煤矿提升机斜巷绞车四象限变频自动化控制技术方案

我们的系统优势

变频器采用美国ABB企业、日本富士和西门子企业的高端工业产品。

ABB在业界是交流变频日勺领跑者，产品广泛用于全球高层大型直通电

梯，矿山主副井提高等安全规定严格的场所。

变频器都配置专业提高控制器单元，配合原厂提高宏，具有刹车模

块控制器，大量用于高层大型直通电梯，工业罐笼提高，煤矿主副

井，斜巷轨道绞车等安全规定严格的场所。

PLC控制单元采用德国西门子S7系列CPU,该CPU日勺性能和稳定性在

国际上受到很高的评价。

整套系统构造合理，采用原则工业现场总线，符合国际原则，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，可以自动切换到此外备用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，尤其是四象限型变频器，具有世界先进的技术

水平，当提高机重物下方时，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步节省了大量电能。

目录

1

您日勺新选择-绞车变频调整控制系统...........3

可依赖的技术..............................4

3

系统构成..................................5

系统的长处................................9

使用特点...................................11

工作原理..................................16

先进的电机控制方式........................18

我们更先进日勺..............................20

9

我们的服务................................21

10

设备清单..................................24

您的新选择-绞车变频调整控制系统

煤矿井下防爆运送绞车肩负着运送人员、材料和阡石日勺任务，是

煤矿生产的重要设备6目前国内普遍采用的调速措施是采用在电动机

转子回路内接入金属电阻，用鼓形控制器逐段切除电阻来到达调速

的目的。电阻调速控制装置的缺陷有：隔爆电阻箱能耗大，散热难以

处理，且占用了极大的帽室的面积，增长了开拓费用；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，易导致设备损坏，且

挥霍了大量的电能；比外，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主线上处理了原有的防爆电阻调速控制

系统所存在日勺多种弊端，使井下防爆绞车电控系统迈上了一种新的

台阶.伴随电力电子技术日勺发展和变频技术的成熟，国家明文指出，

在提高较车系统中，推荐使用交流变频调速器。

可依赖日勺技术

绞车提高变频系统具有严格的测试原则，其测试流程可以看出系统

日勺测试需要通过合作伙伴、元器件供应商的产品测试，在装配之前还

需通过装配和外观检测，装配完毕之后需通过高压测试、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日勺序列好，记录

各项测试数据，记录和跟踪所有重要器件的测试数据。

生产流程图

系统构成

提高机电控系统分为如下几部分：滤波电抗器、变频器、可编程控制

器(PLC)、操作台、液压监控、多种传感器和联网地面控制等几部分

构成。

系统框架图

1)滤波电抗器

滤波电抗器日勺滤波单元用于克制变频器产生的电磁干扰噪声的传导,

同步克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企业先进日勺变频器，它能到达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

高专用变频器它还具有特殊提高机功能：特殊的应用程序，包括原

则提高机系统的功能；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。

采用的西门子S7CPU

3）可编程控制器（PLC）

本提高机系统采用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，并在操作台时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

常提高。

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、工作闸液压站耳机的

起停控制开关。

A、在控制台上日勺液晶显示屏上采用翻页日勺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、提高信号状态。

显示屏界面

B.每个界面上均有返回主界面的按钮，主界面上重要监视歼石

车的实际运行位置、提高时每个时刻的速度、液压站的运行状况、较

严重的故障报警。主界面上尚有对应的提高信号显示。

C.后备保护界面重要显示：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、故障查询界面重要用于对多种故障状况进行查询、追忆，便于对

设备的维护和管理

E、电源监控界面重要显示系统的电源原理图及主回路电流和电

压。

F、变频器运行界面可以显示变频器运行时的多种参数：散热器的温

度、电流、频率、转矩及多种故障。

5）液压监控

液压监控是对液压油站工作状态日勺多种参数进行监控，重要显示液

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）多种传感器

各点日勺传感器有助于PLC精确、稳定的控制绞车电机的运行。

高精度旋转编码器

系统的长处

1）变频器采用美国ABB企业、日本富士和西门子企业的高端工业产

品。ABB在业界是交流变频日勺领跑者，产品广泛用于全球高层大型直

通电梯，矿山主副井提高等安全规定严格的场所。

2）变频器都配置专业提高控制器单元，配合原厂提高宏，具有刹车

模块控制器，大量用于高层大型直通电梯，工业罐笼提高等安全规

定严格的场所。

3）PLC控制单元采用德国西门子S7系列CPU,该CPU日勺性能和稳定

性在国际上受到很高的评价。接口配件均采用西门子企业原装配套产

品O

4）组态软件采用西子正版SIMATICWinCC和编程控制软件采用

STMATTCSTEP7,稳定安全有保障。

Netwoik6

PLC主控1:15.4整流启停:QQ0

采用STEP确7编译的绞车控制模式梯形图

采用STEP确7编译的绞车行车保护梯形图

5）整套系统构造合理，采用原则工业现场总线，符合国际原则，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，可以自动切换到此外备用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）采用原则工业现场总线，符合国际原则，可随时并入全矿的无人

值守自动化生产系统。

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

电网运行愈加稳定可靠.变频器自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，维护简朴，闭

锁安仝，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

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、"0控制板内部故

障、内部故障外，还具可编程障保护功能、AKMin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）

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，对电因无冲击无污染，且不受回馈

能量大小的限制，则保证了绞车运行时可频繁日勺停车，启动及换向.节

省大量电能.

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，特选提高机

应用宏，使所有控制功能均由参数设定完毕，速度调整器、电流调整

器参数均通过优化而自动设置；电流、速度双闭环，满足多种控制规

定。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

到达并超过直流设备的动态特性。脉冲编码器的使用，可实现绞车日勺

精确定位。

变频器重要特性（一）

长处注存

紧凑且完整

紧凑的尺寸，集成所有器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滤波罂。

件

所有ACS800传动内置谐波低谐波，这意味着较少日勺电磁干扰,以及电缆和变为获得最低的谐波等级，ACS800-37滤波器提供一种

滤波器压器中较少的发热量。几近无谐波的处理方案。

滤波器防止进线侧瞬变从而保护传动。

通用的选项来自ABBB勺原则处理方案能满足顾客的绝大部分需客户型处理方案请使用ACS800-07/-17/-37o

求。

多功能口勺制动选项最佳的制动方案总是可用时。制动斩波器内置于所有外形尺寸的传动中（原则/可

无需外部制动斩波器,因此减少尺寸和安装成本选）。

无需外部制动斩波器，因此减少尺寸和安装成本ACS800-11/T7具有能量再生制动功能。

顾客接口

友好的顾客接口迅速简易的调试与运行。清晰B勺文字显示，具有启动向导耒引导顾客。更多易

用R勺PC工具可进行调试、维护、监视和编程。

通用的连接与通讯原则I/O能满足绝大部分需求。广泛的原则和可选I/O.

可与多种现场总线连接。I/O满足PELV（EN50178）o

扩展的可编程性灵活。在某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（原则）

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种产品系列合用于任向场所。这意味着较少的培

训、备件和原则化的接口。

宽范围日勺可选结实机壳合用于多种不一样环境的处理方案。IP1-IP55

适应于重工业应用。

结实的主电路设计可靠。专为重栽和长寿命而设计。

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,容许更高日勺过我。

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，容许更高日勺过我。

ABB制造

交流传动领域的金球市场广为证明的.安全的、可靠的处理方案“丰富的产品

领导者丰富日勺经验应用知识。

全球统一的服务与支持网世界范围内的专业支持。

络

变频器重要特性（二）

工作原理

变频器是通过变化电机定子供电频率来变化电机日勺转速，以实现绞

车的调运。交流异步电动机的转速公式为:

〃二6。川一）

P

其中：

n------电极转速；

fl定子供电频率；

P——极对数；

s------转差率；

该设备为交一直一交电压型变频调速系统，原理图如下图所示。

状态信息

功率单元主控制板

应答光纤控制光纤

矿用提高机变频调速系统原理图

1）该系统的运行过程重要分为两个过程：

A.绞车电机作为电动机的过程，即正常日勺逆变过程。该过程重要由

整流、滤波和正常逆变三大部分构成，如上图所示。其中正常逆变过

程是其关键部分，它变化电机定子的供电频率，从而变化输出电压,

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。该过程重要由整

流、回馈逆变和输出滤波三部分构成，如上图所示。其中该部分的整

流是由正常逆变部分中1GBT时续流二极管完毕c二极管D1和D2为

隔离二极管，其重要作用是隔离正常逆变部分和回馈逆变部分。电解

电容E2的重要作用是为回馈逆变部分提供一种稳定的电压源，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关键部分，该

部分实现回馈逆变输出电压相位与电网电压相位日勺一致。由于回馈逆

变输出的是调制波，为保证逆变时正常工作以及减少对电网的污染,

我们加了一种输出滤波部分，使该系统的可靠性愈加稳定。（可选项）

鉴于矿区电压的波动性也许比较大的事实，由于变频器日勺回馈条件

是要和电网电压有一种固定电压差值，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，此时变频器日勺母线电压就会到达一

种比较高的电压值，假如再有重车下滑，则母线电压会更高，此时

日勺高电压就有也许威胁到变频器日勺大功率器件的安全，为此，该系

统又加了一种刹车部分，以保证变频器的安全。

先进日勺电机控制方式

1）直接转矩控制

直接转矩控制技术是ABB企业开发研制的。逆变器时通断直接控

制电机关键的变量：磁通和转矩。

测量日勺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微秒产生一组精确日勺转矩和磁通日勺实际值。

2）辨识运行

直接转矩控制的完美口勺性能是基于精确的电机模型，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，建立并优化电机时数

学模型。

3）零转速满转矩

ABB变频器带动的电机可以获得在零速时电机日勺额定转矩。

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，有也许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高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。

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。当增长电机

磁通后，电机在制动过程中产生的能量可以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种转速变换到另一种转速。后者用

直流注入制动是不也许实现日勺。磁通制动与直流注入制动相比尚有其

他某些长处：

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

命令给出后一般有500ms延时，制动才能启动。

B.电机冷却日勺斜率更高。在磁通制动过程中电机定子日勺电流增长。在

直流注入制动过程中电机日勺转子电流增长。定子比转子冷却日勺斜率更

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

额定负载时日勺电机噪音。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。

我们更先进日勺

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与否可以跟随速度给定，在正常运行和加/

减速期间与否产生过度的速度偏差

3）迅速停车

可设定不一样的停车类型：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、位置测量等等诸多专门用于提高应用的功

能，变频器自身具有松绳及过载保护功能。

我们日勺服务

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

日勺售后服务。“专业、高效、规范、热情”是我们售后服务的工作原

贝L”顾客百分之百满意”是我们不懈追求的目日勺！!

1.供货与安装服务

1）我们将严格履行协议，尽最大努力缩短安装调试时间和缩小对贵

企业生产日勺不利影响。

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，使设备以最短日勺时间进入最佳

运转状态。

2.质量保证

1）我企业保证对系统选用日勺设备、器材、线材等,严格按

照制造商规定日勺有限保换、保修条款进行免费更换和保修。

2）我司保证对整个系统负责，而不是对子系统或单独日勺设备。假如

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，直到满足工程协议规定和国家有关原则、规范日勺规

定。

3）系统建成并正常运行后，我企业将为顾客建立完整日勺使用和

维护手册。

3.售后服务

1）我企业将保证对设备非人为日勺质量问题免费保修至协议签订

后1