王斜井电控低压变频技术方案

1、王斜井电控低压变频技术方案目 录1 概述22 在用提升系统主要技术参数23 电控系统设备技术条件33.1 使用条件33.2 技术标准和规定34 电控系统总体技术方案和技术特点44.1 电控系统总体技术方案44.2 电控系统的主要技术特点55 电控系统设备构成及主要技术特点说明65.1 全数字交流低压变频调速控制装置65.1.1 交流变频调速控制系统概述65.1.2 变频器选型65.2 低压配电65.3 不间断电源和直流电源65.4 计算机主控系统装置75.4.1 提升行程速度控制75.4.2 操作控制75.4.3 设备和运行状态的监视85.4.4 安全回路及其控制95.4.5 状态、故障和第一

2、故障的显示和报警105.4.6 制动控制系统115.4.7 与液压站和润滑站接口115.4.8 操作台115.5 上位计算机监视系统115.6 轴编码器125.6 交流变频电动机125.7 变压器126 电控设备供货范围137 技术资料提供138 技术服务149 工期安排141 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

3、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提升机型号：卷筒直径：卷筒个数：钢丝绳直径：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： 3 电控系统设备技术条件3.1 使用条件（1）环境条件：电控设备室内安装，其基本工作环境条件如下：海

4、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。（2）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（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

5、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4 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方案编制原则： （1）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； （3）技术和设备先进、成熟、可靠； （4）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，

6、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 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。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IGBT元件时，谐波量很小功率因数可控制为1；（2） 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(

7、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。（3） 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。4.2 电控系统的主要技术特点(1) 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

8、PLC及上位机构成提升工艺、设备的状态、故障和首故障监视和显示。(2) 安全可靠性高 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 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，结构布局周密可靠，系统抗脉冲干扰可达到GB/T

9、17626.4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 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 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； 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5.1 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

10、变频调速系统选用ABB公司ACS800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

11、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 变频器选型本系统选用一台ABB的ACS800系列四象限传动装置，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：490A5.2 低压配电 配置1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

12、求，并留有15的备用配电回路。5.3 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、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）

13、装置，具备防雷功能，保证系统安全可靠。说明：上述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。5.4 计算机主控系统装置 计算机主控系统装置包括1套控制柜、1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 主要由主控PLC（PLC

14、1）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：l 传感器：增量式轴编码l 行程测量范围：0000.001999.99m 分辨率：0.01ml 速度测量范围：00.019.9m/s 分辨率：0.1m/sl 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： 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

15、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： 系统运转状态选择：提物、提人、检修、应急 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：l 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。l 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。l 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。l 检修运行控制 只允许手动操作，速度不大于2m/s。l 慢

16、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。l 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。l 停车点旁路运行控制：能用转换开关旁路停车控制点，以便检修时使用。l 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。l 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

17、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，并实现报警和显示。主要监视内容包括：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： 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： 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： 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

18、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由PLC1和PLC2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。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、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：

19、一类故障 发出声光报警，系统立即实施安全制动，抱闸停车。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

20、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。5.4.5 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

21、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：l 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；l 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

22、求。5.4.8 操作台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）。5.5 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

23、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

24、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（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、PLC2、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 选用1台交流变频电动机，替代在用高压电机。额定功率：280

25、Kw 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；5.7 变压器 选用1台普通干式变压器， 用于变频器电压匹配，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台控制：速度、刹车主令控制器显示：电表、行程显示1套5上位计