浅谈提升机电控系统的优化改造.doc

精品文档浅谈提升机电控系统的优化改造浅谈提升机电控系统的优化改造 摘 要：矿井提升机通过电控系统改造最大限度的提高提升机的可靠性；节约电能消耗；降低控制系统的电器材料消耗；真正达到安全、高效、节能及降低生产成本的目的。 关键词：提升机；电控系统；改造方案 中图分类号：TD534文献标识码： A 文章编号： 1概述 矿井提升机是矿山的关键生产设备，是井上井下输送通道的纽带，是一套复杂的机械电气机组。矿用提升机工作的特点是在一定的距离内，以较高的速度上下往复运行，提升设备性能的优劣，不仅直接影响矿山正常生产，而且与人身安全密切相关。由于矿井提升机对安全性、可靠性和调速性能的特殊要求，使得提升机电控系统技术性能如何，又代表着矿井提升机发展的整体水平，直接影响矿井生产的效率及安全。 2问题的提出 矿井提升机为往复运动的生产机械，有正向和反向提升，又有正向和反向下放。对于不同水平的提升，在每次提升循环中，容器的上升或下降的运动距离可能是相同的，也可能是不同的。在每一提升周期都要经过从起动、加速、等速、减速、爬行到停车的运动过程。 目前，招金矿业拥有各种规格提升机200多台套，其中90%以上是采用单机容量在1000KW以下传统的交流异步电机拖动，采用转子串、切电阻及配合机械闸调速，由继电器接触器构成逻辑控制装置。这种拖动方式投资少、技术简单，容易掌握，但是技术落后、效率低、可靠性差，明显存在以下缺陷： 1加、减速段由接触器触点切换，造成回路元件在大电流下直接以强电控制强电的方式进行转换(直接以大电流方式切换)，接触器的触点容易损坏，日常的维修工作量大，维修成本高。 2.加、减速段转换时，回路元件动作频繁、噪音大、寿命短。检修时长时间大范围慢上慢下，操作工利用闸控制速度造成接触器触头和转子回路电阻在大电流的作用下工作，电能以发热形式消耗在电阻上并且影响电气的使用寿命。 3.运行过程中电机、接触器及抱闸产生的噪音大。系统操作完全依赖提升机工水平,安全保护功能少对矿山来说安全性不强。 4.电控系统没有电压保护，对于电压波动范围大的矿山来说安全性不强。 5.由于矿用提升机的特殊性，起动制动频繁，电流冲击大，对电源侧变压器的容量要求高。 6.由于控制方式的局限性，电机工作电流大，启动、运行、停机电流的波动范围大，造成能耗高。 3优化改造方案的确定 我们针对公司目前矿用提升机存在的问题进行分析，认为在当今微电子技术相当成熟的情况下，实现矿用提升机电控系统进行自动化改造变为可行。针对3米以内1.2米以上单绳缠绕式提升机低压交流拖动而言，目前公司实施的改造方案有以下三种：一是提升机进行变频操控系统改造，变频与工频一用一备的控制方案，实现半自动化。二是提升机操控系统进行直流改造，实现全自动提升。三是提升机操控系统进行自动化交流变频驱动改造，实现全自动提升。 4三种改造方案简述 一是变频与工频一用一备的半自动化控制方案。2004年10月对2JTP1.6的提升机进行变频与工频一用一备的改造尝试。保持原来电控系统及电机（95KW8极）不变，增加一台主机为矢量变频器EI9001110KW，其软件与变频器安装兼容，操作语言为中文，界面友好，操作维护方便，特别是其输出1HZ时，转矩即可达到150%，低速时性能极佳，两套电控系统相互转换时操作人员仅操作一只转换开关即可完成，操作简单，系统可靠性高。改造过程仅因接电源停机一小时，实现了不停产改造。 安装调试工作结束后，矿区进行检修，操作人员在长距离内慢上、慢下过程中使用了变频系统的检修功能，其速度均匀平稳、定位准确、无嘈音，而且解决了大电流下的回路元件易烧损的缺陷。 从运行效果来看，不仅节电在20%以上，而且降低了原控制系统的电器材料消耗，更为突出的是从根本上杜绝了提升设备在井口、中段、井底运行过程中速度快的问题。通过变频器的控制，在提升设备到达和初运15米之内，电源频率被控制在5Hz，从而绝对控制住了提升设备的速度，保证了人身及物料在运行过程中的安全。 二是提升机操控系统进行直流改造，实现全自动提升。第一，技术先进，安全保证系数高。电控装置以全数字控制为核心。其中主控PLC与监控PLC采用西门子系列可编程控制器，具有多级安全保护设定，而且由计算机操作控制，提高了各项数据的准确性, 停车位置误差仅为20mm，减少了人员误操作的可能性，保证系统安全可靠运行。第二，投入小。以1.6米双筒提升机（原交流拖动改为直流拖动）系统总造价37万多元（含更换直流电动机5.7万元），若减去原有的电控系统和交流电机的造价，实际增加投资仅为20万元左右。第三，提高了提升能力。改造后的提升系统效率是原提升系统的2倍。第四，降低了能耗。系统增减速度平滑，运行速度平稳，减速过程由程序控制(电能回馈电网)实现，中间不需要制动系统参与。减少了钢丝绳运行时的抖动，降低了电耗。改造后平均单耗仅是原提升系统的一半多。第五，减少了作业人员。新提升系统同旧提升系统相比，作业人员由减少一半，而且操作人员的任务只是监护，大大降低了操作人员的工作强度。第六，降低了维护成本。该系统设备运行的安全保护指标达到自动监测，多项保护措施齐全可靠，有效减少设备运行事故。电器部件故障率低，减少了设备的维修频率和维修费用。第七，开发应用前景广阔。该系统还具有设备运行情况和生产过程的作业量自动统计功能，数据准确、齐全，便于查询考核。同时预留有计算机接口，将来可实现与计算机联网运行和远距离操作、监控，有着广阔的应用前景。 三是提升机操控系统进行自动化交流变频驱动改造，实现全自动提升装置以全数字控制制为核心。以1.6米提升机为例：电机功率95KW 电压380V 电流150A 最高转速n=742转/分 主电源：3相，380V，50Hz，电压波动10%。设计主控PLC与监控PLC采用原装进口西门子公司S7-300系列可编程控制器，控制软件编制以安全为第一因素，冗余配置保证系统安全可靠运行。交流电动机驱动采用ABB公司ACS 800系列直接转矩变频装置，工作电压345-500V，启动力矩2.0倍。变频装置选用ABB提升机控制软件，可实现零速满转矩运行。单独逆变单元实现四象限可逆运行，根据负载转速自动调整电机功率，节电效果是原控制系统的2535。加减速动态S曲线调整，无级平滑调速，能有效降低对减速机、罐道冲击，速度控制精度0.1。系统电子监控器实现对错向、主控计算机位置、速度和变流器输出速度全范围保护,完全替代提升机综合保护器。安全回路、位置、速度等关键控制采用硬件电路与软件冗余结构,系统设计安全可靠，傻瓜式操作，故障点可在微机中快速查出，维护简便。自动减速停车，司机不参与控制，劳动强度低，排除安全环节中人为因素,安全保护可靠。直控智能信号，中段锁罐装置及安全门锁冗余,保证进出罐笼人员安全,中段不设信号工。上位机监视系统采用标准工控机，软件采用组态王6.51编制，能对系统运行状态、故障信息、生产数据进行实时采集，产生日、月、年度生产报表，并能够与组网微机通讯，实现远程监控、故障诊断。 方案三主要有以下主要技术特点：按标准矿山设备过压保护选配过压保护装置;动态速度包络线和包络线自学习功能，全运行过程动态保护；两套独立PLC分别采集两套独立脉冲编码器，PLC冗余检测，对运行全程的速度、位置、减速、过卷均采用主控PLC和监控PLC互为保护监视，可靠性最高，完全能满足提升机在最恶劣情况下可靠停车；速虚拟校核与物理位置校核，监控器减速验证，保证提升机绝对可靠减速；（图一、二附后）系统能在电磁抱闸发生严重故障（无制动力）时，将提升机低速送至安全位置；减速停车制动闸完全不参与，液压闸只在停车零速后投入，闸盘与闸瓦磨损极低，寿命大大延长；数字深度指示，采样分辨率2.5mm，显示控制精度1cm；开放式网络互连，提升机运行状态、故障、报表等可在矿局域网查看；通过互联网实现远程故障诊断，可在最短时间解决用户故障；系统采用国际先进大型多绳提升机自动控制工艺，采用西门子300系列PLC做为主控及监控计算机、ABB传动装置，整个电控系统工作稳定，故障率低；计算机采用模块式结构，留有足够的控制、运算能力，软件支持IEC61131-3国际标准编程方法，具有良好的开放性和高可靠性；安全保护采用主计算机、监控计算机、继电回路三冗余设计，提升机发生故障时，每环节均能独立完成停车保护；软件梯形图语言中文符号编制，符合现场维修人员习惯，易于理解学习；动态提升机运行显示，画面形象直观。（图三附后） 5三种改造方案的比较与分析 方案一最大的优点是：原理简单，一次性投资少；两套电控系统相互在线备用，最大限度的提高提升机的可靠性,节能效果达到20%左右。但是无法实现全自动提升。 方案二最大的优点是：实现了自动提升，调速比较容易。节能效果显著。但是原来交流拖动改为直流拖动，需要重新打电机基础，更换直流电机及调试时间比较长，要停产的时间相对较长。相对方案一而言，同样设备投资是方案一的三倍以上。 方案三最大的优点：停产改造时间短。将新的控制系统全部安装就位后，停电更换电机控制线路、电缆及调试时间，有两天时间就可以了。节电效果达到2535。同样规格型号的提升机改造一次性投资相比方案二而言，价格相对要高8-10%。但是停产改造时间短，同时控制系统比较紧凑，控制柜占用的空间小，能够充分利用原控制系统的设备，不需要更换电机，无须重新打电机基础。（针对提升系统3米以内单绳缠绕式提升机低压交流拖动小容量的电机而言。） 公司提出1.6米以上的提升机电控必须进行变频自动化改造，优先选用方案三。 6结语 矿用提升机电控进行改造，要与本单位的实际相结合，进行充分的调研和技术论证。技术改造要因地制宜，改造设备效