旗山礦副井電控系統(tǒng)技術(shù)方案

1、 旗山礦副井提升機(jī)交直交轉(zhuǎn)子雙饋?zhàn)冾l調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)方案 旗山礦副井提升機(jī)電控系統(tǒng)技術(shù)方案目 錄1 系統(tǒng)原理簡(jiǎn)述- 3 -1.1 旗山礦副井提升機(jī)電機(jī)參數(shù)- 3 -1.2 提升機(jī)電力拖動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀- 3 -1.2.1變頻調(diào)速提升機(jī)全數(shù)字電控系統(tǒng)有如下特點(diǎn)：- 4 -1.3 幾種方案比較- 5 -1.3.1 直流電控系統(tǒng)錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。1.3.2 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速+低頻制動(dòng)電控系統(tǒng)錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。1.3.3 轉(zhuǎn)子三電平變頻電控系統(tǒng)錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。1.3.4 轉(zhuǎn)子雙饋技術(shù)三電平變頻與定子側(cè)短封轉(zhuǎn)子變頻比較錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。1.3.4 定子變頻電控系統(tǒng)錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。1.4設(shè)計(jì)思路：- 9 -1

2、.4.1改造原則：- 9 -1.4.2電控系統(tǒng)改造的目的：- 9 -1.4.3提升機(jī)電控系統(tǒng)改造總體方案- 10 -1.4.4改造后電控設(shè)備執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)和使用條件- 10 -1.5、旗山副井提升機(jī)全數(shù)字控制轉(zhuǎn)子雙饋?zhàn)冾l調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)方案- 12 -1.5.1 電平雙PWM變換器- 12 -1.5.2全控雙饋調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成- 13 -1.5.3 雙饋調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行方式- 13 -1.5.4矢量控制全控雙饋調(diào)速方案- 14 -1.5.6全控雙饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)- 16 -2 系統(tǒng)特點(diǎn)：- 18 -2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求達(dá)到的性能- 18 -2.1.1 轉(zhuǎn)矩：- 18 -2.1.2 調(diào)速性能：- 18 -2.1.3

3、 無(wú)諧波污染：- 18 -2.1.4 功率因數(shù)：- 18 -2.1.5主回路設(shè)計(jì)上：- 18 -2.1.6 系統(tǒng)性能、擴(kuò)展能力- 18 -2.2 效益目標(biāo)- 19 -2.2.1 能耗明顯降低:- 19 -2.2.2 生產(chǎn)效率大提高- 19 -2.2.3 維護(hù)方便，降低故障率：- 19 -3 系統(tǒng)硬件組成及結(jié)構(gòu)：- 19 -3.1 低壓配電設(shè)備- 20 -3.2 主回路- 20 -3.2.1 轉(zhuǎn)子回路- 20 -3.2.2 定子回路- 21 -3.3 全數(shù)字調(diào)節(jié)系統(tǒng)- 21 -3.3 多PLC網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)- 22 -3.3.1 操作保護(hù)PLC的主要功能是：- 22 -3.3.2 數(shù)字行程監(jiān)控器-

4、 22 -3.3.3安全保護(hù)回路- 23 -3.4 操作臺(tái)- 25 -3.5 上位機(jī)監(jiān)視部分：- 27 -3.6 液壓站和信號(hào)系統(tǒng)技術(shù)方案- 27 -3.7 外圍傳感器裝置- 28 -3.8 提升機(jī)全數(shù)字電控系統(tǒng)故障保護(hù)明細(xì)表- 28 -3.8.1 主回路- 28 -3.8.2 控制回路- 29 -4、節(jié)能效果比較- 30 -4.1 與傳統(tǒng)TKD系統(tǒng)能耗比較- 30 -5、年產(chǎn)量比較- 31 -6、供貨范圍- 33 -7、配套說(shuō)明：- 33 -1 系統(tǒng)原理簡(jiǎn)述1.1 旗山礦副井提升機(jī)電機(jī)參數(shù)型號(hào)：YR4503-10 電壓：6000V 功率： 630KW *2轉(zhuǎn)速：587r/min 定子電流：3

5、7.5A 轉(zhuǎn)子電流：284A轉(zhuǎn)子電壓：622V 定子接線 Y COS=0.78生產(chǎn)廠家：長(zhǎng)沙電機(jī)廠有限責(zé)任公司1.2 提升機(jī)電力拖動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀提升機(jī)電力拖動(dòng)有交流拖動(dòng)和直流拖動(dòng)兩種。我國(guó)在50-60年代，一般采用交流傳動(dòng)方式，即“繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)+轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速+動(dòng)力制動(dòng)（或低頻傳動(dòng)）減速+繼電器和磁放大器控制”。交流傳動(dòng)的最大優(yōu)點(diǎn)是：技術(shù)比較簡(jiǎn)單、設(shè)備及安裝費(fèi)用低、建筑面積小。但它的最大缺點(diǎn)是：電氣調(diào)速性能差，在減速和爬行階段需要另外增設(shè)傳動(dòng)裝置，如動(dòng)力制動(dòng)、低頻傳動(dòng)等。雖然調(diào)速性能得到改善，然而設(shè)備投資和系統(tǒng)的復(fù)雜性也增加了。我國(guó)進(jìn)入70年代后，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，提升自動(dòng)化水平的提高

6、，原來(lái)的交流傳動(dòng)方式已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需要，直流傳動(dòng)方式開(kāi)始得到廣泛應(yīng)用。直流傳動(dòng)的最大優(yōu)點(diǎn)是：調(diào)速平滑穩(wěn)定、調(diào)速范圍廣、容易實(shí)現(xiàn)提升自動(dòng)化。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速幾乎與提升負(fù)載無(wú)關(guān)，在低速范圍內(nèi)也能穩(wěn)定運(yùn)行，負(fù)力減速時(shí)可將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能返回電網(wǎng)，它的缺點(diǎn)是建設(shè)投資大、基礎(chǔ)費(fèi)用高。在八十年代后期，特別是九十年代以來(lái)，隨著半導(dǎo)體技術(shù)及失量控制技術(shù)的發(fā)展，形成了一系列可以和直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美的高性能交流調(diào)速系統(tǒng)。交-直-交變頻技術(shù)發(fā)展越來(lái)越成熟，應(yīng)用也越來(lái)越廣。因此，以全數(shù)字變頻控制技術(shù)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的TKD控制方式已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。其控制方式為“全數(shù)字變頻調(diào)速+多PLC冗余控制+上位機(jī)監(jiān)控”全數(shù)字電控系統(tǒng)。

7、與原系統(tǒng)相比較新系統(tǒng)存在能耗小、噪音低，特別是配備全數(shù)字控制系統(tǒng)時(shí)可靠性更高、維護(hù)極為方便的優(yōu)點(diǎn)。1.2.1變頻調(diào)速提升機(jī)全數(shù)字電控系統(tǒng)有如下特點(diǎn)：（1） 硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故障點(diǎn)少，可靠性高全數(shù)字調(diào)速電控系統(tǒng)的硬件電路均采用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路，元器件少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故障點(diǎn)少，可靠性高；傳統(tǒng)TKD系統(tǒng)則以分立元件為主，元器件多，線路復(fù)雜，故障點(diǎn)多，可靠性差。（2） 可控精度高，工作穩(wěn)定性好全數(shù)字調(diào)速電控系統(tǒng)設(shè)有微處理器，整個(gè)控制功能與調(diào)速算法均由軟件完成，控制參數(shù)一經(jīng)確定，就不會(huì)發(fā)生改變，所以控制精度高，工作穩(wěn)定性好；而老式電控系統(tǒng)的控制功能與調(diào)速算法均由硬件實(shí)現(xiàn)，控制參數(shù)離散性大，控制精度低

8、，工作穩(wěn)定性差。（3） 故障自診斷能力強(qiáng)，大大降低使用維護(hù)成本全數(shù)字調(diào)速電控系統(tǒng)中，硬件工作狀態(tài)可以通過(guò)軟件來(lái)反映，軟件運(yùn)行情況也可以通過(guò)硬件來(lái)監(jiān)視，這樣硬、軟件故障可以通過(guò)指示直接反映出來(lái)，維護(hù)方便。（4） 具有較高的可構(gòu)置性，擴(kuò)展方便，運(yùn)行靈活性高全數(shù)字電控系統(tǒng)硬件采用以總線聯(lián)系的模塊化結(jié)構(gòu)，控制算法和系統(tǒng)控制采用軟件完成，具有較高的可構(gòu)置性，在系統(tǒng)投入運(yùn)行以后，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和系統(tǒng)要求的提高，可以進(jìn)行功能擴(kuò)展，具有較高的運(yùn)行靈活性；而原電控系統(tǒng)一經(jīng)設(shè)計(jì)完成，就無(wú)法進(jìn)行功能擴(kuò)展，具有功能單一，運(yùn)行靈活性差的缺點(diǎn)。（5） 可與其它系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化管理全數(shù)字調(diào)速電控系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)數(shù)字通訊

9、，并與其它系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，它可將系統(tǒng)中的運(yùn)行參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)傳遞到網(wǎng)絡(luò)上，便于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化管理，而模擬調(diào)速電控系統(tǒng)就很難實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能。（6） 性能價(jià)格比高一方面，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，集成器件的成本越來(lái)越低，這樣全數(shù)字調(diào)速電控系統(tǒng)的成本將越來(lái)越低；另一方面，全數(shù)字調(diào)速電控系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)、可靠性高、功能強(qiáng)大，因此具有很高的性能價(jià)格比。進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，全數(shù)字調(diào)速電控系統(tǒng)在技術(shù)上已經(jīng)發(fā)展成熟，因此在傳動(dòng)領(lǐng)域采用全數(shù)字調(diào)速電控系統(tǒng)并大力發(fā)展是一種必然趨勢(shì)，它終將取老式調(diào)速電控系統(tǒng)。盡管礦井變頻調(diào)速提升機(jī)全數(shù)字電控系統(tǒng)具有以上特點(diǎn)，但針對(duì)我國(guó)礦山常用的高壓繞線式異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的提升機(jī)而言，仍然因元件耐壓等因素而難以實(shí)現(xiàn)，

10、采用電平疊加的方式解決了耐壓?jiǎn)栴}，但終究因變壓器、器件等損耗而使得效率較低，且價(jià)格昂貴。隨著以IGBT為代表全控器件組成的PWM變換器具有諧波分量小的顯著優(yōu)點(diǎn)，于是針對(duì)高壓繞線異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子雙饋?zhàn)儔鹤冾l調(diào)速成為可能，也就解決了上述問(wèn)題，特別適合我國(guó)國(guó)情。1.3 幾種方案比較1.3.1 直流電控系統(tǒng) 優(yōu)點(diǎn)：1）技術(shù)成熟，本公司有成熟產(chǎn)品，應(yīng)用較多； 2）調(diào)速性能好，機(jī)械特性硬； 3）設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，高效節(jié)能。 缺點(diǎn)：1）直流電機(jī)造價(jià)貴，投資較大； 2）電機(jī)安裝需更改底座，通常需停產(chǎn)； 3）由于采用相控整流，諧波污染比較大，特別是大功率低速拖動(dòng)時(shí)電網(wǎng)波形畸變嚴(yán)重，大功率時(shí)需增加諧波治理設(shè)備。1.3.

11、2 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速+低頻制動(dòng)電控系統(tǒng) 優(yōu)點(diǎn)：1）初期投資小。 缺點(diǎn)：1）轉(zhuǎn)子串入電阻造成電機(jī)特性軟，運(yùn)行不穩(wěn)定； 2）調(diào)速范圍小，調(diào)速精度地，無(wú)法滿足低速運(yùn)行； 3）為有級(jí)調(diào)速調(diào)速不平滑，機(jī)械沖擊大，機(jī)械設(shè)備易損壞，人員乘坐不舒適； 4）能耗大，功率因數(shù)低，諧波污染大，需要進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償及諧波治理，目前已是淘汰產(chǎn)品； 5）減速段無(wú)法平滑減速，爬行時(shí)間長(zhǎng)，提升效率低。1.3.3 轉(zhuǎn)子三電平變頻電控系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：1）原電機(jī)可以使用，減少投資； 2）調(diào)速性能可與直流系統(tǒng)相媲美； 3）設(shè)備簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)模塊化，維護(hù)方便，整套控制系統(tǒng)及軟件均為我公司自主研發(fā)，有利于日后維護(hù)； 4）節(jié)約了消耗在啟動(dòng)電阻上的能量，而

12、且在制動(dòng)過(guò)程中可以向電網(wǎng)回饋能量，節(jié)能效果明顯； 5）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，可達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩的2倍。功率因數(shù)約為1，諧波較小，可稱得上是“綠色變頻”； 6）綜合性能明顯優(yōu)于其他調(diào)速系統(tǒng)。 1.3.4 轉(zhuǎn)子雙饋技術(shù)三電平變頻與定子側(cè)短封轉(zhuǎn)子變頻比較由于交流繞線異步電機(jī)在設(shè)計(jì)上，是作為定子側(cè)單端饋能使用。如將定子側(cè)短封，轉(zhuǎn)子側(cè)變頻饋能，感應(yīng)到定子側(cè)時(shí)，各個(gè)指標(biāo)就完全降低。完全改變了電機(jī)先前設(shè)計(jì)使用的要求。其轉(zhuǎn)子側(cè)變頻采用兩電平技術(shù)，比轉(zhuǎn)子雙饋技術(shù)三電平變頻的諧波污染大；能量感應(yīng)到定子側(cè)時(shí)，會(huì)影響定子側(cè)的絕緣性，長(zhǎng)期使用會(huì)損壞絕緣。而三電平輸出波形畸變率、du/dt、EMI等指標(biāo)較兩電平方式有較大改善。使用定子

13、側(cè)短封轉(zhuǎn)子變頻技術(shù)有以下缺點(diǎn)：1）轉(zhuǎn)子饋入定子短封，造成電機(jī)效率大大降低；2）采用定子短封轉(zhuǎn)子饋入方式，為滿足電機(jī)起動(dòng)力矩的要求，起動(dòng)電流和定子電流都將大幅增加，引起定子轉(zhuǎn)子發(fā)熱，絕緣下降； 3）兩電平du/dt較大，對(duì)轉(zhuǎn)子沖擊大，而且較大的起動(dòng)電流容易引起轉(zhuǎn)子開(kāi)焊； 4）通用變頻器的電容為電解電容，有使用壽命。1.3.4 轉(zhuǎn)子雙饋?zhàn)冾l與定子高壓變頻比較由于定子側(cè)電壓較高和IGBT耐壓的限制，定子高壓變頻只有采用級(jí)聯(lián)的方式。高壓變頻器的變壓器為特制的多繞組變壓器，二次輸出多達(dá)45-60只端子，變頻器主回路接線比較多。另外高壓變頻器使用IGBT數(shù)量為150-180只。而在雙饋轉(zhuǎn)子變頻系統(tǒng)中，變壓

14、器為通用整流變壓器，IGBT數(shù)量為24只，二極管12只，元器件總數(shù)36只，主回路可靠性是高壓變頻的5倍。高壓變頻器中使用60-80只電解電容，此電解電容壽命為2000-6000小時(shí)，正常使用八個(gè)月左右就要更換。更重要的是這樣的元件壽命不能保證提升機(jī)電控系統(tǒng)的可靠性。轉(zhuǎn)子雙饋?zhàn)冾l器采用二個(gè)高性能聚丙脂電容，壽命可達(dá)20萬(wàn)小時(shí)，壽命是電解電容的20倍。礦井提升機(jī)在啟動(dòng)時(shí)為了防止倒轉(zhuǎn)，必須有力矩預(yù)置，轉(zhuǎn)子雙饋?zhàn)冾l器在1.5倍額定電流下就可以輸出1.5倍額定轉(zhuǎn)矩，這是高壓定子變頻所不能達(dá)到的。轉(zhuǎn)子雙饋?zhàn)冾l器在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子電流很小，在接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)所調(diào)整的只是轉(zhuǎn)差功率，理論上和實(shí)際應(yīng)用中都證明效率要高

15、于定子高壓變頻器。 礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)綜合性能比較表 系統(tǒng)名稱比較項(xiàng)目TKD系統(tǒng)直流電控系統(tǒng)定子短封方式定子高壓變頻轉(zhuǎn)子雙饋?zhàn)冾l調(diào)速性能調(diào)速范圍窄，調(diào)速精度低，有級(jí)調(diào)速。調(diào)速范圍寬，調(diào)速精度高。同步速以內(nèi)連續(xù)可調(diào)同步速以內(nèi)連續(xù)可調(diào)可超同步運(yùn)行，速度連續(xù)可調(diào)，調(diào)速精度高。安全可靠性空重載減速度不好控制運(yùn)行不穩(wěn)定，可靠性低電控技術(shù)成熟，運(yùn)行可靠，但直流電機(jī)維修麻煩。改變電機(jī)的磁路，引起定子轉(zhuǎn)子絕緣下降，安全性不好。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功率器件太多，大量短壽命電容，安全可靠性差。結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，運(yùn)行安全可靠。運(yùn)行效率空重載減速度不好控制，爬行段長(zhǎng)，提升效率低。提升效率高同步速以內(nèi)速度連續(xù)可調(diào)；提升效率較高。同步速以

16、內(nèi)速度連續(xù)可調(diào)；提升效率高。超同步速以內(nèi)速度連續(xù)可調(diào)，提升效率最高。諧波污染無(wú)諧波 諧波較大，尤其是大功率直流拖動(dòng)需要進(jìn)行諧波治理。由于采用兩電平結(jié)構(gòu)，較大很小三電平結(jié)構(gòu)諧波小，對(duì)電網(wǎng)污染很小。功率因數(shù)等于電機(jī)功率因數(shù)較低，需加功率因數(shù)補(bǔ)償裝置較高較高功率因數(shù)高，可達(dá)到1能耗能量浪費(fèi)嚴(yán)重。由于直流電機(jī)效率較低故能耗較高由于改變電機(jī)的磁路，電機(jī)效率大大降低，能耗大變壓器復(fù)雜選型比電機(jī)功率大，且效率低，能耗低變頻器效率高，能耗很低。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，但機(jī)械沖擊也大。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小需大幅加大起動(dòng)電流18倍額定電流產(chǎn)生15倍額定啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩15倍額定電流就可以產(chǎn)生15倍額定啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩經(jīng)濟(jì)適用性初期投

17、資小，但能量浪費(fèi)嚴(yán)重。初期投資適中，綜合性能不如轉(zhuǎn)子雙饋?zhàn)冾l電機(jī)效率降低且壽命縮短，需更換電解電容，經(jīng)濟(jì)適用性不好投資適中，但需更換電解電容，運(yùn)行成本高，且不可靠，經(jīng)濟(jì)適用性不好投資適中，各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)秀，值得推廣，經(jīng)濟(jì)適用性好。綜合評(píng)價(jià)淘汰產(chǎn)品技術(shù)成熟，目前應(yīng)用較多對(duì)設(shè)備有危害，不推薦可靠性差，運(yùn)行成本高，不推薦經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益顯著，應(yīng)用前景良好1.4設(shè)計(jì)思路：1.4.1改造原則：（1）以高可靠性，安全性及技術(shù)先進(jìn)性為前提，采用安全、可靠、先進(jìn)、合理的新技術(shù)，完成提升機(jī)系統(tǒng)的控制及運(yùn)行。（2）從適應(yīng)性、普遍性、通用性和成熟性上考慮，選擇所需設(shè)備。（3）充分利用現(xiàn)有設(shè)施，保證系統(tǒng)功能的前提下，盡可能簡(jiǎn)

18、化系統(tǒng)，盡量減少投資。（4）電控設(shè)備執(zhí)行GB3797及煤炭行業(yè)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；（5）采用經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)的電工行業(yè)先進(jìn)技術(shù)，使用維護(hù)方便。（6）對(duì)元器件進(jìn)行嚴(yán)格篩選，關(guān)鍵環(huán)節(jié)一律采用可靠性高的部件。1.4.2電控系統(tǒng)改造的目的：（1）建立先進(jìn)、靈活、適用的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制、管理系統(tǒng)，并能納入局域網(wǎng)。（2）建立安全可靠的保護(hù)系統(tǒng)，保護(hù)功能多和優(yōu)于現(xiàn)電控系統(tǒng)。（3）生成各種生產(chǎn)報(bào)表及統(tǒng)計(jì)、故障信息等畫(huà)面，反映提升機(jī)所有的運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)，以及故障類型，故障發(fā)生時(shí)間和位置，能及時(shí)通知維修人員排除故障，從而縮短排除故障時(shí)間，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。（4）數(shù)字化改造實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)：通過(guò)軟件來(lái)靈活實(shí)現(xiàn)原系統(tǒng)中所有控制功能，留有

19、自動(dòng)化接口，并有力的提高其控制性能指標(biāo)，加強(qiáng)其保護(hù)功能，最終達(dá)到提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、擴(kuò)展能力和控制性能指標(biāo)。完成全數(shù)字化改造后，系統(tǒng)的性能指標(biāo)如下：1） 控制靜態(tài)精度0.2%2） 動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間150ms180ms3） 動(dòng)態(tài)速降3.5%4） 改造后要具有手動(dòng)、半自動(dòng)、檢修、驗(yàn)繩等多種操作方式。1.4.3提升機(jī)電控系統(tǒng)改造總體方案 礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)改造方案圖（1）制動(dòng)系統(tǒng)保持不變，具有電氣制動(dòng)裝置。（2）使用現(xiàn)有的高壓交流繞線式異步電機(jī).（3）操作電源有電鎖，避免非司機(jī)人員的誤操作，操作臺(tái)上有緊急停車按鈕。（4）將有電控系統(tǒng)改造為“全數(shù)字轉(zhuǎn)子雙饋?zhàn)冾l調(diào)速+多PLC沉余控制+上位機(jī)監(jiān)控”

20、全數(shù)字電控系統(tǒng)。（5）根據(jù)需要可增加轉(zhuǎn)接柜，使新老系統(tǒng)互為備用。1.4.4改造后電控設(shè)備執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)和使用條件（1）電控設(shè)備符合下列規(guī)定和基本要求： 1）煤礦安全規(guī)程； 2）煤礦地面多繩摩擦式提升系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范 (MT50211997)； 3）交流傳動(dòng)礦井提升機(jī)電控設(shè)備技術(shù)條件（JB426386）; 4)工業(yè)過(guò)程測(cè)量和控制裝置的電磁兼容性（GB/T1392692）; 5)低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范（GB5005495）; 6) 現(xiàn)行國(guó)家電工委員會(huì)及其它有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)； 7） 進(jìn)口電氣設(shè)備遵守國(guó)際電工委員會(huì)IEC標(biāo)準(zhǔn)； 8) 電控裝置的靜動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)完全滿足提升機(jī)四象限運(yùn)行的要求;9) 電控裝置能承受提升機(jī)運(yùn)行時(shí)的地

21、坪振動(dòng);10)安全回路等關(guān)鍵電路采用冗余結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);11)傳動(dòng)裝置設(shè)置散熱風(fēng)機(jī),并設(shè)置通風(fēng)監(jiān)視;12)井筒中和井下采用防爆設(shè)備,其標(biāo)準(zhǔn)滿足于GB3836-83/1-4要求.（2）電氣控制系統(tǒng)使用條件電氣控制系統(tǒng)應(yīng)安裝在戶內(nèi)場(chǎng)合,基本工作條件如下:1) 海拔高度不超過(guò)2000米;2) 周圍介質(zhì)溫度不高于+50,不低于-10;3) 空氣相對(duì)濕度:最強(qiáng)日的日平均最大相對(duì)濕度不超過(guò)95%;但應(yīng)該注意到由于溫度變化可能會(huì)偶然地產(chǎn)生凝露;4) 無(wú)顯著振動(dòng),無(wú)沖擊振動(dòng)的場(chǎng)合;5) 周圍介質(zhì)無(wú)爆炸危險(xiǎn),且不足以腐蝕金屬,無(wú)破壞絕緣的氣體和沉埃(包括導(dǎo)電沉埃);6) 電網(wǎng)質(zhì)量:波形為50HZ正弦曲線,電壓幅值波動(dòng)

22、不超過(guò)+10%(短時(shí)允許+15%的電壓波動(dòng)).1.5、旗山副井提升機(jī)全數(shù)字控制轉(zhuǎn)子雙饋?zhàn)冾l調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)方案1.5.1 電平雙PWM變換器以IGBT為代表全控器件組成的PWM變換器具有諧波分量小的顯著優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，隨著全控器件的容量不斷提高， 使得在高壓大功率調(diào)速應(yīng)用場(chǎng)合也有可能使用PWM變換器進(jìn)行變壓變頻調(diào)速，其效率、功率因數(shù)、電壓利用率等各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于晶閘管半控器件組成的相控變換器。圖2 二極管中點(diǎn)鉗位三電平變換器的基本結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)的兩電平逆變器的大功率運(yùn)用中存在許多問(wèn)題：需要笨重、耗能、昂貴的變壓器，為了得到高質(zhì)量的輸出波形而提高開(kāi)關(guān)頻率，造成很高的開(kāi)關(guān)損耗，而為了適應(yīng)高電壓的要求，需采用器件

23、串聯(lián)，因而需要復(fù)雜的動(dòng)態(tài)均壓電路。三電平變換器由早期的兩電平變換器演化而來(lái)，在變換器的橋臂上有4個(gè)電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件。每個(gè)期間三電平變換器作為一種新型的高壓大容量功率變換器，從電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)入手，在得到高質(zhì)量的輸出波形的同時(shí)，克服了兩電平逆變器的諸多缺點(diǎn)：無(wú)須輸出變壓器和動(dòng)態(tài)均壓電路，開(kāi)關(guān)頻率低，因而開(kāi)關(guān)器件應(yīng)力小，系統(tǒng)效率高等。其主要優(yōu)點(diǎn)是：電平數(shù)越高，輸出的電壓諧波含量越低，開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)頻率低，開(kāi)關(guān)損耗小，器件應(yīng)力小，無(wú)須動(dòng)態(tài)均壓。采用不同的控制方式，可使三電平變換器工作在逆變狀態(tài)或整流狀態(tài)。在逆變運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)對(duì)直流側(cè)的分壓和開(kāi)關(guān)動(dòng)作的不同組合實(shí)現(xiàn)多電平階梯波電壓輸出，從而使得輸出的電壓

24、波形更加接近正弦波。在整流運(yùn)行狀態(tài)，可在直流輸出電壓可控的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)測(cè)功率因數(shù)調(diào)節(jié)。目前，在電力系統(tǒng)中正越來(lái)越多的使用由三電平全控整流器構(gòu)成的有源濾波器。1.5.2全控雙饋調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成全控雙饋系統(tǒng)功率變換單元均由全控器件組成的三電平變換器構(gòu)成。當(dāng)轉(zhuǎn)子饋出能量時(shí)，變換器CU1工作在全控整流狀態(tài)，CU2工作在變壓變頻的逆變狀態(tài)；當(dāng)轉(zhuǎn)子饋入能量時(shí)，兩個(gè)變換器的工作狀態(tài)與上述相反。由CU1和CU2組成的雙三電平PWM變換器的結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖3雙三電平PWM變換器1.5.3 雙饋調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行方式雙饋控制所具有的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是電機(jī)在調(diào)速的同時(shí)，能夠獨(dú)立調(diào)節(jié)定子側(cè)無(wú)功功率，改善系統(tǒng)的功率因數(shù)。由于電機(jī)

25、定子側(cè)直接接入恒壓恒頻電網(wǎng)，因此在實(shí)際應(yīng)用中，合理地選擇轉(zhuǎn)子電流的控制方式，使系統(tǒng)獲得某種能量指標(biāo)最優(yōu)。一般雙饋調(diào)速系統(tǒng)有以下四種運(yùn)行方式：（1） 全補(bǔ)償工作方式：即全部補(bǔ)償定子的無(wú)功功率，使定子無(wú)功電流為零。在轉(zhuǎn)子不過(guò)流的情況下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩將小于額定轉(zhuǎn)矩。這種工作方式控制簡(jiǎn)單，較易實(shí)現(xiàn)，比較適用于負(fù)載變化不大的場(chǎng)合。（2） 轉(zhuǎn)子電流量最小工作方式：這種工作方式的實(shí)際意義在于降低轉(zhuǎn)子側(cè)功率變換器的容量。由于轉(zhuǎn)子有功電流分量取決于負(fù)載，因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子電流無(wú)功分量為零時(shí)，轉(zhuǎn)子電流達(dá)到最小值。在這種情況下，當(dāng)轉(zhuǎn)矩為額定時(shí)，轉(zhuǎn)子的全電流即為額定的有功電流。（3） 轉(zhuǎn)子電流恒定工作方式：當(dāng)負(fù)載變化時(shí)

26、，轉(zhuǎn)子電流幅值不變，但相位改變。重載時(shí)，轉(zhuǎn)子電流的轉(zhuǎn)矩分量較大。滿足負(fù)載要求，在不過(guò)流，發(fā)揮改善功率因數(shù)的作用；輕載時(shí)，則提供較大的超前無(wú)功電流，盡量發(fā)揮改善功率因數(shù)的作用，這種工作方式特別適合負(fù)載變動(dòng)較大，經(jīng)常輕載而電網(wǎng)又常常需要補(bǔ)償功率因數(shù)的場(chǎng)合。（4） 最小損耗工作方式：這種工作方式的基本原理是通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子典雅的幅值和相位，合理的分配定子電流的有功分量和無(wú)功分量，使得在任何情況在下雙饋調(diào)速的異步電動(dòng)機(jī)的損耗為最小。這種控制方式效率最高，但控制復(fù)雜。上述四種工作方式各有特點(diǎn)，在使用中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，也可采用多方式切換來(lái)滿足不同工況的需要。1.5.4矢量控制全控雙饋調(diào)速方案對(duì)于雙饋電

27、機(jī)而言，由于電機(jī)的定子接在工頻電網(wǎng)上，轉(zhuǎn)子接在可控的三相電源上，在動(dòng)態(tài)過(guò)程中有轉(zhuǎn)子側(cè)引起的磁場(chǎng)波動(dòng)必將在定子側(cè)進(jìn)行解耦補(bǔ)償，考慮到?jīng)_擊性負(fù)載及電網(wǎng)在瞬間畸變情況下磁鏈應(yīng)具有很強(qiáng)的抗擾特性，因此選定磁鏈?zhǔn)噶孔鳛橥蕉ㄏ蜃鴺?biāo)軸系。磁鏈定向方法可分為轉(zhuǎn)子磁鏈定向，定子磁鏈定向和氣隙磁鏈定向。在雙饋調(diào)速中，一般應(yīng)用定子或氣隙磁鏈定向進(jìn)行轉(zhuǎn)矩分量和勵(lì)磁分量的解耦。圖4 雙饋調(diào)速矢量控制示意圖當(dāng)采用磁鏈定向后，轉(zhuǎn)子電流M-T分量的解耦控制直接對(duì)應(yīng)于定子電流在有功與無(wú)功電流方向上的正交控制。因此，分別采用有功和無(wú)功電流調(diào)節(jié)器可以使系統(tǒng)對(duì)無(wú)功電流的調(diào)節(jié)構(gòu)成更好的實(shí)時(shí)控制效果。限于篇幅，圖4中如電壓前饋補(bǔ)償?shù)拳h(huán)

28、節(jié)未具體畫(huà)出。1.5.6全控雙饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖5 全控雙饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)全控雙饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)由以下幾部分構(gòu)成：系統(tǒng)主處理單元：使用MPC5554，32位RISC主處理器，實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)、開(kāi)停機(jī)條件檢查及控制、設(shè)備運(yùn)行狀況監(jiān)視。該模塊通過(guò)信號(hào)處理接口單元和現(xiàn)場(chǎng)具體信號(hào)相連。模擬量接口單元：提供16路模擬量輸出，將系統(tǒng)運(yùn)行信息通過(guò)模擬量供給外部?jī)x表和操作設(shè)備。通信借口單元： 提供CAN和PROFIBUS工業(yè)控制總線，和絕大多數(shù)PLC實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。顯示操作接口單元：提供設(shè)備顯示和操作鍵盤(pán)接口。功率驅(qū)動(dòng)接口單元：為脈沖觸發(fā)處理單元提供必要的輸入信號(hào)，并將其輸出的脈沖觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行功率放大。脈沖觸發(fā)處理單元：為系

29、統(tǒng)的核心單元，其結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖6 脈沖觸發(fā)單元示意圖如圖所示，脈沖觸發(fā)單元的輸入信號(hào)包括三路零電流，三路同步，三路電壓、電流，輸出為三相正反組觸發(fā)脈沖（橋式變流器為36路觸發(fā)脈沖，零式變流器為18路觸發(fā)脈沖）。在脈沖觸發(fā)單元中需完成矢量控制，電流調(diào)節(jié)，觸發(fā)脈沖分配等任務(wù)。脈沖觸發(fā)單元由TMS2812，32位DSP為主運(yùn)算單元，主要進(jìn)行矢量控制和電流調(diào)節(jié)任務(wù)，脈沖觸發(fā)分配由FPGA硬件實(shí)現(xiàn)，最大程度的保證系統(tǒng)響應(yīng)的實(shí)時(shí)性。整個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過(guò)16位并行總線和高速串行總線相連，具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理能力和可擴(kuò)展性。2 系統(tǒng)特點(diǎn)：2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求達(dá)到的性能 2.1.1 轉(zhuǎn)矩：?jiǎn)?dòng)、低速運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)

30、矩可以達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩的兩倍。由于電壓和頻率均連續(xù)可調(diào)，電機(jī)起動(dòng)電流可得到有效控制，轉(zhuǎn)矩沖擊不存在，可提供既可控又平滑的最大啟動(dòng)及制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，大縮短了加減速及爬行段的時(shí)間。2.1.2 調(diào)速性能：失量控制可實(shí)現(xiàn)類似直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)良調(diào)速性能，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。系統(tǒng)能自動(dòng)高精度地按設(shè)計(jì)的提升速度圖控制提升速度，系統(tǒng)的安全得到保證，極大地降低了操縱難度；減速時(shí)電氣制動(dòng)減速，司機(jī)無(wú)需再用施閘手段控制提升機(jī)減速，避免了超速、過(guò)卷的發(fā)生。2.1.3 無(wú)諧波污染：通過(guò)高性能失量控制算法，將功率變換裝置和電機(jī)作為整體考慮，在實(shí)現(xiàn)高性能調(diào)速的前提下，可對(duì)整流網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)、整流網(wǎng)測(cè)諧波、電機(jī)定子側(cè)功率因數(shù)等系統(tǒng)關(guān)鍵指標(biāo)

31、進(jìn)行調(diào)控，所以幾乎不存在諧波污染，不需增加無(wú)功補(bǔ)償、諧波治理等投資。2.1.4 功率因數(shù)：雙饋控制所具有的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是電機(jī)在調(diào)速的同時(shí)，能夠獨(dú)立調(diào)節(jié)定子側(cè)無(wú)功功率，改善系統(tǒng)的功率因數(shù)。使功率因數(shù)0.78提高到1。大大提高了設(shè)備對(duì)電網(wǎng)容量資源的利用率，減少了因無(wú)功電流引起的線路損耗。2.1.5主回路設(shè)計(jì)上：采用先進(jìn)的背靠背三電平二級(jí)管鉗位拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可大大消除電壓尖峰脈沖對(duì)功率器件和電機(jī)絕緣的影響2.1.6 系統(tǒng)性能、擴(kuò)展能力：電控系統(tǒng)采用全數(shù)字控制器,能通過(guò)軟件來(lái)靈活實(shí)現(xiàn)原系統(tǒng)中所有控制功能,留有自動(dòng)化接口,提高其控制性能指標(biāo),加強(qiáng)保護(hù)功能,最終達(dá)到提高整個(gè)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性,可靠性,擴(kuò)展能力和

32、控制性能指標(biāo)。2.2 效益目標(biāo)2.2.1 能耗明顯降低:矢量控制全控雙饋調(diào)速方案與串電阻調(diào)速方式相比，節(jié)約了消耗于轉(zhuǎn)子電阻回路中的能量，且在制動(dòng)過(guò)程中可以發(fā)電并回饋電網(wǎng)，每年可節(jié)約電能消耗約20-40%。2.2.2 生產(chǎn)效率大提高：能可靠地按系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最短時(shí)間加、減速，顯著縮短一次提升時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。2.2.3 維護(hù)方便，降低故障率：（1）與傳統(tǒng)的TKD控制方式相比，電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子溫度均下降很多，使電機(jī)運(yùn)行的故障率大幅減少；由于實(shí)現(xiàn)了無(wú)級(jí)調(diào)速解決了切換電阻沖擊電流大，運(yùn)行平穩(wěn)性差的問(wèn)題，使系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠。（2）實(shí)現(xiàn)了全程的電力牽引與電力制動(dòng)，機(jī)械閘只有在停車和安全回路保護(hù)動(dòng)作時(shí)才起作用，

33、閘瓦磨損減少。由于變頻運(yùn)行機(jī)械特性很硬，鋼繩不易打滑，明顯減少磨損。由于轉(zhuǎn)矩平滑降低了齒輪箱和鋼絲繩等設(shè)備的機(jī)械故障，減少了設(shè)備的維修量和維修費(fèi)用。（3）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)，使安裝維護(hù)更加方便。（4）由于閘瓦、減速機(jī)構(gòu)運(yùn)行有所改善，可消除磨損造成的飛塵，電阻群無(wú)需使用，解決了工作現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度過(guò)高的問(wèn)題。（5）系統(tǒng)自動(dòng)化程度很高，減少了人工操作失誤率。3 系統(tǒng)硬件組成及結(jié)構(gòu)：3.1 低壓配電設(shè)備低壓配電設(shè)備用于提升機(jī)輔助設(shè)備的交流380/220V配電。低壓配電部分，進(jìn)線為雙回路，各進(jìn)出回路均配置有必要的保護(hù)裝置，其工作狀態(tài)經(jīng)PLC傳輸?shù)缴衔粰C(jī)顯示。3.2 主回路3.2.1 轉(zhuǎn)子回路系統(tǒng)采用1臺(tái)變

34、流整流柜，此變流柜為整流逆變組成的雙組橋，變流柜的技術(shù)規(guī)范如下：1）功率元件選用IGBT 32只2）交流側(cè)進(jìn)線電壓與變壓器二次側(cè)電壓相匹配3）設(shè)有交流側(cè)過(guò)壓保護(hù)4）帶溫度保護(hù)5）帶阻容吸收裝置3.2.2 定子回路直接接自高壓換向柜3.3 全數(shù)字調(diào)節(jié)系統(tǒng)全數(shù)字調(diào)節(jié)部分（如右圖）是采用自行研制的ASCS全數(shù)字調(diào)節(jié)系統(tǒng)（該產(chǎn)品1996年獲煤炭工業(yè)部科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，1997年獲國(guó)家科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)，到目前為止，已經(jīng)有七十一套產(chǎn)品分別在提升機(jī)和雙機(jī)拖動(dòng)的礦井鋼纜皮帶的調(diào)速電控系統(tǒng)中得到應(yīng)用）。ASCS全數(shù)字調(diào)節(jié)系統(tǒng)和SIMADYN-D全數(shù)字調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相似，都是模塊結(jié)構(gòu)。分別由電源板，CPU板，輸入板，輸

35、出板，脈沖板）和A/D板組成。全數(shù)字調(diào)節(jié)部分主要功能有：（1）完成提升機(jī)速度和電流雙閉環(huán)調(diào)節(jié)，如：1）預(yù)設(shè)速度基準(zhǔn)值； 2）限制加、減速過(guò)程的沖擊；3）速度自動(dòng)調(diào)節(jié)； 4）轉(zhuǎn)子回路電流自動(dòng)調(diào)節(jié)； 6）預(yù)設(shè)電流限制值等。（2）實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子回路的各種故障保護(hù)，如：1)快熔熔斷； 2）電樞變壓器超溫；3）電樞整流橋快熔熔斷； 4）電樞過(guò)電流等。（3）實(shí)現(xiàn)其他功能，如：1) 調(diào)節(jié)系統(tǒng)支持其通訊接囗； 2）各插件自檢；3.3 多PLC網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) 提升機(jī)是礦山咽喉設(shè)備，為滿足其高可靠性、高安全性要求，建立以網(wǎng)絡(luò)為連接紐帶的多PLC冗余控制系統(tǒng)，用于完成提升機(jī)行程控制、邏輯操作和故障保護(hù)、液壓制動(dòng)控制以及其他

36、輔機(jī)設(shè)備自動(dòng)控制等。PLC網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，由多臺(tái)西門(mén)子S7-300PLC構(gòu)成，所有PLC均通過(guò)MPI網(wǎng)連接，從而保證了重要數(shù)據(jù)的同一性，每臺(tái)PLC的基本配置有：電源模塊、CPU模塊、數(shù)字量I/O模塊、A/D和D/A模塊以及通訊模塊等。3.3.1 操作保護(hù)PLC的主要功能是：執(zhí)行操作程序，生成開(kāi)車信號(hào)和方向； 實(shí)現(xiàn)各種故障保護(hù)及閉鎖。來(lái)自系統(tǒng)各部分的保護(hù)信號(hào)直接引入到PLC中，PLC將其處理后分為立即施閘、終端施閘、報(bào)警三類，送監(jiān)視器顯示故障類型并控制聲光報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警并施閘。3.3.2 數(shù)字行程監(jiān)控器 數(shù)字行程監(jiān)控器由PLC（圖3的下半部分） 、二個(gè)軸編碼器(一個(gè)裝在驅(qū)動(dòng)輪上，另一個(gè)裝在天輪上)

37、和井筒同步開(kāi)關(guān)（裝在減速點(diǎn)前）構(gòu)成。兩臺(tái)軸編碼器將提升機(jī)鋼繩在線速度和行程位置轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)分別送入PLC中，PLC將部分操作信號(hào)、部分保護(hù)信號(hào)以及設(shè)定的一些行程參數(shù)與軸編碼器信號(hào)結(jié)合起來(lái)進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理，自動(dòng)產(chǎn)生提升機(jī)所需的速度給定信號(hào)(即運(yùn)行曲線),為了盡量減少起動(dòng)、制動(dòng)過(guò)程中的機(jī)械沖擊，提高提升機(jī)控制精度，速度給定信號(hào)的加速、減速段為曲線，減速段行程通過(guò)PLC實(shí)際運(yùn)算來(lái)調(diào)節(jié)減速度以保證其為一固定值，從而保證了停車點(diǎn)不變和停車點(diǎn)的精度。數(shù)字行程監(jiān)控器的定位精度不大于2cm。監(jiān)控PLC與操作PLC之間相互保護(hù)、相互監(jiān)督，并能完成如下功能：（1）產(chǎn)生速度包絡(luò)曲線對(duì)提升機(jī)的速度進(jìn)行連續(xù)監(jiān)視。（2

38、）提升機(jī)運(yùn)行法定試驗(yàn)時(shí)，可以更安全、可靠和容易，通過(guò)啟動(dòng)一個(gè)試驗(yàn)開(kāi)關(guān)，調(diào)用相應(yīng)測(cè)試程序，這樣，在試驗(yàn)時(shí)，各種保護(hù)的效果，以及制動(dòng)系統(tǒng)的效果，可以得到可靠的保護(hù)。（3）與傳統(tǒng)機(jī)電系統(tǒng)不同，PLC行程監(jiān)控器可以補(bǔ)償由于運(yùn)行磨損帶來(lái)的鋼絲繩和滾筒直徑的變化。具體做法是，當(dāng)提升容器在井筒底部時(shí)按下標(biāo)定按鈕，來(lái)回走一勾，重啟PLC即可，不需要人工計(jì)算系數(shù)等操作。這種操作在軟件中得到了充分的安全保護(hù)。（4）需要時(shí)，PLC行程監(jiān)控器可以很容易地進(jìn)行參數(shù)的整定以適應(yīng)變化的工況（如變化了的速度，深度等）。系統(tǒng)程序包括各種速度曲線用于檢查時(shí)人員的提升。在人員提升模式下，最高的位置是井口水平。3.3.3安全保護(hù)回路

39、由操作保護(hù)PLC、閘控PLC與繼電器構(gòu)成雙線制提升機(jī)安全保護(hù)回路。來(lái)自提升機(jī)各部分的保護(hù)信號(hào)分為立即施閘、井口施閘、電氣制動(dòng)和報(bào)警4類。其中井口施閘、電氣制動(dòng)和報(bào)警類事故信號(hào)直接引入到PLC中，PLC將其處理后送監(jiān)視器顯示故障類型并控制聲光報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警并施閘，而立即施閘類事故信號(hào)除引入到PLC中處理、顯示、報(bào)警外，還直接引入到安全直動(dòng)回路，動(dòng)作施閘系統(tǒng)施閘。系統(tǒng)的安全回路有兩套，一套由PLC構(gòu)成，另一套為繼電器直動(dòng)回路，如圖所示。系統(tǒng)的主要保護(hù)有：1）立即施閘類故障保護(hù)（就是說(shuō)發(fā)生下列各類故障時(shí)，系統(tǒng)能立即進(jìn)行安全制動(dòng)停車）：-高、低壓電源斷電； -主回路過(guò)電壓或接地; -轉(zhuǎn)子過(guò)電流;-定子回

40、路失電源； -調(diào)節(jié)裝置電源故障;-整流裝置故障; -錯(cuò)向操作;-制動(dòng)油路系統(tǒng)故障; -軸編碼器故障;-控制計(jì)算機(jī)故障; -提升容器過(guò)卷;-提升速度超過(guò)最大速度15%及減速段過(guò)速10%;-提升容器達(dá)到終端位置時(shí)的速度超過(guò)2m/s；-鋼絲繩滑動(dòng)超限; -按下安全制動(dòng)按鈕;-定子、轉(zhuǎn)子回路故障； -尾繩保護(hù)-搖臺(tái)動(dòng)作等。2）終端施閘類故障保護(hù)(就是說(shuō)發(fā)生下列各類故障時(shí)，允許一次提升循環(huán)結(jié)束后再停車): -制動(dòng)油油溫超限； -電機(jī)溫度和主軸承溫度超限; -運(yùn)行過(guò)程中通風(fēng)機(jī)故障; -變壓器溫度偏高。3） 電氣制動(dòng)類故障保護(hù)(就是說(shuō)發(fā)生下列各類故障時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)降低速度到1米/秒,然后再施閘停車):-信號(hào)電

41、源欠壓; -液壓制動(dòng)系統(tǒng)油溫偏高;-液壓制動(dòng)系統(tǒng)油位偏低; -閘瓦磨損、閘盤(pán)偏擺、彈簧疲勞。4） 報(bào)警類故障保護(hù)（就是說(shuō)發(fā)生下列各類故障時(shí)，僅發(fā)聲光報(bào)警信號(hào)）:-低壓電源漏電; -控制制柜溫度過(guò)高-信號(hào)電源接地及其它接地故障; -室溫過(guò)高。（4）制動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)液壓站各閥進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)的電氣控制系統(tǒng)能與制動(dòng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致，對(duì)接收的信號(hào)在控制器中加以處理，并對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行控制。自動(dòng)送閘 /施閘;油壓值的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)恒制動(dòng)力制動(dòng);液壓站的故障信號(hào)。3.4 操作臺(tái)用中礦傳動(dòng)自行設(shè)計(jì)的操作臺(tái)，該操作臺(tái)不僅外形美觀、布局合理、信息主次分明，而且還注重了人性化設(shè)計(jì)，操作更舒適、視野更寬。它包括顯示臺(tái)（如下圖）,

42、右操作臺(tái)和左操作臺(tái)。其中顯示臺(tái)包含一套PLC。左操作臺(tái)上有制動(dòng)手柄，高壓送電按鈕、變頻器啟動(dòng)按鈕、變頻器停止按鈕、安全復(fù)位按鈕、緊停按鈕、燈試驗(yàn)按鈕、過(guò)卷旁通按鈕等。右操作臺(tái)上有主令操作手柄、工作方式選擇開(kāi)關(guān)、控制方式選擇開(kāi)關(guān)、自動(dòng)控制按鈕和信號(hào)聯(lián)絡(luò)按鈕等。指示臺(tái)左側(cè)為打印機(jī)，右側(cè)為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，中間指示臺(tái)上有運(yùn)行參數(shù)顯示儀表、重要操作信號(hào)和故障信號(hào)指示燈，顯示儀表有：- 深度指示器：包括一套柱式顯示器（粗針）和一套數(shù)字顯示器（精針）；- 速度表； - 液壓表；- 可調(diào)閘毫安表； - 轉(zhuǎn)子電流表；- 定子電流表； - 6KV電源電壓表。重要操作信號(hào)和故障指示燈有：- 控制手柄零位指示； -

43、制動(dòng)手柄松閘位指示；- 高壓合閘指示； - 控制電源合閘指示；- 安全回路正常指示； - 過(guò)卷故障指示；- 齊平信號(hào)指示等。司機(jī)可操作操作臺(tái)上的開(kāi)關(guān)及按鈕來(lái)控制提升機(jī)運(yùn)行，并通過(guò)指示燈和顯示儀表以及工業(yè)控制計(jì)算機(jī)及時(shí)了解提升機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)及運(yùn)行參數(shù)。3.5 上位機(jī)監(jiān)視部分：由上位計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，它可顯示：提升系統(tǒng)全貌及介紹；-轉(zhuǎn)子回路及定子回路；-低壓系統(tǒng)；-提升系統(tǒng)全貌；-速度圖、力圖-液壓制動(dòng)系統(tǒng)圖；-故障信息； -幫助（如何閱讀畫(huà)面）等。上述所有畫(huà)面采用組態(tài)模式，能實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，能顯示主回路、低壓配電回路、提升系統(tǒng)和故障信息等畫(huà)面(如圖4)，反映提升機(jī)所有的運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)以及故障類

44、型和故障發(fā)生時(shí)間，監(jiān)視器能使司機(jī)對(duì)提升機(jī)的運(yùn)行狀況一目了然，若發(fā)生故障，司機(jī)能及時(shí)從監(jiān)視器上了解到故障類型及位置，能及時(shí)通知維修人員排除故障，從而縮短排除故障時(shí)間，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。具有Internet發(fā)布功能，采用B/S模式，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的用戶不必安裝客戶端程序，只需通過(guò)瀏覽器就可以實(shí)時(shí)查看提升機(jī)的運(yùn)行工況，畫(huà)面的刷新與現(xiàn)場(chǎng)上位機(jī)同步。將所有數(shù)椐采用組態(tài)軟件，軟件自帶opc server接入錢礦綜合自動(dòng)化平臺(tái)。打印機(jī)能打印出顯示器上顯示的各種畫(huà)面和故障信息。3.6 液壓站和信號(hào)系統(tǒng)技術(shù)方案液壓站與主控PLC的銜接采用I/O接口及網(wǎng)絡(luò)接口雙回路。用主控PLC發(fā)安全回路閉合、閉鎖、釋放、預(yù)施閘、施閘、自

45、動(dòng)、手動(dòng)等各種信號(hào)。與信號(hào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)符合安全規(guī)程的閉鎖關(guān)系，負(fù)責(zé)完成給信號(hào)系統(tǒng)的信號(hào)和從信號(hào)系統(tǒng)接入的信號(hào)。聯(lián)接做到先進(jìn)、可靠、安全和方便。3.7 外圍傳感器裝置（1）井筒開(kāi)關(guān)：選用磁性非接觸開(kāi)關(guān)，分別設(shè)置在井筒中過(guò)卷、齊平、同步、減速點(diǎn)等位置。（2）軸編碼器：選用3臺(tái)堅(jiān)固型編碼器分別安裝在導(dǎo)向輪和驅(qū)動(dòng)輪上。軸編碼器PG1信號(hào)進(jìn)入行控，軸編碼器PG3信號(hào)進(jìn)入主控PLC2，作為兩路完全獨(dú)立的行程和速度監(jiān)測(cè)信號(hào)，行控PLC3實(shí)現(xiàn)速度控制，PLC2、PLC3分別實(shí)現(xiàn)有關(guān)行程和速度的監(jiān)視保護(hù)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊，PLC2和PLC3進(jìn)行行程和速度參數(shù)的相比較，實(shí)現(xiàn)鋼繩滑動(dòng)監(jiān)視及PG1和PG3的相互監(jiān)視。（3）測(cè)

46、速機(jī)（TG1）信號(hào)同時(shí)進(jìn)入行程PLC2，用于速度的監(jiān)視保護(hù)，及測(cè)速機(jī)和軸編碼器的相互監(jiān)視。（4）軸編碼器PG3信號(hào)輸入調(diào)速控制計(jì)算機(jī)，用于閉環(huán)調(diào)速控制。（5）裝設(shè)一套井筒開(kāi)關(guān)，用于完成控制與保護(hù)功能，包括：過(guò)卷開(kāi)關(guān)、減速開(kāi)關(guān)、停車開(kāi)關(guān)、同步校正開(kāi)關(guān)。軸編碼器、測(cè)速發(fā)電機(jī)、井筒開(kāi)關(guān)型號(hào)為：軸編碼器：NE-2048-2MD 日本公司測(cè)速機(jī)：ZYS-200A井筒開(kāi)關(guān)：KG1010G（配KY35磁鐵）3.8 提升機(jī)全數(shù)字電控系統(tǒng)故障保護(hù)明細(xì)表3.8.1 主回路3.8.1.1 主回路過(guò)電流（緊急制動(dòng)）3.8.1.2 主回路對(duì)地漏電（井口制動(dòng)）3.8.1.3 IGBT過(guò)熱（>80度，井口制動(dòng)）3.8

47、.1.4 變頻器冷卻風(fēng)扇監(jiān)視（井口制動(dòng)，信號(hào)閉鎖）3.8.1.5 變壓器過(guò)熱（井口制動(dòng)）3.8.1.6 變壓器瓦斯（井口制動(dòng)）3.8.1.7 變壓器過(guò)流（斷高壓、緊急制動(dòng)）3.8.1.8 6KV失壓（斷高壓、緊急制動(dòng)）3.8.2 控制回路3.8.2.1 安全繼電器監(jiān)視（緊急制動(dòng)）3.8.2.2 高壓跳閘（緊急制動(dòng)）3.8.2.3 速度包絡(luò)線連續(xù)監(jiān)視（緊急制動(dòng)）3.8.2.4 主繩松繩（緊急制動(dòng)）3.8.2.5 軸編碼器監(jiān)視（緊急制動(dòng)）3.8.2.6 方向和停車監(jiān)視（緊急制動(dòng)）3.8.2.7 腳踏（緊急制動(dòng)）3.8.2.8 減速段定點(diǎn)保護(hù)（7m/s,4.5m/s,2m/s,緊急制動(dòng)）3.8.2.

48、9 低壓饋電開(kāi)關(guān)監(jiān)視(緊急制動(dòng))3.8.2.10等速段超速（手動(dòng)11m/s，檢修4.5m/s）3.8.2.11井筒過(guò)卷（緊急制動(dòng)）3.8.2.12 0.7m軟過(guò)卷(緊急制動(dòng))3.8.2.13主電機(jī)風(fēng)機(jī)監(jiān)視（信號(hào)閉鎖）3.8.2.14油泵失電（信號(hào)閉鎖）3.8.2.15潤(rùn)滑油過(guò)壓、欠壓、制動(dòng)油過(guò)熱（信號(hào)閉鎖）3.8.2.16閘磨損（井口制動(dòng)）3.8.2.17 PLC柜饋電開(kāi)關(guān)監(jiān)視（緊急制動(dòng)）3.8.2.18 測(cè)速機(jī)斷線（緊急制動(dòng)）3.8.2.19 變頻器故障（緊急制動(dòng)）3.8.2.20 變頻器故障（井口制動(dòng)）3.8.2.21 變頻器故障（報(bào)警）3.8.2.22 操作保護(hù)PLC故障（緊急制動(dòng)）3.

49、8.2.23 行程監(jiān)控PLC故障（緊急制動(dòng)）3.8.2.24 主電機(jī)過(guò)載（緊急制動(dòng)）注：以上保護(hù)若現(xiàn)場(chǎng)需增加，可在方案論證和協(xié)調(diào)時(shí)加減，并在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留一定數(shù)量的接口供現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)增加。4、節(jié)能效果比較4.1 與傳統(tǒng)TKD系統(tǒng)能耗比較4.1.1傳統(tǒng)TKD系統(tǒng)需要在轉(zhuǎn)子回路中串電阻以降低啟動(dòng)電流和能耗制動(dòng)，這就需要消耗大量的電能?，F(xiàn)舉一個(gè)例子說(shuō)明這一點(diǎn)。某礦井電機(jī)為1000KW，定子電壓為6KV，定子電流127A，轉(zhuǎn)子電壓620V，轉(zhuǎn)子電流990A，額定轉(zhuǎn)速493r/min。最大力矩倍數(shù)為2.3，最大提升速度9m/s，提升循環(huán)時(shí)間72.1s。通過(guò)計(jì)算得各級(jí)啟動(dòng)電阻和加速時(shí)間分別為：Rpr1 =

50、1.034 tpr1=0.75sRpr2 = 0.256 tpr2=3.34sR1 = 0.1338 t1=4sR2 = 0.0776 t2=2.324sR3 = 0.0448 t3=1.348sR4 = 0.026 t4=0.782sR5 = 0.0151 t5=0.454sR6 = 0.00874 t6=0.264s各級(jí)電阻啟動(dòng)電流為：Ipr1 = 346.5A Ipr2 = 1396AIav = 1745A則一個(gè)循環(huán)時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)時(shí)各級(jí)電阻功耗分別為：Wpr1 = 346.5 X ×346.5 X 1.034 X 0.75 /3600000=0.02586 kW·hWpr2 = 1396 X 1396 X 0.256 X 3.34 /3600000=0.4628 kW·hW1 = 1745 X 1745 X 0.1338 X 4 /3600000=0.4526 kW·hW2 = 1745 X 1745