提升机电控系统高压变频技术方案

1、一总体介绍1矿井提升机交流电控设备符合下列文件的规定和基本要求：1.1、煤矿安全规格（2007版）1.2、煤矿安全质量标准化标准1.3、电气设备的抗干扰性基本测量方法（GB4859-84）1.4、低压配电设计规范（GB50054-59）1.5、矿山电力设计规范（GB50070-94）1.6、JB4263-86交流传动矿井提升机电控设备技术条件1.7、现场总线技术标准和PLC设计标准1.8、现行国家电工委员会及其它有关标准1.9、进口电气设备遵守国际电工委员会IEC标准2.0、井筒电气设备满足防水、并具有MA证和防爆合格证要求。2.1、电控系统采用PLC控制，可编程控制器等关键设备为原装进口产品

2、。二主要技术数据及要求1基本技术参数提升机型号：提升机用途：服务水平数量： 井筒高度或斜长: 米 井筒倾角: 钢丝绳最大速度: m/s爬行速度: m/s电机参数:型号: 额定功率: 355KW 定子额定电压/电流： 10KV/ A转子额定电压/电流： V/ A 额定转速: 转/分滚筒数：滚筒直径： m减速箱减速比：配套液压站型号：以上参数均有矿方提供。2技术要求1、 满足煤矿安全规程中有关保护装置的要求。2、 系统为PLC+高压变频调速方式，实现速度环节和保护环节的双线控制。3、 采用PLC控制，PLC可编程控制器采用西子的S7系列产品。4、 安全回路采用软硬两套回路实现双线控制，硬安全回路的

3、各种保护即不通过PLC控制，直接由外部保护开关控制；软回路由轴编码器和外部保护开关共同控制；各种保护符合煤矿安全规程和煤矿机电质量标准化的要求。5、 具有自检测故障点功能，有不少于24小时的故障记忆功能。6、 操作台仪表齐全可靠。7、 具有过卷、欠压、过流、短路、断相、制动磨损超限、松绳保护等。三电控系统设计及电控设备成套范围1电控系统总体设计方案1.1、 提升机电控系统采用PLC系列新型电控系统并根据实际情况做相应的修改。1.2、 采用利德华福HARSVERT系列高压变频调速系统。1.3、 主令控制柜PLC选用西门子公司原装的S7-300产品。1.4、 操作、监控和安全保护系统选用原装进口可

4、编程控制器。1.5、 通过PLC应用软件能够完成提升机手动、半自动、检修及紧急停车等各种运行方式的控制要求，以及特殊工况处理，如低速爬行等控制要求。1.6、 上位监控配置原装工控机，键盘、彩显以完成对提升机运行状态、参数、故障进行监控和数据存储。1.7、 操作方式：手动、半自动。1.8、 具备多水平提升控制的要求。1.9、 控制柜结构形式：柜式全封闭结构（底封板可拆卸）。1.10、 满足煤矿安全规程八大保护外，还具有下述保护：1) 减速点后备保护：2) 断轴保护3) 过卷保护4) 井口2米/秒限速保护：5) 错向保护6) 给定方向记忆7) 二级制动解除保护8) 减速段超速保护9) 安全回路由P

5、LC内部和外部AC回路串联实现。1.11、 改造后的电控系统与原有的信号系统配套。2系统主要设备配置：2.1、高压开关柜 高压进线开关柜TGG-6型2.2变频器对于额定功率为Pe，额定电压10kV电机,要求变频器输出功率不低于1.2Pe。采用利德华福HARSVERT系列高压变频调速系统，以高可靠性、易操作、高性能为设计目标，在电力、冶金、石化、市政以及煤矿的矿井提升、皮带机、主扇通风机已经有广泛应用。为适应用户矿井提升机的要求，利德华福提供的高压变频调速系统的参数如下：规 范参 数备 注1使用标准Q/CP BLH003-20072型式及型号HARSVERT-FVA 06/xxx3供货商及产地北

6、京利德华福电气技术有限公司4安装地点室内5技术方案多级模块串联，交直交、高高方式6对电动机要求绕线式异步电机7额定输入电压/允许变化范围10kV10%8系统输入电压10kV9系统输出电压010kV10系统输出电流A kW/10kV11逆变侧最高输出电压10kV12额定容量 850kVA kW/10kV13额定输入频率/允许变化范围50Hz10%14对电网电压波动的敏感性-35%+15%15输入侧功率因数0.95（20%负载）16变频器效率96%17控制方式多级正弦PWM控制18控制电源220VAC或380VAC（三相四线制），3KVA19盘前维护或盘后维护前后维护20电网侧变换器型式及元件30

7、脉冲，IGBT三相全桥，21电机侧逆变器型式及元件IGBT 逆变桥 串连22电隔离部分是否采用光纤电缆采用安捷伦光纤连接23冷却方式强迫风冷24标准控制连接硬连接25操作键盘人机界面26界面语言简体中文27变频装置外形尺寸(宽深高)4852mm1200mm2634mm含激磁涌流柜28变频装置重量5500kg29防护等级IP3030柜体颜色HARSVERT第三代标准颜色采用交流变频调速器对提升绞车进行驱动具有如下优势：第一， 控制精度高。通常变频器都采用磁通矢量控制，使得交流电机的调速性能与直流电机几乎相等，控制精度非常高。第二， 工作可靠性高。变频器采用的是电子器件，寿命长，且具有完善的保护功

8、能，用于提升绞车控制时，其可靠性很高。第三， 基本无维护工作量，减低了维护人员的工作强度。第四， 调速范围宽广，属于无级调速，低速时稳定性好。第五， 节能。 变频器为高高结构，10kV直接输出定子电压，不需输出升压变压器，输出为单元串联移相式PWM方式； 能量回馈变频器在电机处于发电机状态运行时，通过变频器内部的有源逆变装置将能量回馈至电网，避免过压，提高节能效果，实现电机四象限运行； 系统一体化设计，包括输入干式隔离变压器，变频器等所有部件及内部连线，用户只须连接高压输入、高压输出、低压控制电源和控制信号线即可。整套系统在出厂前进行整体测试； 无需滤波器变频器就可输出正弦输出电流和电压波形，

9、对电机没有特殊的要求，可以使用普通异步电机，电机不必降额使用。具有软起动功能，没有电机启动冲击引起的电网电压下跌，可确保电机安全、长期运行； 变频装置输出波形不会引起电机的谐振，转矩脉动小于0.1%。 变频装置对输出电缆长度无任何要求，电机不会受到共模电压和dv/dt的影响； 变频器可在输出不带电机的情况下进行空载调试，也可在没有10kV高压情况下用低压电进行空载调试； 控制系统采用全数字微机控制，有很强的自诊断功能，能对所发生的故障类型及故障位置提供中文指示，能在就地显示并远方报警，便于运行人员和检修人员能辨别和解决所出现的问题； 具有就地监控方式和远方监控方式。在就地监控方式下，通过变频器

10、上的触摸屏显示，可进行就地人工启动、停止变频器，可以调整转速、频率；就地控制窗口采用中文操作界面，功能设定、参数设定等均采用中文。卖方提供的变频装置支撑软件为汉化的最新的正版软件； 变频器高压主回路与控制器之间为光纤连接，具有很高的通信速率和抗干扰能力，安全性好； 转矩特性：0.550Hz恒转矩特性，额定转矩输出，转矩阶跃响应200ms。50Hz以上恒功率特性，最大转矩与转速成反比下降； 输出频率0.5-120Hz(根据电机情况可设定)； 变频器抗地震能力为7级，振动0.5G； 临界速度可跳过(共2组，可任意设定)； 安装、设定、调试简便； 功率电路模块化设计，维护简单； 完整的故障监测电路、

11、精确的故障报警保护； 自带冷却风机，风机电源与控制电源分开取电，电源取自输入侧变压器； 内置PLC，易于改变控制逻辑关系，适应多变的现场需要； 可灵活选择现场控制/远程控制； 可接受和输出010V/420mA工业标准信号； 可根据用户需要内置PID调节器； 完整的通用变频器参数设定功能； 优异的性能/价格比； 采用矢量控制，响应速度快、调速范围宽和动态特性、稳定性好、起动转矩大，能够实现重载平稳起动。目前，矢量控制产品的性能指标为：调速范围100:1，稳态转速精度0.5%，动态转矩响应时间小于200ms，启动转矩180%额定转矩，基本达到国际先进水平。采用DSP矢量控制的高压变频调速系统具有以

12、下功能： 电机参数自动整定要实现矢量控制，需要检测电机的定转子电阻电感参数。HARSVERT系列变频器可对异步电机自动进行电机学堵转试验和空载试验，实现电机参数的自动整定。 系统状态变量的实时显示和监控包括：输入侧和输出侧的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数，电机转速，多点温度指示，变频器状态，等等。 除了显示常用的电压、电流、功率温度等参数以外，监控界面还具有软件示波器功能，可供现场调试和监控使用。高压变频系统的主要构成及其特点功率柜中的每个功率单元带三相输入熔断器保护，除此之外变频装置还具有以下保护功能：a）过电压保护。检测每个功率模块的直流母线电压，如果超过额定电压值的115%，则

13、变频器保护。b）过电流保护。电机额定电流的200%一分钟保护，保护定值可根据用户具体情况现场整定。c）欠电压保护：检测每个功率模块的直流母线电压，如果低于设定的数值，则变频器保护。此保护实际上包括了对电网电压负向波动的保护。d）缺相保护。缺相保护设置在每个功率模块上。当变频器输入侧掉相或功率模块的保险熔芯熔化时，会发出报警信号并保护。e）过载保护。电机额定电流的150%，连续运行，保护定值可根据用户具体情况现场整定。同时可以满足提升机重载启动的需求。f）过热保护。包括两重保护：在变频调速系统柜体内设置温度检测，当环境温度超过预先设置的值时，发报警信号；另外，在主要的发热元件，即整流变压器和电力

14、电子功率器件上放置温度检测，一旦超过极限温度（变压器130、功率器件80），则保护。 g）接地保护。变频器输出发生单相接地时，立即保护。h）短路保护。短路保护为变频器的基本保护功能之一，实质上是变频器检测到输出电流增大而进行的过流保护。如果变频调速系统的输出侧短路，其输出侧的电流霍尔将检测到相间短路引起的输出电流增大，控制器立即发出速断指令封锁脉冲关断IGBT停止高压输出（响应时间小于10uS），联跳输入侧的断路器QF，同时声光报警，并将重故障信号远传到DCS系统，从而保护整个变频调速系统。 以上故障，均在中文用户界面上指定故障确切位置，便于用户采取对应措施。2.3上位机监控系统上位计算机监控

15、系统采用原装进口工业控制计算机IPC，原装双核处理器，2G内存、320G硬盘，高速光驱、19寸液晶彩色显示器，与控制用的PLC通过通讯电缆进行数据通讯；针对工业恶劣环境专门设计，运行可靠；具有硬件时钟功能 ，为各种数据记录提供时间坐标。编程期间，上位计算机作为编程设备，对PLC软件编程，可以以梯形图显示并监视各逻辑回路动作情况；实际运行过程中，对提升机运行过程的动、静态参数及可能危及提升机正常运行的设备进行监测控制，实现全汉字化界面、图表显示，具有对提升机系统发生的轻重故障进行诊断和保存，实现了综合后备保护功能；能显示故障发生的位置、时间、原因以及故障前的有关数据参数；对深度、速度、提升各类信

16、号情况进行实时显示并记录；能查询到提升循环速度图以及故障发生后情况，能显示PLC各接口的动作情况，便于线路维修。同时具有远程诊断功能。具体画面包括1) 安全回路监视2) 实时速度图3) PLC状态监视4) 各路模拟量的监视5) 液压系统监视6) 提升容器的位置指示7) 提升种类、信号监视8) 故障记录9) 历史事件查询2.4 主令控制PLC柜： 采用西门子公司的S7-300PLC进行控制，能够完成手动、半自动、检修、紧急停车、低爬等运行方式的控制要求以及特殊工况，监视提升系统各路电源，完成提升机运行的工艺要求。PLC控制系统有DI/DO模块、AI/AO模块、CPU模块、电源模块、计数模块等组成

17、，并预留20%以上的I/O接口。具有以下功能：1) 安全回路由PLC控制元件与继电器冗余；2) 全行程速度监控，实际速度超过给定速度的8%预报警,超过给定速度的15%进行安全制动;3) 过卷监控,实际过卷0.2m预报警,过卷0.5m实现安全制动;4) 除了全行程包络线速度监控以外，还设置了作为后备保护的位置给定速度监控；5) 闸瓦磨损及弹簧疲劳保护；6) 手把零位及调绳闭锁；7) 制动油泵工作情况与安全回路、主回路线路换向器动作的合理闭锁；8) PLC软件综合故障情况保护，包括PLC死机的安全保护，具备了PLC系统自检功能。2.5、辅助控制柜：为电控系统及辅助设备供电，并为起重机、主电机风机、

18、电梯、室内照明及检修等供电，并配有UPS不间断电源，以便在主电源故障情况下，能够使提升机实现可靠的安全制动，为计算机提供电源，保证计算机的运行和数据保持。2.6、数显式司机操作台1) 操作台上装有指示灯、仪表、选择开关、按钮、音响设备，能实现提升机运行的各种控制工艺要求。2) 仪表主要显示的内容：罐位数字深度指示器（精针显示罐位的实际位置）、提升速度、制动油压、可调闸电流、电源电压、电流等。3) 组合灯的内容包括：提升机运行状态指示、信号指示和安全状态指示两大类。在操作台的一侧放上位机及其显示设备。4) 选择开关及按钮包括：运行方式选择开关、过卷复位开关、自锁式紧急制动按钮、半自动开车按钮、实

19、验按钮（或开关）等。3电控设备技术说明3.1、数显式主控台数显式主控台是该电控系统的控制中心，该设备采用操作台式结构，除位置、速度、温度、压力、电流等必要的信号采集传感器和终端执行设备外，所、有控制回路全部集中于操作台中。司机可操作主控台上的开关及按钮来控制提升机运行，并通过指示灯和数字显示及时了解提升机的运行关态及运行参数。主控部分按“安全回路双线制”的设计原则，设备主控部分采用技术先进、性能可靠的西门子S7-300系列可编程控制器，配以可调闸模块、电源模块、电流检测模块，以及进口的A/D、D/A转换模块，实现了提升机的工艺过程控制和各种逻辑保护。具有按全程速度给定、PID速度闭环控制、各类

20、安全保护、半自动化开车及各种工作状态显示等多种功能。3.2、附件轴编码器1套。4. 控制方式及特点：4.1、数字行程监控器：数字行程监控器由PLC、轴编码器构成。轴编码器将脉冲信号送入PLC中，经PLC逻辑运算处理转换成提升机钢丝绳线速度和容器行程位置，形成各种操作信号、保护信号和按行程给定的速度给定曲线。并能完成如下功能：1) 实现数字行程给定功能，定位精度1，并实现数字行程罐位显示；2) 具有对编码器进行同步校正的功能；4.2、控制设备类型：采用淮南六信电控有限责任公司生产的PLC系列新型电控系统， PLC控制，控制原则符合TKD系统控制方式要求，并具有更完善的软硬件保护环节，各主要保护实

21、现双线制。4.3、PLC除替代TKD电控中的部分单元继电器，还可实现可调闸闭环控制，全行程速度保护，还能实现准确给出减速点、过卷点，解除二级制动点等位置的信号，作为后备保护用。4.4、在实现可调闸速度闭环的过程中，可调闸模块与PLC共同起作用，并且互为备用。4.5、安全保护由软、硬件共同实现，减速点及减速段的闭环制动控制也由软、硬件共同实现，做到真正意义的双线制，这是我公司产品的一大特点，安全更加可靠。4.6、光电编码器与测速机相互监视、互为备用。4.7、全矿停电情况下，控制系统能配合液压制动系统，实现二级制动，并可靠停车。除常规保护外，还具有下述保护：（1）深度指示器断轴保护（2）减速点后备保护（3）井口2米/秒限速保护（4）错