防爆绞车电控.doc

ZTK(A)矿用提升机电控装置技术方案一、 执行标准及规范1. GB3836爆炸性气体环境电气设备国家标准2. 煤矿安全规程（2007版）3. GB4796电工电子产品环境条件4. GB50062电力装置的继电保护和自动装置设计规范5. GB50058爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范6. GB4720低压电器设备7. GB50171电气装置安装工程盘、柜及二次回路接线施工及验收规范8. IEC144低压开关和控制设备的外壳防护等级9. ANSI488可编程仪器的数字接口10. ISA55.2过程运算的二进制逻辑图11. ISA55.3过程操作的二进制逻辑图12. ISA55.4仪表回路图二、 ZTK(A)系统概述1. 系统配置1) ZJT型隔爆兼本安智能变频调速装置作为该系统的传动部分所有功率器件为原装进口器件，包括AFE整流回馈单元、逆变器、网侧电抗器、滤波器。控制电机功率200KW。2) KXJ-30/1140(660)A 矿用隔爆兼本安型可编程控制器隔爆控制箱主要包含两套PLC（原装进口）、继电器（日本欧姆龙）、控制板件、开关电源等。两套PLC的作用为：一套作为主控PLC，完成提升控制系统功能；另一套作为数字监控器，完成数字监控系统功能。两者互为备用，符合煤矿安全规程双线制的要求。继电器、控制板件、开关电源的作用为：A、构成控制电路和保护电路；B、实现控制信号与故障信号的隔离与转换；C、形成硬件安全电路，与软件安全电路相互冗余与闭锁；D、完成工作闸、安全闸控制；E构成应急操作回路；F二级制动控制。内置温度巡检仪，实时监测电机三相绕组及轴承温度，提高系统的可靠性。3) TH24矿用本安型操作台 操作台主要包含操作手柄、转换开关、按钮、音响设备，对提升机进行各种操作和控制。4) PB-2矿用隔爆型显示屏包括显示仪表、指示灯、数字深度指示、液晶显示屏，可对提升机的运行状态、故障状态、过程变量进行显示和报警。同时生成速度图、电流趋势图以及运行历史记录。液晶屏内置专家系统，当发生故障时，专家系统根据当前所发生的故障，做出故障可能原因的提示，以便用户及时解决问题。5) GSG1000矿用本安型转速传感器本系统共采用两个本安型计数传感器，用于监测提升机的位置、速度等信号。两个本安型计数传感器分别采样传动系统的起点和终点，独立形成两个位置信号及速度信号，生成等速超速、定点超速、减速超速、限速保护等各种保护，实现保护的双线制。2. 系统基本特点1) 采用先进的无速度传感器矢量控制技术 2) 采用先进的IPM功率模块，功率损耗小，解决了功率器件在防爆箱体内的散热问题。3) 采用AFE自动换向变频技术，将变频器网侧的不可控整流桥换成可控整流桥，对网侧交流电流的大小和相位进行检测，并实行PWM控制，这样使交流输入电流接近正弦波，消除了高次谐波，并使输入电流与电源电压同相位，使系统的功率因数总是接近等于1。当电动机减速制动时，从逆变器返回的再生功率使变频器内直流母线电压升高，变频器内计算机发出指令，使输入电流相位与电源电压相位相反将电动机再生能量反馈到电网中去，实现电动机运行的能量再生制动。4) 全数字控制系统采用双PLC系统，构成“双线制”控制和安全保护。关键电路如安全电路，减速回路等均采用硬软件冗余设计和多样化设计。重大故障如等速超速、减速超速、过卷等故障均采用硬软件冗余设计、并具有三重保护，必要时可用继电器系统运行。5) 系统设计按照安全可靠、技术先进、使用维护方便、经济实用等原则进行方案设计和评审。6) 系统设计符合煤矿安全规程（2007版）有关矿井提升机电控系统设计的规定和用户的特殊要求。特别是在为保证该系统的防爆性能方面，采用隔爆控制箱与本安显示操作台（24VDC，总工作电流小于200mA）相结合，并且外围传感器及行程开关、磁性开关均采用本安型（均为24VDC，工作电流小于20mA）。7) 系统的电磁兼容性符合国家标准。三、 ZJT型隔爆兼本安智能变频调速装置1. 主要技术参数1) 输入电源电压AC660V，频率50Hz；电压允许波动范围-15%+10%；频率允许波动范围2.5%；2) 输出频率范围050Hz连续可调；3) 过载能力1.5IN二分钟，2 IN一分钟；4) 有较高的功率因数COS0.98；5) 低频运转时，有自动转矩提升功能，能保证100%的额定转矩；6) 变频器设有过压、欠压、过流、过载，功率元件过热和电机缺相等保护，设有故障记忆功能，能保留最近10次故障的功能号码和最后一次故障的参数；7) 总谐波含量5。2. 主要技术原理1) 采用全数字无速度传感器矢量控制，使系统调速范围宽，调速精度高，变频器在低频运行时，也保证有100%额定力矩输出。最大转矩为额定转矩的2倍，0.5HZ即可达到1.7倍以上的起动转矩。矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量 (励磁电流) 和产生转矩的电流分量 (转矩电流) 分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。矢量控制方式又有基于转差频率控制的矢量控制方式、无速度传感器矢量控制方式和有速度传感器的矢量控制方式等。这样就可以将一台三相异步电机等效为直流电机来控制，因而获得与直流调速系统同样的静、动态性能。矢量控制算法已被广泛地应用在SIEMENS，AB，GE，Fuji等国际化大公司变频器上。新型矢量控制变频器具备异步电动机参数自动检测、自动辨识、自适应功能，在驱动异步电动机进行正常运转之前可以自动地对异步电动机的参数进行辨识，并根据辨识结果调整控制算法中的有关参数，从而对普通的异步电动机进行有效的矢量控制。2) 采用AFE自换向变频新技术，使提升机在减速段或重物下放操作时系统能自动转入发电反馈状态，使制动更平稳，操作更简单，大大提高了安全可靠性能。3) 网侧变频器采用PWM斩波调制，使输入电流波形为正弦波，大大减小对电网的谐波污染，总谐波电流含量5%。4) 网侧变频器采用单独的CPU实行PID控制，对网侧交流电流的大小和相位进行实时检测并控制，使系统的功率因数总是接近于1。当提升机进入发电状态时能量从逆变器返回到直流母线，系统立即控制交流输入电流的相位与电源电压相位相反，能量回馈至电网。5) 操作简便可靠，司机只用主令控制手把就可以实现提升机的起动、等速、减速、爬行和重物下放时司机操作简便，大大减轻了司机的操作强度。6) 发电反馈，节省电能，当绞车作重物下放操作时，电动机变为发电机状态运行，此时系统能自动将电动机发出的再生能量反馈至供电电网，与原电阻调速系统相比，可节省电能明显。同时，制动力矩增大，保证了提升机下放时的安全性。7) 双加减速时间可根据提人和提物选择改变变频器内的加速度、减速度的不同值8) 采用真空热管散热技术，导热率高，散热效果好。9) 具备变频器谐波治理传统。通用变频器的主电路一般为交-直-交组成，外部输入50Hz的工频电源经三相桥路不可控整流成直流电压信号，经滤波电容滤波及大功率晶体管开关元件逆变为频率可变的交流信号。在整流回路中，输入电流的波形为不规则的矩形波，波形按傅立叶级数分解为基波和各次谐波，电流波形具有以下高次谐波：6k +/- 1，（ k=1,2,3），谐波会带来以下问题：A、干扰电网上其他的用电设备，特别是比较精密的设备；B、谐波引起的额外的损耗须从电网取得，同一设备需功率加大；C、谐波会带来更高的电压尖刺，对设备的绝缘不利；D、增加供电变压器的损耗；E、使无功补偿电容更热。无论是采用串入交流电抗器或直流电抗器，还是采用多重化整流技术，都无法从根本上消除谐波。该变频器由于采用AFE整流回馈系统，输入电流波形为正弦波，从理论上可彻底消除谐波，由于受检测信号的精度和控制精度的影响，在实际应用中仍有少量谐波，于是，匹配各类谐波抑制装置后可将谐波含量降至最小，完全符合国际标准。其中： RFI1（INPUT EMC-FILTER）为输入EMC滤波器，可降低高频电磁干扰，符合国际IEEE通用规定。 MR（MAGNETIC RING）磁环可降低部分高频干扰。 ACLI（INPUT AC-CHOKE）输入电抗器，降低三相电压不平衡，降低输入侧谐波干扰，与输入AFE整流回馈系统配合，完成正弦波输入系统。 INPUT AFE CONVERTER为输入AFE整流回馈单元，与输入电抗器配和，完成正弦波输入系统。 ACLO（OUTPUT AC-CHOKE）输出电抗器，降低电机运行噪声，降低电机发热。四、 控制系统技术特征1. 提升控制系统* 完成提升机自动、手动、检修等运行方式的控制；* 完成提升机逻辑控制与中间闭锁；* 完成传动系统的运行控制与速度给定；* 完成与提升信号系统的控制与相互闭锁；* 完成提升机机械、液压、电气等方面的故障检测、报警、保护功能，对如过卷、等速超速、减速超速等重大故障实行硬软件多重保护；* 完成轴编码器之间的相互监控与断线保护；* 形成硬件安全电路与软件安全电路，两者相互冗余，相互闭锁；* 实现提升机液压制动系统中工作闸与安全闸的控制；* 能对提升机的位置进行测量和数字指示；* 按照故障性质、提升系统故障分为三类：1) 立即安全制动故障：该类故障综合在硬软件安全电路中。安全电路正常时吸合，有急停故障时释放。一旦安全电路释放，就会立即封锁变频器，跳制动油泵，并控制液压系统电磁阀实施安全制动，抱安全闸。主要的安全制动故障有：a、传动系统故障：如主回路和控制回路电源故障；主电机过温、堵转；变频器故障等；b、过卷故障；c、超速故障：如等速超速；减速段定点超速和连续超速等；d、手动紧停故障；e、液压制动系统故障：如制动油泵跳闸；系统油压高等；f、错向保护；g、测速机、轴编码器断线。h、松绳故障。2) 先电气制动、后安全制动故障：这类故障发生后，传动系统会自动进行减速，当速度降到爬行速度时会立即转为紧急制动。这类故障主要有：事故停车，闸瓦磨损。3) 完成本次开车后、不允许再次开车故障：开车前若出现这类故障，则开不起车；若在运行过程中出现，则允许本次开车完成，但不允许下次开车，除非故障解除后。这类故障主要有主电机过温报警；液压站油温过高等。2. 数字监控系统由PLC2构成，其位置检测用的轴编码器采用单独的一台。该设备可完全替代传统的机械式监控器，具有可靠性高、功能强、调试方便等特点。其主要功能如下：* 实现对调速系统以行程为自变量的速度给定，完成绞车位置控制。* 自动生成位置速度包络线曲线，完成绞车速度监控。* 能生成多个软开关点，参与控制和保护。* 与提升控制系统PLC1输出的位置信号和速度信号分别进行比较，当两者偏差过大时立即安全制动。* 形成软件安全电路，并与其他安全电路相互冗余与闭锁。* 在提升控制系统PLC1故障时，能完成有关提升控制。3. 应急操作回路实现双线制控制系统，当某一个PLC及其监测和保护系统出现故障时，可以切换到相应的应急操作系统，完成应急开车，以尽量减少矿方由于故障所造成的停产损失。由于保护系统原来是采用三线制的保护，故当应急运行时只是甩掉了一条安全电路，少了一重保护，仍然满足双线制保护的要求，可以应急运行。由于应急运行时毕竟属于一种非正常的工作方式，故对系统允许的最大速度进行了限制，此时一般设定为半速运行，比如说2m/s。五、 提升信号系统（可选）1. 提升信号的闭锁功能1) 提升信号与提升机控制回路闭锁。即车房接不到信号工发来的提升信号，提升机开不了车。2) 急停信号与提升机安全回路闭锁。当提升机房接到信号工发来的急停信号时，提升机立即施行电气制动。3) 提升信号与井口阻车器闭锁，即阻车器不关闭，发不出提升信号。4) 信号与信号之间闭锁。当上井口信号发出时，其他提升信号发不出（急停和停止除外）只有清零后，方可发出其他提升信号。2. 提升信号的显示功能：（本系统的显示全部采用LED）l 车房显示屏1) 有提升类别的汉字显示，即“人”（提人）、“物”（提物）、“检”（检修）、“慢”（慢车）。2) 有急停信号汉字显示，即“急”和停车信号的显示“0”3) 有提升方向的显示，即“”、“”。4) 有提升指令的数码显示：“2、3、4、5、0”。“2”代表正常速度提，“3”代表正常速度松，“4”代表慢提，“5”代表慢松，“0”代表停车（提升指令数码清零）。5) 有提升勾数的数码显示，最大值“999”。6) 有提升指令三位循环存贮的数字记忆。7) 有备用信号提升指令数码显示。l 上、下车场操作箱显示屏1) 提升类别的汉字显示2) 急停的汉字显示3) 上、下井口提升指令的数码显示4) 备用信号系统的提升信号显示5) 井口设施闭锁状态显示3. 提升信号系统的其他功能1) 提升指令信号为转发。2) 检修时，各种提升信号不受任何闭锁的限制（急停和停止除外）。3) 呼叫装置：在上、下井口信号操作台上，设有呼叫操作钮，只作为信号工之间联络，不对车房。4) 提升类别的选择，由上井口信号操作台通过转换开关完成。5) 提升勾数记忆和提升指令三位存贮的清零由车房完成。6) 急停信号上、下井口操作台均有显示，急停信号清除由车房完成。7) 系统的扩音通讯操作方式：车房上井口下井口，全线通话。8) 使用人车提升时，人车信号可在提升任何地