煤矿提升机斜巷绞车四象限变频自动化控制技术方案

1 我们的系统优势 变频器采用美国 ABB 公司 日本富士和西门子公司的高端工业产品 ABB 在业界是交流变频的领跑者 产品广泛用于全球高层大型直通电 梯 矿山主副井提升等安全要求严格的场合 变频器都配备专业提升控制器单元 配合原厂提升宏 具有刹车模 块控制器 大量用于高层大型直通电梯 工业罐笼提升 煤矿主副 井 斜巷轨道绞车等安全要求严格的场合 PLC 控制单元采用德国西门子 S7 系列 CPU 该 CPU 的性能和稳定性 在国际上受到很高的评价 整套系统结构合理 采用标准工业现场总线 符合国际标准 可随 时并入全矿的无人值守自动化生产系统 设计为双 CPU 备份 一台出现故障 可以自动切换到另外备用 PLC 上 变频失效自动切换到手动模式 电源自动切换 做到保险系数 双备份 大大提高安全系数 本产品集现代化计算机技术 防爆技术 变频技术和热管散热技术 为一体的高科技产品 特别是四象限型变频器 具备世界先进的技 术水平 当提升机重物下方时 可将电动机发电能量返馈回电网 提高了下方操作安全性的同时节省了大量电能 2 目 录 您的新选择 绞车变频调整控制系统 3 1 1 可依赖的技术 4 2 2 系统构成 5 3 3 系统的优点 9 4 4 使用特点 11 5 5 工作原理 16 6 6 先进的电机控制方式 18 7 7 我们更先进的 20 8 8 我们的服务 21 9 9 设备清单 24 1010 3 您的新选择 绞车变频调整控制系统 煤矿井下防爆运输绞车担负着运输人员 材料和矸石的任务 是煤矿生产的重要设备 目前国内普遍采用的调速方法是采用在电 动机转子回路内接入金属电阻 用鼓形控制器逐段切除电阻来达到 调速的目的 电阻调速控制装置的缺点有 隔爆电阻箱能耗大 散 热难以解决 且占用了极大的峒室的面积 增加了开拓费用 电阻 调速属有级调速 开环控制 调速范围小 精度低 安全性能差 在减速和下放时 需投切动力制动直流电源或低频电源 易造成设 备损坏 且浪费了大量的电能 另外 原有的控制系统保护不够齐 全 安全可靠性差 原系统已严重地制约了煤矿的安全生产 急切 需要生产厂家能制造出一种安全 可靠 性能好又节电的新型调速 装置 全数字变频绞车电控系统从根本上解决了原有的防爆电阻调速控 制系统所存在的各种弊端 使井下防爆绞车电控系统迈上了一个新 的台阶 随着电力电子技术的发展和变频技术的成熟 国家明文指出 在提升较车系统中 推荐使用交流变频调速器 4 可依赖的技术 绞车提升变频系统具有严格的测试标准 其测试流程可以看出 系统的测试需要经过合作伙伴 元器件供应商的产品测试 在装配 之前还需经过装配和外观检测 装配完成之后需经过高压测试 功 能检测等严格操作 并在每一步测试过程中都将根据变频器的序列 好 记录各项测试数据 记录和跟踪所有主要器件的测试数据 5 生产流程图 系统构成 提升机电控系统分为以下几部分 滤波电抗器 变频器 可编 程控制器 PLC 操作台 液压监控 各种传感器和联网地面控制等 几部分组成 6 系统框架图 1 滤波电抗器 滤波电抗器的滤波单元用于抑制变频器产生的电磁干扰噪声的 传导 同时抑制外界无线电干扰以及瞬时冲击 浪涌对变频器的干 扰 电抗单元用于增大短路阻抗 限制短路电流 2 变频器 变频器采用 ABB 公司先进的变频器 它能达到控制交流电机完 美的极限 是第一代采用直接转矩控制技术 DTC 的交流变频器 作为提升专用变频器它还具有特殊提升机功能 特殊的应用程序 包括标准提升机系统的功能 转矩记忆 功率优化 限幅开关监控 机械制动器控制 转矩验证等 7 采用的西门子 S7CPU 3 可编程控制器 PLC 本提升机系统采用 PLC 进行控制 PLC 监视运行状况 当系统出 现故障时 启用故障备用信号 并在操作台的显示屏上有醒目的故障 显示 提醒维修人员对其进行维护 维护中备用信号启动 不影响系 统的正常提升 4 操作台 控制台上设有自动 手动 检修转换开关 前方操作台上设有 液晶显示屏 左右侧操作台设有操作手柄 润滑 工作闸液压站电 机的起停控制开关 A 在控制台上的液晶显示屏上采用翻页的方式做有几幅组态界 面 监控主界面 闸控液压站界面 后备保护界面 故障查询界面 电源监控界面 变频器运行界面 提升信号状态 8 显示屏界面 B 每个界面上均有返回主界面的按钮 主界面上主要监视矸石 车的实际运行位置 提升时每个时刻的速度 液压站的运行状况 较严重的故障报警 主界面上还有相应的提升信号显示 C 后备保护界面主要显示 深度指示器监视 松绳保护 电机 温度保护 减速器温度保护 减速点保护 减速点失效保护 上 2m 开关故障 下 2m 开关故障 上同步开关故障 下同步开关故障 上 过卷 下过卷 上减速开关故障 下减速开关故障 错向保护 减 速过速 等速过速 一级制动 二级制动 电流过载等 D 故障查询界面主要用于对各种故障情况进行查询 追忆 便 于对设备的维护和管理 E 电源监控界面主要显示系统的电源原理图及主回路电流和电 9 压 F 变频器运行界面可以显示变频器运行时的各种参数 散热器 的温度 电流 频率 转矩及各种故障 5 液压监控 液压监控是对液压油站工作状态的各种参数进行监控 主要显 示液压站的油压 油温 液位 液压站的电机工作状态 润滑油压 力 松闸指示等 6 各种传感器 各点的传感器有助于 PLC 精确 稳定的控制绞车电机的运行 高精度旋转编码器 系统的优点 1 变频器采用美国 ABB 公司 日本富士和西门子公司的高端工业产 10 品 ABB 在业界是交流变频的领跑者 产品广泛用于全球高层大型直 通电梯 矿山主副井提升等安全要求严格的场合 2 变频器都配备专业提升控制器单元 配合原厂提升宏 具有刹车 模块控制器 大量用于高层大型直通电梯 工业罐笼提升等安全要 求严格的场合 3 PLC 控制单元采用德国西门子 S7 系列 CPU 该 CPU 的性能和稳定 性在国际上受到很高的评价 接口配件均采用西门子公司原装配套 产品 4 组态软件采用西门子正版 SIMATIC WinCC 和编程控制软件采用 SIMATIC STEP 7 稳定安全有保障 采用 STEP 确 7 编译的绞车控制模式梯形图 11 采用 STEP 确 7 编译的绞车行车保护梯形图 5 整套系统结构合理 采用标准工业现场总线 符合国际标准 可 随时并入全矿的无人值守自动化生产系统 6 设计为双 CPU 备份 一台出现故障 可以自动切换到另外备用 PLC 上 变频失效自动切换到手动模式 电源自动切换 做到保险系数 双备份 大大提高安全系数 7 滤波器和电抗器采用进口设备原配产品 性能稳定 运行可靠 8 采用标准工业现场总线 符合国际标准 可随时并入全矿的无人 值守自动化生产系统 12 使用特点 1 软启动软停车 减小了机械冲击 启动及加速时对电网冲击电流很小 使绞车系 统和电网运行更加稳定可靠 变频器本身提供的功能使机械制动与 电制动有机的结合起来 保证系统的绝对安全 2 PLC 控制 控制单元采用西门子 S7CPU 运行稳定 维护简单 闭锁安全 操作人性化 Plc 柜子 矿用一般型 3 实现了无极调速 调速范围宽 运行曲线成 S 型 使加速平滑 无冲击感 4 安全保护功能齐全 13 外壳 IP54 防护等级 变频器除一般过流 直流过压 直流欠压 变频器过温 短路 输入缺相 环境温度 过频 I O 控制板内部故 障 内部故障外 还具可编程障保护功能 AI Min 功能 控制盘信 号丢失 外部故障功能 电机过热保护 堵转保护 欠载功能 电 机缺相功能 接地故障保护 通讯故障保护 变频器 电抗器 plc 柜 隔爆型 14 操作台 5 系统四象限运行 能量在消除谐波后直接回馈电网 对电网无冲击无污染 且不受 回馈能量大小的限制 则保证了绞车运行时可频繁的停车 启动及换 向 节约大量电能 6 控制精度高 动态性能好 采用全数字 IGBT 逆变器变频单元向负载提供变频电源 特选 提升机应用宏 使所有控制功能均由参数设定完成 速度调节器 电流调节器参数均通过优化而自动设置 电流 速度双闭环 满足 各种控制要求 直接转矩控制 可实现高动态性能的转速控制 转 矩控制 可以达到并超过直流设备的动态特性 脉冲编码器的使用 可实现绞车的精确定位 15 变频器主要特性 一 特性优点注释 紧凑且完整 紧凑的尺寸 集成所有器 件 仅需很小的安装空间 无需安装额外的部件如输入电抗器或 EMC 滤波器 所有 ACS800 传动内置谐波 滤波器 低谐波 这意味着较少的电磁干扰 以及电缆和变 压器中较少的发热量 滤波器防止进线侧瞬变从而保护传动 为获得最低的谐波等级 ACS800 37 滤波器提供一个 几近无谐波的解决方案 通用的选项来自 ABB 的标准解决方案能满足顾客的绝大部分需 求 客户型解决方案请使用 ACS800 07 17 37 多功能的制动选项最佳的制动方案总是可用的 无需外部制动斩波器 因此减少尺寸和安装成本 制动斩波器内置于所有外形尺寸的传动中 标准 可选 ACS800 11 17 具有能量再生制动功能 用户接口 友好的用户接口快速简易的调试与运行 清晰的文字显示 具有启动向导来引导用户 更多易 用的 PC 工具可进行调试 维护 监视和编程 通用的连接与通讯标准 I O 能满足绝大部分需求 可与多种现场总线连接 广泛的标准和可选 I O I O 满足 PELV EN 50178 扩展的可编程性灵活 在一些应用中可取代继电器甚至是 PLC 两种层次上的可编程性 1 参数可编程 标准 2 自定义编程 自由功能块编程 可选的更多的可用模块 所有的 I O 都是可编程的 工业设计 宽范围的功率和电压一个产品系列适用于任何场合 这意味着较少的培 训 备件和标准化的接口 宽范围的可选坚固机壳适用于各种不同环境的解决方案 适应于重工业应用 IP 1 IP 55 坚固的主电路设计可靠 专为重载和长寿命而设计 16 无需额外的输出滤波器 即可使用较长的电机电缆 先进的热模型设计 允许更高的过载 17 特性优点注释 工业设计 增强的保护更强的可靠性 更少的过程中断 更好的保护电机和运行过程 一些可调节的限幅 能更好的保护其它设备 电气隔离的 I O无需绝缘端子和继电器 即可进行安全可靠的操作 隔离的输入信号和继电器输出作为标准配置 所有端子都为工业级应用 设计 足够的连接尺寸大小 即使较大直径的铝线也能轻 松接入 I O 连接时无需特殊的工具 世界范围的认证 CE UL cUL CSA C Tick GOST R 能应用在世界任何角落的安全产品 适用于任何应用的卓越性能 DTC 精确的动静态速度和 力矩控制 即使没有脉冲编码器 也有着卓越性能的过程控制 提高产品质量 生产力 可靠性和较低的投资 成本 DTC 允许更高的过载能力 和启动力矩 无需加大选型也能实现可靠平滑的启动 DTC 快速控制减少不必要的跳闸和过程中断 快速的负载或电压变化响应来防止跳闸 通过反馈负载的动能 实现防电网闪落功能 DTC 磁通优化 精确的电 机模型 卓越的电机和驱动效率 因此节省成本 最优的电机磁通 减少损耗 DTC 友好的机械适应减少机械张力 提高可靠性 无振动力矩 无力矩纹波 降低扭转振动的风险 激活振动阻尼 DTC 输入电压控制高性能且稳定的供电单元控制 适用于 ACS800 11 17 ABB 制造 交流传动领域的全球市场 领导者丰富的经验 广为证实的 安全的 可靠的解决方案 丰富的产 品应用知识 18 变频器主要特性 二 全球统一的服务与支持网 络 世界范围内的专业支持 19 工作原理 变频器是通过改变电机定子供电频率来改变电机的转速 以实 现绞车的调速 交流异步电动机的转速公式为 60 1 fls n p 其中 n 电极转速 fl 定子供电频率 p 极对数 s 转差率 该设备为交 直 交电压型变频调速系统 原理图如下图所示 矿用提升机变频调速系统原理图 20 1 该系统的运行过程主要分为两个过程 A 绞车电机作为电动机的过程 即正常的逆变过程 该过程 主要由整流 滤波和正常逆变三大部分组成 如上图所示 其中正 常逆变过程是其核心部分 它改变电机定子的供电频率 从而改变 输出电压 起到调速作用 B 绞车电机作为发电机的过程 即能量回馈过程 该过程主 要由整流 回馈逆变和输出滤波三部分组成 如上图所示 其中该 部分的整流是由正常逆变部分中 IGBT 的续流二极管完成 二极管 D1 和 D2 为隔离二极管 其主要作用是隔离正常逆变部分和回馈逆变部 分 电解电容 E2 的主要作用是为回馈逆变部分提供一个稳定的电压 源 保证逆变部分运行更可靠 回馈逆变部分是整个回馈过程的核 心部分 该部分实现回馈逆变输出电压相位与电网电压相位的一致 因为回馈逆变输出的是调制波 为保证逆变的正常工作以及减少对 电网的污染 我们加了一个输出滤波部分 使该系统的可靠性更加 稳定 可选项 鉴于矿区电压的波动性可能比较大的事实 由于变 频器的回馈条件是要和电网电压有一个固定电压差值 假若某时刻 网电电压比较高 再加上回馈时的固定电压差值 此时变频器的母 线电压就会达到一个比较高的电压值 如果再有重车下滑 则母线 电压会更高 此时的高电压就有可能威胁到变频器的大功率器件的 安全 为此 该系统又加了一个刹车部分 以保证变频器的安全 21 先进的电机控制方式 1 直接转矩控制 直接转矩控制技术是 ABB 公司开发研制的 逆变器的通断直接 控制电机关键的变量 磁通和转矩 测量的电机电流和电压作为自适应电机模型的输入 这个模型 每隔 25 微秒产生一组精确的转矩和磁通的实际值 2 辨识运行 直接转矩控制的完美的性能是基于准确的电机模型 这个模型 是在电机辨识运行中确立的 在传动启动过程中 变频器带动电机 运行约一分钟 控制电路监视在运行中电机的反应 建立并优化电 机的数学模型 3 零转速满转矩 ABB 变频器带动的电机能够获得在零速时电机的额定转矩 4 直流励磁 当选择了直流励磁功能后 变频器在启动前可自动给电机励磁 这个特性保证有足够高的启动转矩 甚至 200 的电机额定转矩 例 如 通过调整预励磁时间 有可能在机械抱闸释放的时候已经建立 起转矩 以保持电机不会转动 5 自动启动 变频器的自动启动功能超过一般变频器的提升启动和积分启动 的性能 DTC 控制方式动态性能良好 能在几毫秒测出电机的状态 在任何条件下追踪启动 22 6 磁通制动 变频器能通过提高电机的磁场来提供足够快的减速 当增加电 机磁通后 电机在制动过程中产生的能量能够被转化为电机的发热 能量 变频器持续监视电机的状态 在磁通制动时也不停止监视 因此 磁通制动也能用于停止电机和从一个转速变换到另一个转速 后者用直流注入制动是不可能实现的 磁通制动与直流注入制动相 比还有其它一些优点 A 在停止命令给出后 制动迅速启动 在直流注入制动中 在 停止命令给出后通常有 500ms 延时 制动才能启动 B 电机冷却的斜率更高 在磁通制动过程中电机定子的电流增 加 在直流注入制动过程中电机的转子电流增加 定子比转子冷却 的斜率更高 7 磁通优化 ABB 变频器的磁通优化减少了总能耗 并且减小了当传动运行在 低于额定负载时的电机噪音 总效率 电机和传动 能提高 1 到 10 大小取决于负载转矩和速度 23 我们更先进的 1 速度监视 本功能用于监测电机速度 确定电机零速旋转 在电机超速时 给出跳闸信号 2 转矩监视 监测电机在加速和减速时是否能够跟随速度给定 在正常运行 和加 减速期间是否产生过度的速度偏差 3 快速停车 可设定不同的停车类型 A 仅带有转矩限制 B 带有转矩限制 和机械制动 C 进带有机械制动 4 其他 转矩验证 功率优化 位置测量等等很多专门用于提升应用的 功能 变频器本身具有松绳及过载保护功能 24 我们的服务 拥有一支理论功底深厚 实践经验丰富 施工技术高超 作业 流程规范的专业售后服务队伍 完全有能力向本招标工程提供完善 和规范的售后服务 专业 高效 规范 热情 是我们售后服务的 工作标准 用户百分之百满意 是我们不懈追求的目标 1 供货与安装服务 1 我们将严格履行合同 尽最大努力缩短安装调试时间和缩小 对贵公司生产的不利影响 2 我们的服务人员将在安装后 5 天内跟踪运行 随时对设备进 行合理化调整和对人员进行操作维护指导 使设备以最短的时间进 入最佳运转状态 2 质量保证 1 我公司保证对系统选用的设备 器材 线材等 严格按照制 造商规定的有限保换 保修条款进行免费更换和保修 2 本公司保证对整个系统负责 而不是对子系统或单独的设备 如果整个系统的设计 配置不尽合理 我们有义务和责任对设计进 行变更 对设备负责更换 直到满足工程合同规定和国家有关标准 规范的要求 3 系统建成并正常运行后 我公司将为用户建立完整的使用和 维护手册 3 售后服务 1 我公司将保证对设备非人为的质量问题免费保修至合同签订 25 后 12