王斜井电控低压变频技术方案

1、天地科技股份有限公司 王斜煤矿提升机电控系统改造方案 天地科技股份有限公司高新技术事业部 2010.3 0 陕煤集团澄合矿务局王斜煤矿提升机 交流电控系统改为低压变频电控系统 技 术 方 案 天地科技股份有限公司 高新技术事业部 2010年3月22日 天地科技股份有限公司 王斜煤矿提升机电控系统改造方案 天地科技股份有限公司高新技术事业部 2010.3 1 目 录 1 概述. 2 2 在用提升系统主要技术参数.2 3 电控系统设备技术条件.3 3.1 使用条件. 3 3.2 技术标准和规定.3 4 电控系统总体技术方案和技术特点.4 4.1 电控系统总体技术方案.4 4.2 电控系统的主要技术

2、特点.5 5 电控系统设备构成及主要技术特点说明.6 5.1 全数字交流低压变频调速控制装置.6 5.1.1 交流变频调速控制系统概述.6 5.1.2 变频器选型.6 5.2 低压配电. 6 5.3 不间断电源和直流电源.6 5.4 计算机主控系统装置.7 5.4.1 提升行程速度控制.7 5.4.2 操作控制. 7 5.4.3 设备和运行状态的监视.8 5.4.4 安全回路及其控制.9 5.4.5 状态、故障和第一故障的显示和报警.10 5.4.6 制动控制系统.11 5.4.7 与液压站和润滑站接口.11 5.4.8 操作台. 11 5.5 上位计算机监视系统.11 5.6 轴编码器. 1

3、2 5.6 交流变频电动机.12 5.7 变压器. 12 6 电控设备供货范围.13 7 技术资料提供. 13 8 技术服务. 14 9 工期安排. 14 天地科技股份有限公司 王斜煤矿提升机电控系统改造方案 天地科技股份有限公司高新技术事业部 2010.3 2 陕煤集团澄合矿务局王斜煤矿提升机陕煤集团澄合矿务局王斜煤矿提升机 交流电控系统改为低压变频电控系统交流电控系统改为低压变频电控系统 技 术 方 案 1 概述概述 陕煤集团澄合矿务局王斜煤矿提升机电控采用绕线式交流异步电动机拖动的老式交 流绞车提升机电控系统，存在技术水平落后、安全可靠性较低、维护困难以及能耗大等 问题。为了提高提升系统

4、的安全可靠性、提高提升能力、节能降耗，可采用变频方案 （“低压变频器供电+交流电动机+全数字调节+PLC控制+上位机监控”模式）对在用老式交 流绞车提升机电控系统进行改造，可实现提高总体技术水平、提高总体安全可靠性和工 作可靠性和总体技术水平、提高提升能力和增效节能、提高系统可维护性等目标。目前 低压通用变频器已经应用了很多年，在技术水平、工艺水平等方面也比较成熟，在节能、 安全性等方面都有很好的效果，为此特提出采用全数字低压变频提升机电控系统对原有 交流提升机电控制系统进行改造的技术方案。 2 在用提升系统主要技术参数在用提升系统主要技术参数 提升机型号： 卷筒直径： 卷筒个数： 钢丝绳直径

5、： 减速器减速比： 轨道坡斜长： 最大速度： 配套电机： 功率：280KW； 电压： 6KV； 转速： 天地科技股份有限公司 王斜煤矿提升机电控系统改造方案 天地科技股份有限公司高新技术事业部 2010.3 3 3 电控系统设备技术条件电控系统设备技术条件 3.1 使用条件使用条件 （1）环境条件：）环境条件： 电控设备室内安装，其基本工作环境条件如下： 海拔高度： 1000m 环境温度： 50, -5 相对湿度： 90 % 无显著振动、无冲击振动的场合。 周围介质无爆炸危险，无腐蚀金属和破坏绝缘的气体与尘埃(包括导电尘埃)。 井筒中和井下采用的电气设备，须满足相应的要求规定，如防尘、防水等。

6、 （2）低压电源：）低压电源： 电压： 380V 三相 50Hz 电压变动范围： 10%(短时出现15%的电压波动) 接地方式：中性点直接接地 3.2 技术标准和规定技术标准和规定 （1） 煤矿安全规程 （2009年版） （2） 交流电机半导体变频调速装置总技术条件(GB12668-90) （3） JB4263-86交流传动矿井提升机电控设备技术条件 （4） 电磁兼容性： GB/T17626-4-99 标准最严酷等级 （5） 矿山电力设计规范(GB50070-94) （6） 低压配电设计规范(GB50054-95) （7） 工业企业噪声控制设计规范（GBJ8785） （8） 民用闭路电视系统工

7、程技术规范（GB50198-94） （9） 电能质量公用电网谐波GB/T14549-93 （10）进口电气设备遵守国际电工委员会IEC标准 天地科技股份有限公司 王斜煤矿提升机电控系统改造方案 天地科技股份有限公司高新技术事业部 2010.3 4 4 电控系统总体技术方案和技术特点电控系统总体技术方案和技术特点 4.1 电控系统总体技术方案电控系统总体技术方案 方案编制原则： （1）安全、可靠、高效）安全、可靠、高效 ； （2）符合有关标准和规程要求以及用户的技术要求；）符合有关标准和规程要求以及用户的技术要求； （3）技术和设备先进、成熟、可靠；）技术和设备先进、成熟、可靠； （4）系统功能

8、完善、性能好、监视保护齐全、动作可靠；）系统功能完善、性能好、监视保护齐全、动作可靠； （5）系统构成简洁明了，显示齐全，使用维护方便、快捷；）系统构成简洁明了，显示齐全，使用维护方便、快捷； （6）系统配置经济合理，性能价格比较高。）系统配置经济合理，性能价格比较高。 系统构成模式： 全数字低压变频调速控制+ PLC行程控制和操作控制+双线制监视保护 和安全回路+上位机监视 （1）变频调速系统方案变频调速系统方案 采用ABB公司ACS系列全数字低压变频调速控制装置，其功能完善、性能优越、 监视保护齐全； 主回路采用可逆变频器，实现变频调速四象限运行。主回路采用可逆变频器，实现变频调速四象限运

9、行。 变频器可将电动机发出的电能向电网回馈，节能效果显著；直流侧采用可控的变频器可将电动机发出的电能向电网回馈，节能效果显著；直流侧采用可控的IGBTIGBT 元件时，谐波量很小功率因数可控制为元件时，谐波量很小功率因数可控制为1 1； （2）主控系统方案主控系统方案 采用西门子公司生产的S7-300系列PLC(PLC1)实现提升行程速度控制和监视保护； 采用两台西门子公司生产的S7-300系列PLC(PLC1、PLC2)实现控制、监视和安全 保护（双线制）； 各种运行控制功能（自动、半自动、手动、检修及特殊工况等运行控制功能）、 系统的双线制安全监视和安全回路等主要由PLC应用软件实现。 （

10、3）状态和故障监视显示方案状态和故障监视显示方案 采用研华工业控制计算机作为上位机，可实时动态地监视显示系统运行状态 和运行参数，并显示各种故障类型，使用维护方便，故障处理快捷。 天地科技股份有限公司 王斜煤矿提升机电控系统改造方案 天地科技股份有限公司高新技术事业部 2010.3 5 4.2 电控系统的主要技术特点电控系统的主要技术特点 (1) 全数字控制和监视全数字控制和监视 采用西门子公司S7-300系列PLC构成提升行程控制和提升工艺控制； 采用进口ABB公司ACS系列全数字低压变频调速控制装置，构成提升机交流拖动 系统的电流、速度调节控制； 采用西门子公司S7-300系列PLC及上位

11、机构成提升工艺、设备的状态、故障和首 故障监视和显示。 (2) 安全可靠性高安全可靠性高 实现安全监视与提升控制相互独立工作方式； 具有两台西门子公司S7-300系列PLC及相应传感器和控制电器构成的双线制安全 监视回路和安全回路； 提升方向信号自动识别软件，可确保正确形成提升方向控制指令和构成错向保护； (3) 工作可靠性高工作可靠性高 控制用PLC和调速用变频器均采用进口名牌产品； 主要传感器元件和电器元件均选用进口名牌或合资厂产品； 可实现应急控制功能。 (4) 高抗干扰性能高抗干扰性能 本电控系统在控制电源、输入信号和输出信号等方面采取了综合抗干扰措施， 电磁兼容性设计合理，结构布局周

12、密可靠，系统抗脉冲干扰可达到GB/T17626.4标准 最高严酷等级要求，确保系统的工作可靠性。 (5) 工作效率高工作效率高 采用全数字变频调速控制，实现准确的速度控制，按照设计速度图提升运行； 采用计算机提升行程速度控制技术，实现全行程的位置控制和以行程为变量的S 型曲线速度给定控制； 可实现两段爬行速度图，提高爬行速度，缩短爬行距离，从而缩短提升循环时 间，提高生产效率。 (6) 状态和故障、首故障监视完善状态和故障、首故障监视完善 由主控计算机、调速控制装置和上位机构成完整的技术参数监视和显示系统； 天地科技股份有限公司 王斜煤矿提升机电控系统改造方案 天地科技股份有限公司高新技术事业

13、部 2010.3 6 由主控计算机等构成首故障及故障的判别、记忆和显示功能。 5 电控系统设备构成及主要技术特点说明电控系统设备构成及主要技术特点说明 5.1 全数字交流低压变频调速控制装置全数字交流低压变频调速控制装置 5.1.1 交流变频调速控制系统概述交流变频调速控制系统概述 变频调速系统选用变频调速系统选用ABB公司公司ACS800系列全数字变频器，系列全数字变频器，以及与其配套的交流电机。 ABB工业传动变频器额定电流被设计成能满足工业应用环境下高过载能力的需求， 核心算法是DTC,直接转矩控制能提供优良性能和重要优点，内置的驱动可选件使安装工 作迅速而简单，使产品具有使用寿命长的特

14、点是ABB工业传动最主要的设计理念之一。 风扇、电容等易损耗部件根据延长产品使用寿命的原则进行选型，同时产品具有强大的 保护功能。 本系统为副井电控，因此需要重物下放时需要能量，因此采用四象限变频器。IGBT 整流单元(ISU)用于有能量回馈的传动系统，在功率控制中，它提供如同DTC技术在电机 控制中那样稳定和可靠的性能。功率单元的硬件与逆变模块的硬件兼容，在无源模式变 换器作为整流器来工作，在有源模式时，IGBT用来控制母线电压恒定，线电流正弦。由 于使用DTC技术和LCL滤波技术，极大降低了谐波含量。 5.1.2 变频器选型变频器选型 本系统选用一台ABB的ACS800系列四象限传动装置，

15、该装置可以回馈能量。 型号：ACS800-14-0490 适配电机功率：315Kw 额定电压：380V 额定电流：490A 5.2 低压配电低压配电 配置配置1台低压配电柜，台低压配电柜，两路380V交流进线，手动切换，经各开关向电控系统、辅机及 其它用电设备的380220V配电。根据各用电设备的要求装设自动空气开关或断路器、 接触器、继电器、控制开关等。低压回路主要符合液压站、润滑站等容量要求，并留有 15的备用配电回路。 5.3 不间断电源和直流电源不间断电源和直流电源 控制电源的性能、可靠性直接影响系统的工作可靠性，控制电源必须具备高可靠性、 天地科技股份有限公司 王斜煤矿提升机电控系统

16、改造方案 天地科技股份有限公司高新技术事业部 2010.3 7 高抗干扰能力，同时须具有供电的连续性，一般要求留有足够余量。为此在控制电源的 配置中，采用如下方案： （1）采用一台 2KVA 的隔离变压器为系统中的控制电源供电。 （2）配置一台 2KVA 不间断电源（UPS） ，为系统中重要的控制单元供电，当主电源故 障时可自动转换。 （3）电控装置中根据需要配置相应的稳定可靠的直流电源，主要选用开关电源和线性 电源，直流电源主要给控制系统内部电路板、直流继电器等供电。每路电源均在 交流进线侧设置电源滤波器。 （4）系统电源配置防浪涌（防雷）装置，具备防雷功能，保证系统安全可靠。 说明：上述说

17、明：上述隔离变压器和隔离变压器和不间断电源装于低压配电柜中，直流电源装于主控柜中。不间断电源装于低压配电柜中，直流电源装于主控柜中。 5.4 计算机主控系统装置计算机主控系统装置 计算机主控系统装置包括计算机主控系统装置包括1套控制柜、套控制柜、1套操作台，套操作台，主要由两台西门子公司生产的S7- 300 系列PLC以及控制电器构成，留有足够的备用接口。各有完成提升行程速度控制、系 统操作控制、系统监视、系统保护等功能，实现对调速系统装置、制动系统设备、辅机 等设备的协调控制，实现提升机按照各种工况要求正常运行；同时实现对提升运行和系 统设备的状态和故障的监测，识别故障和第一故障，进行报警和

18、显示，并根据故障的类 型实施相应的控制。 5.4.1 提升行程速度控制提升行程速度控制 主要由主控PLC（PLC1）实现，主要完成以行程为变量的S形曲线速度给定功能，并 和主控监视PLC（PLC2）构成双线制监视和保护。 主要技术参数主要技术参数： 传感器：增量式轴编码 行程测量范围：0000.001999.99m 分辨率：0.01m 速度测量范围：00.019.9m/s 分辨率：0.1m/s 脉冲量化参数Kp：五位十进制数 （用于绳槽磨损补偿） 5.4.2 操作控制操作控制 操作控制包括对调速系统装置、制动系统设备、辅机等设备的协调控制，主要由 PLC1和相应的继电回路实现，包括： 天地科技

19、股份有限公司 王斜煤矿提升机电控系统改造方案 天地科技股份有限公司高新技术事业部 2010.3 8 接受处理提升信号、运行模式信号、调速装置运行、封锁和工作制动控制等信号； 各控制电器闭合、分断控制、调速装置工作、闭锁控制、工作制动控制； 各控制、运行信号及设备控制的闭锁等等。 提升机运行控制模式：提升机运行控制模式： 系统运转状态选择：系统运转状态选择：提物、提人、检修、应急 系统控制方式选择：系统控制方式选择：自动控制、半自动控制、手动控制 各种控制运行模式：各种控制运行模式： 手动控制手动控制 司机可通过手柄控制提升速度在选定速度范围内连续可调，同时要受 到行程控制器的限制。 半自动控制

20、半自动控制 在半自动运行逻辑正常时，司机可通过按钮，让提升完成一个提升 循环，并具开车闭锁；具有自动选择方向，确定运行速度等功能。 全自动控制全自动控制 在满足自动运行逻辑下，电控系统根据信号系统的信号自动确定运 行方向、运行速度，自动完成一个工作周期内的启动、加速、减速、停车等功能。 检修运行控制检修运行控制 只允许手动操作，速度不大于2m/s。 慢速运行控制慢速运行控制 允许手动操作或操作专设的慢速运行按钮，慢动速度在0.3- 0.5m/s。 应急运行控制应急运行控制 在监控计算机、监测系统出现局部故障时，提升机能实现低速故 障运行，速度不大于2m/s。 停车点旁路运行控制：停车点旁路运行

21、控制：能用转换开关旁路停车控制点，以便检修时使用。 过卷旁路运行控制：过卷旁路运行控制：如在检修时，能用转换开关实现人为过卷、速度限定在 0.3m/s以下。如若正常提升时，人为过卷不复位不能开车。 其他特殊工况运行控制其他特殊工况运行控制 5.4.3 设备和运行状态的监视设备和运行状态的监视 设备和运行状态的监视由PLC1、 PLC2以及调速控制计算机等共同实现，构成多重 安全监视。采用相关的测量和传感组件构成各类监视信号源，这些监视信号经变换隔离 输入主控计算机PLC1，与安全有关的信号同时输入至PLC2。两PLC采用专门编制的监视 程序，来实现对设备和运行状态的故障记忆，第一故障采集，并实

22、现报警和显示。主要 监视内容包括： 天地科技股份有限公司 王斜煤矿提升机电控系统改造方案 天地科技股份有限公司高新技术事业部 2010.3 9 与速度有关的监视：与速度有关的监视： 连续速度监视；逐点速度监视； 过速监视； 与行程有关的监视：与行程有关的监视： 过卷监视； 后备过卷监视； 减速点监视； 方向监视； 与传感器有关的监视：与传感器有关的监视： 数字编码器间的相互监视； 行程位置开关的监视； 松绳监视； 与设备工作状态有关的监视：与设备工作状态有关的监视： 低压供电系统的监视； 变频调速系统装置故障监视； 峰值或突跃电流监视； 主控 PLC 工作状态监视； 主控继电回路监视（如安全接

23、触器工作状态监视等）； 主控操作主令电器的工作状态监视； 主控对深度指示监视； 液压制动系统故障监视； 制动闸、制动轮工作状态监视； 润滑系统故障监视； 5.4.4 安全回路及其控制安全回路及其控制 安全回路由安全回路由PLC1和和PLC2同时实现，构成双线制安全回路，同时将过卷、电源故障、同时实现，构成双线制安全回路，同时将过卷、电源故障、 制动故障、调速装置故障等重故障直接构成继电安全回路，构成多重安全保护。制动故障、调速装置故障等重故障直接构成继电安全回路，构成多重安全保护。 根据故障的性质和危及安全及工作状态的程度，共分为四类故障，将它们分别构成三 类安全回路。安全接触器控制由PLC1

24、、PLC2安全回路和继电安全回路共同实现，其中两 PLC输出的安全保护信号分别控制各自安全回路中间继电器，各安全回路中间继电器接点 串联后，控制安全回路接触器，最终控制安全制动的施加与释放。安全保护按故障的性 质分四类进行处理： 一类故障 发出声光报警，系统立即实施安全制动，抱闸停车。 天地科技股份有限公司 王斜煤矿提升机电控系统改造方案 天地科技股份有限公司高新技术事业部 2010.3 10 一类故障主要包括： 高、低压电源故障； 交流变频调速回路故障； 制动系统油压故障； 提升容器过卷； 松绳故障； 提升运行超过最大速度 15% 提升运行减速段过速 10%; 提升容器到达终端时的速度超过

25、2ms； 错向操作； 信号系统紧停、按下安全制动钮等。 二类故障 发出声光报警，系统立即实施电气制动，按电气制动减速度减速，当速度降 低到1 m/s时，实施安全制动，抱闸停车。二类主要包括： 液压制动系统油位偏低； 润滑系统故障； 井中运行信号系统打停点（或无方向信号）； 按下电气制动钮等。 三类故障 发出声光报警，允许一次提升循环结束后再停车，并进行闭锁不予许下一 次开车。三类主要包括： 交流调速装置发生局部故障； 液压制动系统油温偏高； 制动油压过高； 闸瓦磨损、弹簧疲劳； 峰值或突跃电流监视等； 四类故障 只进行报警。四类主要包括： 低压电源漏电； 信号电源接地及其它接地故障等等。 5.

26、4.5 状态、故障和第一故障的显示和报警状态、故障和第一故障的显示和报警 系统设备和运行状态及故障分别由安装在操作台仪表盘上的指示灯、触摸屏以及上位 天地科技股份有限公司 王斜煤矿提升机电控系统改造方案 天地科技股份有限公司高新技术事业部 2010.3 11 机的显示屏来显示，仪表盘内装设报警器，故障时进行报警。 5.4.6 制动控制系统制动控制系统 提升机制动控制系统主要由PLC、继电控制回路（工作制动接触器、安全回路接触器 等）和可调闸控制单元组成，与液压站及液压站控制系统相配套，共同实现正常工作制 动和故障时的安全制动功能： （1） 手动时的工作制动，由闸控手把调节制动油压； （2） 半

27、自动时的工作制动，与行程速度调节系统配合，由主控根据开车和停车指令 给出松闸、预贴闸、施闸等控制信号； （3） 安全制动包括一级制动、二级制动两种方式： 若提升容器运行在在井中，直接动作安全阀和二级制动阀，实施二级制动控 制； 若提升机接近井口，解除二级制动（范围可按设计值设定），实施一级紧急 制动控制； （4） 主控系统对制动系统状态进行监视保护。 5.4.7 与液压站和润滑站接口与液压站和润滑站接口 主控系统预留有足够的与液压站和润滑站连接接口，主控对液压站和润滑站进行控 制和监视保护，根据矿方提供的设备厂家型号，与相关厂家协调设计，满足相关的技术 要求。 5.4.8 操作台操作台 操作台

28、采用操作方便的一体式结构。操作台采用操作方便的一体式结构。 操作台主要装有制动控制手柄（右手）、速度控制手柄（左手）、辅机控制用选择 开关、工况选择开关、控制方式选择开关、控制按钮（如：变频启动控制按钮、液压油 泵起停控制按钮、紧急制动、电气制动、复位、铃复位、过卷旁路、停车旁路、半自动 开车按钮、慢速运行按钮、实验按钮等）；包括显示器、显示仪表（包括提升速度、电 机电流、制动油压、可调闸电流等）以及重要操作信号和状态指示灯（包括控制手柄零 位指示、制动手柄松闸位指示、变频器状态指示、控制电源合闸指示、安全回路正常指 示等）。 天地科技股份有限公司 王斜煤矿提升机电控系统改造方案 天地科技股份

29、有限公司高新技术事业部 2010.3 12 5.5 上位计算机监视系统上位计算机监视系统 采用工业控制计算机和通讯组件构成上位计算机监视系统，使用监视组态软件，实 现对提升运行和设备运行的状态进行监视，并进行状态和参数的显示、存储记忆，以方 便使用维护、故障处理以及对系统的管理。留有与矿调度网的接口，并可以通过以太网 对系统进行远程监控诊断。 工业控制计算机配置为：研华工控机 P4、光驱、鼠标、键盘、彩显等。 主控 PLC 收集和处理提升运行和设备运行的所有状态和参数，主控 PLC 和上位机通 过网络通讯交换信息，通过上位机进一步处理，将提升运行和设备运行的参数、状态和 故障在上位机的彩色显示

30、装置上显示。 上位计算机监视系统的主要功能： 提升系统动动静态画面生成： 故障、第一故障显示、报警。 具有与 PLC 通讯接口，可通过键盘对提升机电控系统进行编程。 图形显示的主要画面有： 提升系统运行主图、高压供电系统图 、低压供电系统图 、安全回路图、故障信息 图、安全保护试验画面图、其他根据需要设计。 5.6 轴编码器轴编码器 （1）根据控制功能的要求，系统使用编码器3台，2台轴编码器（PG1、PG2）装于 主滚筒上，1台轴编码器（PG3）装于电机非轴承端。 （2）轴编码器PG1信号进入主控PLC1，轴编码器PG2信号进入主控PLC2，作为两路 完全独立的行程和速度监测信号，PLC1、P

31、LC2、进行行程和速度参数的相互比较，实现 PG1、PG2的相互监视。 （3）轴编码器PG3信号输入变频器，用于闭环调速控制。 5.6 交流变频电动机交流变频电动机 选用选用1台交流变频电动机，台交流变频电动机，替代在用高压电机。 额定功率：280Kw 额定电压：380V 额定转速： rpm 变频调速三相异步电动机，适应变频调速直接转矩控制方式及PWM调制方式，可以 满足提升机频繁正反转、起制动的要求； 天地科技股份有限公司 王斜煤矿提升机电控系统改造方案 天地科技股份有限公司高新技术事业部 2010.3 13 5.7 变压器变压器 选用选用1台普通干式变压器，台普通干式变压器， 用于变频器电

32、压匹配，变压器为F级绝缘，预置温度检测 传感器以检测整流变压器的温度，配套温度监视保护装置，并将报警（ 90）、跳闸（ 100）信号接点输出到主控。整流变压器主要参数： 型号： SC400 连接组别： Dy-11 容量：350KVA 变比：6KV/380V 5% 阻抗： 6% 6 电控设备供货范围电控设备供货范围 序名 称规 格数量备 注 （1）电控系统部分 1低压柜 双投开关 1； 塑壳断路器 2； 低压空气开关：C65N等 若干 1台 2变频器柜 变频器ABB ACS800-14 315KW 11台 3主控柜 西门子PLC S7-300PLC 2台 电子板：光耦、衰减等 继电器：HH53P等 1台 4控制台 西门子PLC S7-ET200 1台 控