同忻 六信高压变频技术方案.doc

淮南市六信电控设备有限责任公司技术方案同忻矿副立井提升机配电及控制系统高压变频技术方案淮南市六信电控设备有限责任公司141、概述 矿山提升机是矿井生产的咽喉，对矿井的生产及安全起着非常重要的作用。 传统大多数矿井提升机普遍使用交流绕线式电机转子串电阻调速控制系统，上述调速方式技术落后，且运行效果差，转子串电阻调速产生大量的能耗；占地面积大；控制电路复杂，接触器、电阻器、绕线电机电刷等容易损坏，启动电流大，运行不平稳，噪声大，严重污染环境。随着电气传动技术,尤其是变频调速技术的发展,四象限高压变频调速技术已经基本成熟。研制提升机高压大功率四象限变频调速装置，使提升机在整个运行过程中实现无极变频调速，扩大交流提升机应用范围，提高电控装备水平。一、 技术标准电气设备第二部分：装有电子器件的电控设备”的要求及相应的IEC标准执行(GB37971989)半导体电力变流器：用于调速电气传动系统的一般要求：第一部分：关于直流电动机传动额定值的规定(GB/T3886.1-2001)调速电气传动系统：第1部分：一般要求：低压直流调速电气传动系统额定值的规定(GB/T12668.1-2002)调速电气传动系统：第3部分：产品的电磁兼容性标准及其特定的试验方法(GB/T12668.3-2003)电气设备的抗干扰特性基本测量方法（GB4859-84）电工控制设备造型设计导则（GB/T10217-1988）电工设备结构总技术条件（GB/T15193-1994）电气传动控制设备基本试验方法（GB/T10233-1988）煤矿地面多绳摩擦式提升系统设计规范（MT5021-1997）1.5.2通用标准进口电气设备遵守国际电工委员会IEC标准矿山电力设计规范（GB50070-94）工业过程测量和控制装置的电磁兼容性(GBT13926-1992)3110kV高压配电装置设计规范（GB50060-92）低压配电设计规范(GB50054-95)煤矿安全规程(2011年修订版)冶金地下矿山安全规程（1990年版）金属非金属地下矿山安全规程（GB16424-1996）以上标准均应执行国家或行业最新版本。二、主要技术数据及要求1基本技术参数电机功率: 1000 KW 电压等级： 6 KV转速： 500r/min立井井深: 米最大提升速度: m/s双滚筒直径: m以上参数均有矿方提供。2技术要求 1、整个电控系统分为三个部分：高压变频调速系统、双PLC网络化操作系统、上位监控系统。2、高压变频调速系统采用高压变频器（IGBT、DSP控制），带能量回馈四象限运行，网络化、数字化控制；3、网络化操作系统采用西门子公司S7-300双PLC双线制控制，含提升机数字深度指示仪，配网络化控制的操纵台；4、上位监控系统采用台湾研华进口工控机系统含大屏幕彩色显示器；5、满足煤矿安全规程中有关保护装置的要求。6、系统为PLC+高压变频调速方式，实现速度环节和保护环节的双线控制。7、具有自检测故障点功能，有不少于24小时的故障记忆功能。三电控系统设计及电控设备成套范围1电控系统总体设计方案1.1、 提升机电控系统采用PLC系列新型电控系统并根据实际情况做相应的修改。1.2、 采用山东新风光或北京利德华福的系列高压变频器。1.3、 主令控制柜PLC选用西门子公司原装的S7-300产品。1.4、 操作、监控和安全保护系统选用原装进口可编程控制器。1.5、 操作和安全保护系统选用两套不同配置的Siemens公司的S7-300系列可编程控制器。主辅PLC之间相互通讯及监视，操作过程实现双线控制方式，对提升机运行关键的信号（如速度、容器位置、安全、减速、过卷等等）均采用多重保护，互为监视。1.6、 4)PLC操作控制系统能完成提升机手动、半自动、检修、紧急等各种运行方式的控制要求等。控制系统根据提升容器的位置与去向及提升种类，自动选取最大的运行速度，提高系统的运行效率。1.7、 手动操作：司机根据信号系统情况，通过速度给定器件控制提升在额定速度以下任意速度运行，自动减速、自动准确停车，同时要受到行程控制器的限制。1.8、 半自动操作：在半自动运行逻辑具备条件时，司机根据系统情况通过按钮开车，让提升机完成一个提升循环，并具安全联锁；具有自动选择去向，确定运行速度等功能，自动加速、自动减速、自动准确停车。1.9、 检修操作：检修速度：0.51m/s。检修时手动开车。1.10、 紧急操作：在任何运行方式下，司机通过急停按钮或脚踏开关可实施急停操作。1.11、故障开车：当高压变频器一相的某个功率单元出现故障时，可以通过高压变频器功率单元本身的旁路开关短接有故障的功率单元，提升机可以实现本次提升正常开车1.12、 具有三条安全保护回路，其中，软件安全回路两条、硬件安全回路一条，关键环节采用三重或多重保护，比如过卷、超速、2米定点超速等。多条安全保护回路之间互相冗余，保证矿山设备的高效、安全运转。硬件安全回路包括减速、超速、限速、过卷保护。1.13、上位监控配置原装工控机，键盘、彩显以完成对提升机运行状态、参数、故障进行监控和数据存储。2系统主要设备配置：6kv高压变频电控系统主要由供电和控制两大部分组成，供电主要有1台6kv二进一出高压进线开关柜和二台所变柜组成，为现场提供高低压电。高压进线柜到高压高压变频器，高压变频器驱动电机。所变柜内有6/0.4变压器，双回路到SA电源柜，SA电源柜控制液压，润滑及风机电器。控制主要由SA电源柜、PA操作台和各外围信号点组成。PLC主要完成三个方面的内容，一是信号的采集、二是信息处理、三是处理输出。软硬件二条安全回路确保提升机安全的运行。下面我们来介绍下整个电控系统的组成部分。供电系统图如下：2.1、高压开关柜供电部分的高压进线开关柜具有以下特点1）6KV双回路隔离开关进线；2）VS1真空断路器进行线路分断；3）设有电压表及指示灯指示高压，设有电流表指示负载电流，表及灯 安装于柜面上，便于观察；4）设有有功功率率表和无功功率表，指示负载功率情况；5）配置SP9006型智能操控装置。反应一次回路模拟图、开关状态、断路器位置、接地刀闸位置、高压带电指示、高压带电闭锁及温度湿度控制等功能。6）配置微机综合保护装置。2.2高压变频调速系统1、高压变频器。高压变频器系统由移相变压器、功率单元和控制器组成。1.1高压提升变频调速器采用最新型IGBT为主控器件，全数字化，彩色液晶触摸屏控制，以高可靠性、易操作、高性能为设计目标的优质变频调速器，采用先进的矢量控制变频调速技术完成提升机的四象限运行，用于鼠笼式电机或绕线式转子串电阻电机控制，即可用于新矿井安装，也可用于老矿井改造。采用若干个低压逆变器功率单元串联的方式实现直接高压输出，所用的10kv高压提升变频器，变压器有18组付边绕组，分为10个功率单元相，三相共30个单元，采用36脉冲整流，输入端的谐波成分远低于国标规定 ，高压提升变频器系统结构如图1所示。图1 高压提升变频器系统结构图 1.2功率单元功率单元原理见图2，输入电源端R、S、T接变压器二次线圈的三相低压输出，三相二极管全波整流为直流环节电容充电，电容上的电压提供给由IGBT组成的单相H形桥式逆变电路。图2功率单元原理图功率单元通过光纤接收信号，采用矢量正弦波脉宽调制（PWM）方式，控制Q1Q4IGBT的导通和关断，输出单相脉宽调制波形。每个单元仅有三种可能的输出电压状态，当Q1和Q4导通时，L1和L2的输出电压状态为1；当Q2和Q3导通时，L1和L2的输出电压状态为-1；当Q1和Q3或者Q2和Q4导通时，L1和L2的输出电压状态为0。输出电压波形见图2.4。功率单元具有有源逆变能量回馈功能，当电机处于制动状态，电容器上的直流电压达到有源逆变启动的门槛电压时，电源自动启动有源逆变，将电机及其负载的机械能转化为电能，回馈到电网中去。1.3输入侧结构输入侧由移相变压器给每个单元供电，每个功率单元都承受电机电流、1/6的相电压、1/18的输出功率。18个单元在变压器上都有自己独立的三相输入绕组。功率单元之间及变压器二次绕组之间相互绝缘。二次绕组采用延边三角形接法，目的是实现多重化，降低输入电流的谐波成分。 图3输入电流波形1.4输出侧结构 输出侧由每个单元的L1、L2输出端子相互串接而成星型接法给电机供电，如图4所示，通过对每个单元的PWM波形进行重组，可得到如图5所示的阶梯PWM波形和图6所示的电流波形。这种波形正弦度好，可减少对电缆和电机的绝缘损坏，电机不需要降额使用，可直接用于旧设备的改造；同时，电机的谐波损耗大大减少，消除了由此引起的机械振动，减小了轴承的机械内应力和电疲劳现象。 图4 6kV电压叠加图 图5 变频器输出的相电压阶梯PWM波形图6 输出电流波形高压变频器功能参数设置方便快捷，为用户提供友好的全中文操作界面，简单易懂。高压变频器具有与电控系统相匹配的各种接口。它接受电控系统的操作命令，包括开停机、正反转、抱闸信号及速度命令，按照操作命令执行。同时它又将运行状态，包括工作频率、电机电流、电压、故障信息随时送给电控系统。变频器本身又将工作信息及工作状态自动记录以备查阅。2.4 SA控制电源柜PLC控制系统1、PLC控制系统由主控PLC系统和安全监视PLC控制系统组成，主控PLC系统完成辅助设备的控制（包括风机、液压站、润滑站等）。完成对所有外部输入信号的运算处理，并通过精确的输出控制，完成提升系统的运行控制。完成对提升机安全状态监控，并对液压制动系统进行正确控制的功能。安全监视PLC控制系统采集外部输入信号，对提升机安全状态进行监控，并与主控PLC系统信号进行比较，保证提升机的运行安全。2、完善、可靠的标准PLC控制程序：各部分控制程序结构严谨、条理清晰、精益求精，现场调试速度快，并可根据现场变化进行灵活的参数修改。3、总安全回路由两条PLC安全监视回路和外部硬件安全监视回路组成多重冗余安全回路。4、网络化通讯连接以及插接电缆设计，使安装、接线不再耗费更多的时间和人力；5、手动、慢动、半自动、全自动、下长材等多种开车方式供司机操作选择，过卷试验、工作闸试验、检修开车等多种方式供日常检测、维护使用。6、司机操作更加方便、安全。短时间培训即可上岗操作，不再需要对司机进行长时间的特别培训。2.4上位机监控系统上位计算机监控系统台湾研华工控机作为上位机，原装双核处理器，1G内存、160G硬盘，高速光驱、21寸液晶彩色显示器，与控制用的PLC通过通讯电缆进行数据通讯；针对工业恶劣环境专门设计，运行可靠；具有硬件时钟功能 ，为各种数据记录提供时间坐标。编程期间，上位计算机作为编程设备，对PLC软件编程，可以以梯形图显示并监视各逻辑回路动作情况；实际运行过程中，对提升机运行过程的动、静态参数及可能危及提升机正常运行的设备进行监测控制，实现全汉字化界面、图表显示，具有对提升机系统发生的轻重故障进行诊断和保存，实现了综合后备保护功能；能显示故障发生的位置、时间、原因以及故障前的有关数据参数；对深度、速度、提升各类信号情况进行实时显示并记录；能查询到提升循环速度图以及故障发生后情况，能显示PLC各接口的动作情况，便于线路维修。同时具有远程诊断功能。具体画面包括1) 安全回路监视2) 实时速度图3) PLC状态监视4) 各路模拟量的监视5) 液压系统监视6) 提升容器的位置指示7) 提升种类、信号监视8) 故障记录9) 历史事件查询2.6、网络化司机操作台1) 操作台上装有指示灯、仪表、选择开关、按钮、音响设备、操作台上的HMI直接与PLC通讯，显示提升机运行的状态和故障报警。2) 仪表主要显示的内容：罐位数字深度指示器（精针显示罐位的实际位置）、提升速度、制动油压、可调闸电流、电源电压、电流等。3) 组合灯的内容包括：提升机运行状态指示、信号指示和安全状态指示两大类。在操作台的一侧放上位机及其显示设备。4) 选择开关及按钮包括：运行方式选择开关、过卷复位开关、自锁式紧急制动按钮、半自动开车按钮、实验按钮（或开关）等。3电控设备技术说明3.1、数显式主控台数显式主控台是该电控系统的控制中心，该设备采用操作台式结构，除位置、速度、温度、压力、电流等必要的信号采集传感器和终端执行设备外，所、有控制回路全部集中于操作台中。司机可操作主控台上的开关及按钮来控制提升机运行，并通过指示灯和数字显示及时了解提升机的运行关态及运行参数。主控部分按“安全回路双线制”的设计原则，设备主控部分采用技术先进、性能可靠的西门子S7-300系列可编程控制器，配以可调闸模块、电源模块、电流检测模块，以及进口的A/D、D/A转换模块，实现了提升机的工艺过程控制和各种逻辑保护。具有按全程速度给定、PID速度闭环控制、各类安全保护、半自动化开车及各种工作状态显示等多种功能。4. 控制方式及特点：4.1、操作和安全保护系统选用两套不同配置的Siemens公司的S7-300系列可编程控制器。主辅PLC之间相互通讯及监视，操作过程实现双线控制方式，对提升机运行关键的信号（如速度、容器位置、安全、减速、过卷等等）均采用多重保护，互为监视。4.2、具有三条安全保护回路，其中，软件安全回路两条、硬件安全回路一条，关键环节采用三重或多重保护，比如过卷、超速、2米定点超速等。多条安全保护回路之间互相冗余，保证矿山设备的高效、安全运转。硬件安全回路包括减速、超速、限速、过卷保护。4.3、光电编码器与测速机相互监视、互为备用。四供货范围及关键件选型说明1.供货范围1) 高压开关柜 1台2) 所变柜 2台3) PT柜 1台4) SA控制电源柜 1台5) 操作台（触摸屏） 1台6) 编码器 1套2.关键件选型说明2.1、PLC采用西门子公司生产的最新产品S7-3002.2、高压变频器采用山东新风光产品。2.3、其它器件多采用引进技术，国内专业厂家生产的优质产品。2.4、关键器件也可由用户建议或指定厂家。五.进度及服务承诺及其它1、我公司根据基本参数以及技术要求、JB4263-86交流传动矿井提升机电控设备技术条件，负责全套电控系统设计及供货；2、我公司按使用单位提供的速度图、力图、电机参数、减速器参数和数据设计电控系统，合同生效后2周内，我公司向用户提供电气原理图、控制柜台面设备布置图、操纵台内部接线图、控制柜内部接线图、端子图、外部接线图、说明书等全套技术资料，并同时给设计院提供上述全套技术资料一份；合同生效后一周内提供设备的外型及安装尺寸。3、电控装置出厂前我公司对用户进行为期一周的技术培训。4、用户条件具备后，我公司立即派人到现场负责安装指导及调试，并同时进行第二次现场技术培训。5、交货期为合同生效后45天。6、保质期内出现产品质量问题、技术问题：重大问题4小时、一般问题2小时内做出答复，到达现场时间为供方接到需方通知后24小时。 淮南市六信电控设备有限责任公司王涛2013年4月16日PLC变频提升机电控系统部分使用单位序 号使用单位使用地点电机功率（KW）备 注1大同矿务局煤峪口矿材料井135变频调速2大同矿务局煤峪口矿副井100动力制动3大同矿务局煤峪口矿主井850低频制动4大同矿务局永定庄矿副井200动力制动5大同矿务局永定庄矿主井560高压变频6大同矿务局同家梁矿副井630低频制动7大同矿务局同家梁矿主井6302低频制动8大同矿务局同家梁矿材料井480动力制动9大同矿务局白洞矿主井480低频制动10大同矿务局白洞矿副井630动力制动11大同矿务局四老沟矿副井630低频制动12大同矿务局四老沟矿材料井850动力制动13大同矿务局四老沟矿主井480动力制动14大同矿物局杏儿沟矿副井200动力制动15大同矿物局杏儿沟矿主井480低频制动16大同矿物局杏儿沟矿防爆132变频调速17大同矿物局忻州窑矿副井480动力制动18大同矿物局忻州窑矿材料井560动力制动19大同矿物局忻州窑矿主井630低频制动20大同矿物局晋华宫矿西山200动力制动21大同矿物局晋华宫矿材料480动力制动22大同矿物局晋华宫矿南风井560动力制动23大同矿物局云岗矿北部8002动力制动24大同矿物局云岗矿材料480低频制动25大同矿物局云岗矿南部1000低频制动序号使用单位使用地点电机功率（KW）备 注26大同矿务局燕子山煤矿副井630低频制动27大同矿务局燕子山煤矿材料井1000高压变频28七台河精煤集团副井380低频电源29大同矿务局姜家湾煤矿斜井380低频制动30大同矿务局姜家湾煤矿副井200低压变频31大同矿务局铁峰矿副井260低频制动32峰峰矿务局大树村矿主井400低频电源33西山矿务局马兰矿副井260低频电源34同煤集团虎龙沟矿副井630动力制动35同煤集团四台矿副井380动力制动36同煤集团青瓷窑矿主井6002多绳摩擦37同煤集团青瓷窑矿材料井220动力制动38同煤集团青瓷窑矿副井480动力制动39大同市吴官屯煤业公司主井630低频电源40大同市吴官屯煤业公司副井560动力制动41西山矿务局马兰矿主井630动力制动42大同矿物局三矿材料井380低频电源43大同矿物局四矿材料井480动力制动44鹤壁矿务局十二矿副井380动力制动45同煤集团同生宏达煤矿副井630/6KV高压变频调速46同煤集团同生安平煤矿副井560/10KV高压变频调速47临汾宏大煤业锦城煤矿材料井160低压变频调速48临汾宏大煤业豁口煤矿副井200低压变频调速49临汾