更安全！,矿井提升机电控系统现状,工业自动化技术发展很快，曾占据提升机电控系统主要地位的转子串电阻调速系统在不到十年时间里从鼎盛走向了淘汰；矿井提升机电控系统普遍进入了系统网络化、操作自动化、安全多重冗余、高效节能的时代。,采用PLC（可编程控制器）控制系统和数字化的传动系统。,传动系统包括交流变频调速系统和直流调速系统，交流变频调速系统包括交直交变频调速系统和交交变频调速系统。,大型提升机电控系统（主电机功率大于2600KW）多采用中压交流变频调速系统，包括：中压交-直-交变频调速电控系统和中压交-交变频调速系统。,中压交直交变频调速系统,中压交-直-交变频调速系统以SIEMENS公司SM150为例，主回路采用了中性点钳位型三电平结构，使用比IGBT损耗更小的IGCT功率器件。以最少的功率器件实现了大功率提升机的电气拖动和调速，调速性能好、可靠性高、谐波小、功率因数高。是目前大容量矿井提升机电控系统中的高端产品，代表了世界上当前矿井提升机自动化领域的先进技术水平。,中压交直交变频调速系统性能参数,1、SM150中压交-直-交变频传动系统参数：额定输出电压3.3kV最大持续功率（无过载能力）：1030MVA额定功率（175%过载能力）：517MVA调速方式：高压交-直-交变频调速（矢量控制方式）输出电压：0-3.3KV连续变频器形式：三电平（主功率器件为IGCT）冷却方式：水冷2、配套提升机类型：多绳摩擦式矿井提升机；3、配套主电机：额定电压为3.3KV的低速同步电动机，与卷筒直连；,SM150中压交直交变频系统主回路,SM150中压交直交变频系统,6脉动/12脉动整流谐波幅值,有源前端谐波幅值,变频器应用先进的高性能矢量控制原理。带有源前端(AFE)的交-直-交变频器，基本没有谐波畸变和无功功率损耗。有效的解决了电力电子器件耐压不够高的问题，开关器件所承受的关断电压被限制在直流中间回路电压的一半。三电平逆变器输出负载电压电平数高于二电平逆变器，输出波形质量有较大改善，减少dv/dt对电动机绝缘的冲击。使用IGCT具有极低的开关损耗。电网端带能量回馈控制使得功率因数可调，可保证系统主回路对电网的功率因数优于0.95。采用水冷却方式以使整个结构更加紧凑。由于使用了高阻抗变压器以对电流限制，所以变频器采用了无熔断丝设计,SM150交直交变频器主要特点,中压交-交变频调速系统,中压交-交变频调速系统以SIEMENS公司产品为例，主回路采用了可控硅整流方式，调速性能好、容易实现低速大转矩拖动。经过多年使用证明，该系列产品成熟可靠，是目前大容量矿井提升机电控系统中的运用最多的产品。,中压交-交变频调速系统性能参数,1、中压交-交变频传动系统参数：额定输出电压1000-1650VAC适用主电机额定功率（175%过载能力）：2600KVA以上调速方式：矢量控制方式输出电压：0-1.65KV连续变频器形式：可控硅整流冷却方式：风冷2、配套提升机类型：多绳摩擦式矿井提升机；3、配套主电机：额定电压为1KV-1.65KV的低速同步电动机，与卷筒直连；,中压交-交变频调速系统主回路,中压交-交变频调速系统,变频器应用先进的高性能矢量控制原理。系统结构单一，简洁：系统的主回路功率元器件只有可控硅和熔断器。对用户技术人员的掌握和维护方面的要求并不比直流传动系统高出多少来。对使用者来说，其为维持日常生产而所需配备的备件种类和数量要比交直交传动系统要少。而且国内有一些工程公司和研究单位已经能够掌握系统的维护工作。交交变频传动系统，最适合运行的场合为：低速，大转矩输出场合（比如说在010Hz，尤其是在03Hz）；而矿井提升机恰恰就为低速大转矩的应用场合。,中压交-交变频调速系统主要特点,6脉动运行在紧急情况下（如一侧，即一路6脉冲回路的高压开关柜、或变压器、或交交变频器损坏的情况下），系统可以通过方案中提供的切换开关将患侧设备甩掉，使电机的两个绕组串联起来，并联接至健全侧的设备，从而使系统以全载半速的方式将罐笼提升到位。在患侧设备未恢复之前，系统可以以这种方式长期运行而不会对设备造成不利影响。这种功能及配置方式可以极大地提升整个系统的可用性。,中压交-交变频调速系统主要特点,矿井提升机中压交-直-交变频调速电控系统矿井提升机中压交-交变频调速电控系统控制系统介绍,PLC控制系统网络图,PLC控制系统原理图,PLC控制系统为两路：第一路为：提升机工艺控制、监控系统。构成方式为：S7400-PLC+FM458-1DP+ET200。负责提升机控制和监控功能，以及与传动、信号等的连接。第二路为：提升机监控系统，构成方式为：S7400-PLC+FM458-1DP+ET200。提供独立的一套提升机监控功能。,PLC控制系统特点,PLC主要用来实现逻辑连锁控制和保护功能。S7-400是西门子公司生产的高端PLC系列，其在处理时间，处理精度，容错能力，故障率，扩展能力，通讯能力，易用性等方面均具有很高的优越性。FM458是针对某些行业对自动化和工艺控制要求比较高的场合下而开发的64位处理器。高浮点运算能力和程序固定时间处理能力充分满足了矿山等行业对工艺控制的准确性与实时性的要求。FM458主要用来实现工艺控制，比如位置、井筒开关信号检测，行程控制，速度控制，工艺控制等。所有远程信号采集和控制均采用Profibus通讯方式进行，在远程站放置ET200装置。这种分布式网络控制方式布线简单，拓扑扩展方便，减少了现场接线，维护方便，故障率低，为设备生产和故障处理争取了大量的时间和人力。,PLC控制系统特点,位置、速度、转矩三闭环控制（1）位置控制：提升控制工艺中位置决定了速度，位置给定值决定了速度给定值。通过轴编码器反馈回来的实际位置信号，实时调整速度给定值，确保提升机完全按照设计曲线运行。同时根据反馈回来的位置值来判断何时停车，实现精确停车。（2）速度控制：西门子提升系统为全数字控制，闭环无级调速。由于加入了冲力值（加速度的导数）控制，使得在速度的拐角处实现了S弧线，减少了对钢丝绳和机械设备的冲击和磨损。速度的精确检测和闭环控制，实现了在速度为0的情况下施工作闸停车，改变了传统方式下的靠停车开关停车，靠磨闸瓦停车。（3）转矩控制：西门子高性能的传动装置确保了转矩的静态精度和动态响应。力矩预置功能保证了提升机启动时不会下坠或上蹿，启动平滑。力矩保持功能保证了零速停车施闸时提升机不会倒溜。减少了启动和停车时对机械设备的冲击和闸瓦的磨损。三闭环的控制方式使系统能严格按照设定曲线运行，全数字的闭环控制方式使停车位置准确，不依赖停车开关停车，减少了故障点，自动化程度高，减少了系统运行过程中人工的参与。,PLC控制系统特点,提升机控制工艺复杂，设备之间连锁较多，对实时性和安全性要求甚高。提升机控制系统把安全可靠性摆在第一位。所有的与安全有关的现场设备信号分别进入主控、监控系统进行连锁比较，任意一个系统发现故障信号时立即采取相应措施，有效避免了单PLC系统可能发生的信号误采集，CPU自身运算错误等故障发生。主控PLC、监控PLC系统在工艺控制功能上实行双路独立信号采集、状态判断、实时运算、控制指令生成等，再进行互相比较的方式，确保了控制的每一步都是安全的。,操作方式,手动控制方式：司机用操作手柄控制提升速度，但受位置限制。半自动控制：司机在提升机房的操作台按钮操作，提升机进行半自动运行。自动控制：提升机电控在收到井筒打点信号后，提升机进行自动运行。检修运行：低速检查井筒及钢丝绳，只允许手动操作，速度0.30.5m/s。紧急操作：控制及监控系统出现局部故障时，通过屏蔽某些故障，在安全回路仍能合上的前提下，提升系统应能用手动应急方式(速度限定在1.5m/s以内)完成本次提升，但在故障未排除之前无法再次启动提升机。,安全回路,制动器立即动作的安全回路（主要）：提升容器过卷；高、低压电源断电及缺相故障；主回路过电压或接地；电枢过电流；励磁回路失电源、过电流、磁场失磁；位置控制装置故障；变频装置故障；减速段超速10%及超最高速度15%；微机故障；,制动油路系统故障；钢丝绳打滑超