王斜井電控低壓變頻技術方案

陜煤集團澄合礦務局王斜煤礦提升機交流電控系統(tǒng)改為低壓變頻電控系統(tǒng)技術方案天地科技股份有限公司

高新技術事業(yè)部

2010年3月22日天地科技股份有限公司目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1概述 2\o"CurrentDocument"在用提升系統(tǒng)主要技術參數(shù) 2\o"CurrentDocument"電控系統(tǒng)設備技術條件 3\o"CurrentDocument"3.1使用條件 3\o"CurrentDocument"3.2技術標準和規(guī)定 3\o"CurrentDocument"電控系統(tǒng)總體技術方案和技術特點 4\o"CurrentDocument"電控系統(tǒng)總體技術方案 4\o"CurrentDocument"電控系統(tǒng)的主要技術特點 5\o"CurrentDocument"電控系統(tǒng)設備構成及主要技術特點說明 6\o"CurrentDocument"全數(shù)字交流低壓變頻調速控制裝置 6\o"CurrentDocument"交流變頻調速控制系統(tǒng)概述 6\o"CurrentDocument"變頻器選型 6\o"CurrentDocument"低壓配電 6\o"CurrentDocument"不間斷電源和直流電源 6\o"CurrentDocument"計算機主控系統(tǒng)裝置 7\o"CurrentDocument"提升行程速度控制 7操作控制 7\o"CurrentDocument"設備和運行狀態(tài)的監(jiān)視 8\o"CurrentDocument"安全回路及其控制 9\o"CurrentDocument"狀態(tài)、故障和第一故障的顯示和報警 10\o"CurrentDocument"制動控制系統(tǒng) 11\o"CurrentDocument"與液壓站和潤滑站接口 11\o"CurrentDocument"5.4.8操作臺 11\o"CurrentDocument"上位計算機監(jiān)視系統(tǒng) 11\o"CurrentDocument"軸編碼器 12\o"CurrentDocument"交流變頻電動機 12\o"CurrentDocument"變壓器 12電控設備供貨范圍 13\o"CurrentDocument"技術資料提供 13\o"CurrentDocument"技術服務 14\o"CurrentDocument"工期安排 14陜煤集團澄合礦務局王斜煤礦提升機

交流電控系統(tǒng)改為低壓變頻電控系統(tǒng)

技術方案1概述陜煤集團澄合礦務局王斜煤礦提升機電控采用繞線式交流異步電動機拖動的老式交流絞車提升機電控系統(tǒng)，存在技術水平落后、安全可靠性較低、維護困難以及能耗大等問題。為了提高提升系統(tǒng)的安全可靠性、提高提升能力、節(jié)能降耗，可采用變頻方案（“低壓變頻器供電+交流電動機+全數(shù)字調節(jié)+PLC控制+上位機監(jiān)控”模式）對在用老式交流絞車提升機電控系統(tǒng)進行改造，可實現(xiàn)提高總體技術水平、提高總體安全可靠性和工作可靠性和總體技術水平、提高提升能力和增效節(jié)能、提高系統(tǒng)可維護性等目標。目前低壓通用變頻器已經(jīng)應用了很多年，在技術水平、工藝水平等方面也比較成熟，在節(jié)能、安全性等方面都有很好的效果，為此特提出采用全數(shù)字低壓變頻提升機電控系統(tǒng)對原有交流提升機電控制系統(tǒng)進行改造的技術方案。在用提升系統(tǒng)主要技術參數(shù)提升機型號：卷筒直徑：卷筒個數(shù)：鋼絲繩直徑：減速器減速比：軌道坡斜長：最大速度：配套電機：功率：280KW；電壓：6KV；轉速：電控系統(tǒng)設備技術條件3.1使用條件環(huán)境條件：電控設備室內安裝，其基本工作環(huán)境條件如下：海拔高度： <1000m環(huán)境溫度： <50°C, >-5°C相對濕度： <90%無顯著振動、無沖擊振動的場合。周圍介質無爆炸危險，無腐蝕金屬和破壞絕緣的氣體與塵埃(包括導電塵埃)。井筒中和井下采用的電氣設備，須滿足相應的要求規(guī)定，如防塵、防水等。低壓電源：電壓： 380V三相50Hz電壓變動范圍： ±10%(短時出現(xiàn)±15%的電壓波動)接地方式：中性點直接接地3.2技術標準和規(guī)定《煤礦安全規(guī)程》(2009年版)《交流電機半導體變頻調速裝置總技術條件》(GB12668-90)《JB4263-86交流傳動礦井提升機電控設備技術條件》電磁兼容性：GB/T17626-4-99標準最嚴酷等級《礦山電力設計規(guī)范》(GB50070-94)《低壓配電設計規(guī)范》(GB50054-95)(7) 《工業(yè)企業(yè)噪聲控制設計規(guī)范》(GBJ87—85)《民用閉路電視系統(tǒng)工程技術規(guī)范》(GB50198-94)《電能質量公用電網(wǎng)諧波》GB/T14549-93進口電氣設備遵守國際電工委員會IEC標準電控系統(tǒng)總體技術方案和技術特點電控系統(tǒng)總體技術方案方案編制原則：（1）安全、可靠、高效；（2） 符合有關標準和規(guī)程要求以及用戶的技術要求；（3） 技術和設備先進、成熟、可靠；（4） 系統(tǒng)功能完善、性能好、監(jiān)視保護齊全、動作可靠；（5） 系統(tǒng)構成簡潔明了，顯示齊全，使用維護方便、快捷；（6） 系統(tǒng)配置經(jīng)濟合理，性能價格比較高。系統(tǒng)構成模式：全數(shù)字低壓變頻調速控制+PLC行程控制和操作控制+雙線制監(jiān)視保護和安全回路+上位機監(jiān)視（1） 變頻調速系統(tǒng)方案—采用ABB公司ACS系列全數(shù)字低壓變頻調速控制裝置，其功能完善、性能優(yōu)越、監(jiān)視保護齊全；主回路采用可逆變頻器，實現(xiàn)變頻調速四象限運行。變頻器可將電動機發(fā)出的電能向電網(wǎng)回饋，節(jié)能效果顯著；直流側采用可控的IGBT元件時，諧波量很小功率因數(shù)可控制為1；（2） 主控系統(tǒng)方案采用西門子公司生產(chǎn)的S7-300系列PLC（PLCl）實現(xiàn)提升行程速度控制和監(jiān)視保護；采用兩臺西門子公司生產(chǎn)的S7-300系列PLC（PLC1、PLC2）實現(xiàn)控制、監(jiān)視和安全保護（雙線制）；各種運行控制功能（自動、半自動、手動、檢修及特殊工況等運行控制功能）、系統(tǒng)的雙線制安全監(jiān)視和安全回路等主要由PLC應用軟件實現(xiàn)。（3） 狀態(tài)和故障監(jiān)視顯示方案采用研華工業(yè)控制計算機作為上位機，可實時動態(tài)地監(jiān)視顯示系統(tǒng)運行狀態(tài)和運行參數(shù)，并顯示各種故障類型，使用維護方便，故障處理快捷。電控系統(tǒng)的主要技術特點全數(shù)字控制和監(jiān)視—采用西門子公司S7-300系列PLC構成提升行程控制和提升工藝控制；—采用進口ABB公司ACS系列全數(shù)字低壓變頻調速控制裝置，構成提升機交流拖動系統(tǒng)的電流、速度調節(jié)控制；—采用西門子公司S7-300系列PLC及上位機構成提升工藝、設備的狀態(tài)、故障和首故障監(jiān)視和顯示。安全可靠性高實現(xiàn)安全監(jiān)視與提升控制相互獨立工作方式；—具有兩臺西門子公司S7-300系列PLC及相應傳感器和控制電器構成的雙線制安全監(jiān)視回路和安全回路；提升方向信號自動識別軟件，可確保正確形成提升方向控制指令和構成錯向保護；(3)工作可靠性高—控制用PLC和調速用變頻器均采用進口名牌產(chǎn)品；主要傳感器元件和電器元件均選用進口名牌或合資廠產(chǎn)品；可實現(xiàn)應急控制功能。(4)高抗干擾性能本電控系統(tǒng)在控制電源、輸入信號和輸出信號等方面采取了綜合抗干擾措施，電磁兼容性設計合理，結構布局周密可靠，系統(tǒng)抗脈沖干擾可達到GB/T17626.4標準最高嚴酷等級要求，確保系統(tǒng)的工作可靠性。工作效率高采用全數(shù)字變頻調速控制，實現(xiàn)準確的速度控制，按照設計速度圖提升運行；—采用計算機提升行程速度控制技術，實現(xiàn)全行程的位置控制和以行程為變量的S型曲線速度給定控制；可實現(xiàn)兩段爬行速度圖，提高爬行速度，縮短爬行距離，從而縮短提升循環(huán)時間，提高生產(chǎn)效率。狀態(tài)和故障、首故障監(jiān)視完善由主控計算機、調速控制裝置和上位機構成完整的技術參數(shù)監(jiān)視和顯示系統(tǒng)；由主控計算機等構成首故障及故障的判別、記憶和顯示功能。電控系統(tǒng)設備構成及主要技術特點說明全數(shù)字交流低壓變頻調速控制裝置交流變頻調速控制系統(tǒng)概述變頻調速系統(tǒng)選用ABB公司ACS800系列全數(shù)字變頻器，以及與其配套的交流電機。ABB工業(yè)傳動變頻器額定電流被設計成能滿足工業(yè)應用環(huán)境下高過載能力的需求，核心算法是DTC，直接轉矩控制能提供優(yōu)良性能和重要優(yōu)點，內置的驅動可選件使安裝工作迅速而簡單，使產(chǎn)品具有使用壽命長的特點是ABB工業(yè)傳動最主要的設計理念之一。風扇、電容等易損耗部件根據(jù)延長產(chǎn)品使用壽命的原則進行選型，同時產(chǎn)品具有強大的保護功能。本系統(tǒng)為副井電控，因此需要重物下放時需要能量，因此采用四象限變頻器。IGBT整流單元(ISU)用于有能量回饋的傳動系統(tǒng)，在功率控制中，它提供如同DTC技術在電機控制中那樣穩(wěn)定和可靠的性能。功率單元的硬件與逆變模塊的硬件兼容，在無源模式變換器作為整流器來工作，在有源模式時，IGBT用來控制母線電壓恒定，線電流正弦。由于使用DTC技術和LCL濾波技術，極大降低了諧波含量。變頻器選型本系統(tǒng)選用一臺ABB的ACS800系列四象限傳動裝置，該裝置可以回饋能量。型號：ACS800-14-0490適配電機功率：315Kw額定電壓：380V額定電流：490A低壓配電配置1臺低壓配電柜，兩路380V交流進線，手動切換，經(jīng)各開關向電控系統(tǒng)、輔機及其它用電設備的?380/220V配電。根據(jù)各用電設備的要求裝設自動空氣開關或斷路器、接觸器、繼電器、控制開關等。低壓回路主要符合液壓站、潤滑站等容量要求，并留有15％的備用配電回路。不間斷電源和直流電源控制電源的性能、可靠性直接影響系統(tǒng)的工作可靠性，控制電源必須具備高可靠性、高抗干擾能力，同時須具有供電的連續(xù)性，一般要求留有足夠余量。為此在控制電源的配置中，采用如下方案：（1）采用一臺2KVA的隔離變壓器為系統(tǒng)中的控制電源供電。（2） 配置一臺2KVA不間斷電源（UPS）,為系統(tǒng)中重要的控制單元供電，當主電源故障時可自動轉換。（3） 電控裝置中根據(jù)需要配置相應的穩(wěn)定可靠的直流電源，主要選用開關電源和線性電源，直流電源主要給控制系統(tǒng)內部電路板、直流繼電器等供電。每路電源均在交流進線側設置電源濾波器。（4） 系統(tǒng)電源配置防浪涌（防雷）裝置，具備防雷功能，保證系統(tǒng)安全可靠。說明：上述隔離變壓器和不間斷電源裝于低壓配電柜中，直流電源裝于主控柜中。計算機主控系統(tǒng)裝置計算機主控系統(tǒng)裝置包括1套控制柜、1套操作臺，主要由兩臺西門子公司生產(chǎn)的S7-300系列PLC以及控制電器構成，留有足夠的備用接口。各有完成提升行程速度控制、系統(tǒng)操作控制、系統(tǒng)監(jiān)視、系統(tǒng)保護等功能，實現(xiàn)對調速系統(tǒng)裝置、制動系統(tǒng)設備、輔機等設備的協(xié)調控制，實現(xiàn)提升機按照各種工況要求正常運行；同時實現(xiàn)對提升運行和系統(tǒng)設備的狀態(tài)和故障的監(jiān)測，識別故障和第一故障，進行報警和顯示，并根據(jù)故障的類型實施相應的控制。5.4.1提升行程速度控制主要由主控PLC（PLC1）實現(xiàn)，主要完成以行程為變量的S形曲線速度給定功能，并和主控監(jiān)視PLC（PLC2）構成雙線制監(jiān)視和保護。主要技術參數(shù)：?傳感器：增量式軸編碼分辨率：±0.01m?行程測量范圍：0000.00－1999.99m?速度測量范圍：00.0－19.9m/s分辨率：±0.1m/s?脈沖量化參數(shù)Kp：五位十進制數(shù)（用于繩槽磨損補償）5.4.2操作控制操作控制包括對調速系統(tǒng)裝置、制動系統(tǒng)設備、輔機等設備的協(xié)調控制，主要由PLC1和相應的繼電回路實現(xiàn)，包括：—接受處理提升信號、運行模式信號、調速裝置運行、封鎖和工作制動控制等信號；各控制電器閉合、分斷控制、調速裝置工作、閉鎖控制、工作制動控制；各控制、運行信號及設備控制的閉鎖等等。提升機運行控制模式：系統(tǒng)運轉狀態(tài)選擇：提物、提人、檢修、應急系統(tǒng)控制方式選擇：自動控制、半自動控制、手動控制各種控制運行模式：手動控制司機可通過手柄控制提升速度在選定速度范圍內連續(xù)可調，同時要受到行程控制器的限制。半自動控制在半自動運行邏輯正常時，司機可通過按鈕，讓提升完成一個提升循環(huán)，并具開車閉鎖；具有自動選擇方向，確定運行速度等功能。全自動控制在滿足自動運行邏輯下，電控系統(tǒng)根據(jù)信號系統(tǒng)的信號自動確定運行方向、運行速度，自動完成一個工作周期內的啟動、加速、減速、停車等功能。?檢修運行控制只允許手動操作，速度不大于2m/s。慢速運行控制允許手動操作或操作專設的慢速運行按鈕，慢動速度在0.3--0.5m/s。應急運行控制在監(jiān)控計算機、監(jiān)測系統(tǒng)出現(xiàn)局部故障時，提升機能實現(xiàn)低速故障運行，速度不大于2m/so停車點旁路運行控制：能用轉換開關旁路停車控制點，以便檢修時使用。?過卷旁路運行控制：如在檢修時，能用轉換開關實現(xiàn)人為過卷、速度限定在0.3m/s以下。如若正常提升時，人為過卷不復位不能開車。其他特殊工況運行控制5.4.3設備和運行狀態(tài)的監(jiān)視設備和運行狀態(tài)的監(jiān)視由PLCI、PLC2以及調速控制計算機等共同實現(xiàn)，構成多重安全監(jiān)視。采用相關的測量和傳感組件構成各類監(jiān)視信號源，這些監(jiān)視信號經(jīng)變換隔離輸入主控計算機PLC1，與安全有關的信號同時輸入至PLC2。兩PLC采用專門編制的監(jiān)視程序,來實現(xiàn)對設備和運行狀態(tài)的故障記憶，第一故障采集，并實現(xiàn)報警和顯示。主要監(jiān)視內容包括：與速度有關的監(jiān)視：連續(xù)速度監(jiān)視；逐點速度監(jiān)視；過速監(jiān)視；與行程有關的監(jiān)視：—過卷監(jiān)視；后備過卷監(jiān)視；減速點監(jiān)視；方向監(jiān)視；與傳感器有關的監(jiān)視：數(shù)字編碼器間的相互監(jiān)視；—行程位置開關的監(jiān)視；—松繩監(jiān)視；與設備工作狀態(tài)有關的監(jiān)視：低壓供電系統(tǒng)的監(jiān)視；變頻調速系統(tǒng)裝置故障監(jiān)視；峰值或突躍電流監(jiān)視；主控PLC工作狀態(tài)監(jiān)視；主控繼電回路監(jiān)視（如安全接觸器工作狀態(tài)監(jiān)視等）；主控操作主令電器的工作狀態(tài)監(jiān)視；主控對深度指示監(jiān)視；液壓制動系統(tǒng)故障監(jiān)視；制動閘、制動輪工作狀態(tài)監(jiān)視；—潤滑系統(tǒng)故障監(jiān)視；5.4.4安全回路及其控制安全回路由PLC1和PLC2同時實現(xiàn)，構成雙線制安全回路，同時將過卷、電源故障、制動故障、調速裝置故障等重故障直接構成繼電安全回路，構成多重安全保護。根據(jù)故障的性質和危及安全及工作狀態(tài)的程度，共分為四類故障，將它們分別構成三類安全回路。安全接觸器控制由PLCI、PLC2安全回路和繼電安全回路共同實現(xiàn)，其中兩PLC輸出的安全保護信號分別控制各自安全回路中間繼電器，各安全回路中間繼電器接點串聯(lián)后，控制安全回路接觸器，最終控制安全制動的施加與釋放。安全保護按故障的性質分四類進行處理：一類故障發(fā)出聲光報警，系統(tǒng)立即實施安全制動，抱閘停車。一類故障主要包括：—高、低壓電源故障；—交流變頻調速回路故障；制動系統(tǒng)油壓故障；提升容器過卷；松繩故障；提升運行超過最大速度15%提升運行減速段過速10%;提升容器到達終端時的速度超過2m／s；錯向操作；信號系統(tǒng)緊停、按下安全制動鈕等。二類故障發(fā)出聲光報警，系統(tǒng)立即實施電氣制動，按電氣制動減速度減速，當速度降低到lm/s時，實施安全制動，抱閘停車。二類主要包括：液壓制動系統(tǒng)油位偏低；潤滑系統(tǒng)故障；井中運行信號系統(tǒng)打停點（或無方向信號）；按下電氣制動鈕等。三類故障發(fā)出聲光報警，允許一次提升循環(huán)結束后再停車，并進行閉鎖不予許下一次開車。三類主要包括：——交流調速裝置發(fā)生局部故障；液壓制動系統(tǒng)油溫偏高；制動油壓過高；閘瓦磨損、彈簧疲勞；峰值或突躍電流監(jiān)視等；四類故障只進行報警。四類主要包括：——低壓電源漏電；——信號電源接地及其它接地故障等等。5.4.5狀態(tài)、故障和第一故障的顯示和報警系統(tǒng)設備和運行狀態(tài)及故障分別由安裝在操作臺儀表盤上的指示燈、觸摸屏以及上位機的顯示屏來顯示，儀表盤內裝設報警器，故障時進行報警。制動控制系統(tǒng)提升機制動控制系統(tǒng)主要由PLC、繼電控制回路（工作制動接觸器、安全回路接觸器等）和可調閘控制單元組成，與液壓站及液壓站控制系統(tǒng)相配套，共同實現(xiàn)正常工作制動和故障時的安全制動功能：（1） 手動時的工作制動，由閘控手把調節(jié)制動油壓；（2） 半自動時的工作制動，與行程速度調節(jié)系統(tǒng)配合，由主控根據(jù)開車和停車指令給出松閘、預貼閘、施閘等控制信號；（3）安全制動包括一級制動、二級制動兩種方式：?若提升容器運行在在井中，直接動作安全閥和二級制動閥,實施二級制動控制;?若提升機接近井口，解除二級制動（范圍可按設計值設定），實施一級緊急制動控制;（4） 主控系統(tǒng)對制動系統(tǒng)狀態(tài)進行監(jiān)視保護。與液壓站和潤滑站接口主控系統(tǒng)預留有足夠的與液壓站和潤滑站連接接口，主控對液壓站和潤滑站進行控制和監(jiān)視保護，根據(jù)礦方提供的設備廠家型號，與相關廠家協(xié)調設計，滿足相關的技術要求。操作臺操作臺采用操作方便的一體式結構。操作臺主要裝有制動控制手柄（右手）、速度控制手柄（左手）、輔機控制用選擇開關、工況選擇開關、控制方式選擇開關、控制按鈕（如：變頻啟動控制按鈕、液壓油泵起?？刂瓢粹o、緊急制動、電氣制動、復位、鈴復位、過卷旁路、停車旁路、半自動開車按鈕、慢速運行按鈕、實驗按鈕等）;包括顯示器、顯示儀表（包括提升速度、電機電流、制動油壓、可調閘電流等）以及重要操作信號和狀態(tài)指示燈（包括控制手柄零位指示、制動手柄松閘位指示、變頻器狀態(tài)指示、控制電源合閘指示、安全回路正常指示等）。上位計算機監(jiān)視系統(tǒng)采用工業(yè)控制計算機和通訊組件構成上位計算機監(jiān)視系統(tǒng)，使用監(jiān)視組態(tài)軟件，實現(xiàn)對提升運行和設備運行的狀態(tài)進行監(jiān)視，并進行狀態(tài)和參數(shù)的顯示、存儲記憶，以方便使用維護、故障處理以及對系統(tǒng)的管理。留有與礦調度網(wǎng)的接口，并可以通過以太網(wǎng)對系統(tǒng)進行遠程監(jiān)控診斷。工業(yè)控制計算機配置為：研華工控機P4、光驅、鼠標、鍵盤、彩顯等。主控PLC收集和處理提升運行和設備運行的所有狀態(tài)和參數(shù)，主控PLC和上位機通過網(wǎng)絡通訊交換信息，通過上位機進一步處理，將提升運行和設備運行的參數(shù)、狀態(tài)和故障在上位機的彩色顯示裝置上顯示。上位計算機監(jiān)視系統(tǒng)的主要功能：——提升系統(tǒng)動動靜態(tài)畫面生成：——故障、第一故障顯示、報警?！哂信cPLC通訊接口，可通過鍵盤對提升機電控系統(tǒng)進行編程。圖形顯示的主要畫面有：提升系統(tǒng)運行主圖、高壓供電系統(tǒng)圖、低壓供電系統(tǒng)圖、安全回路圖、故障信息圖、安全保護試驗畫面圖、其他根據(jù)需要設計。5.6軸編碼器（1） 根據(jù)控制功能的要求，系統(tǒng)使用編碼器3臺，2臺軸編碼器（PG1、PG2）裝于主滾筒上，1臺軸編碼器（PG3）裝于電機非軸承端。（2） 軸編碼器PG1信號進入主控PLC1，軸編碼器PG2信號進入主控PLC2，作為兩路完全獨立的行程和速度監(jiān)測信號，PLC1、PLC2、進行行程和速度參數(shù)的相互比較，實現(xiàn)PG1、PG2的相互監(jiān)視。（3） 軸編碼器PG3信號輸入變頻器，用于閉環(huán)調速控制。交流變頻電動機選用1臺交流變頻電動機，替代在用高壓電機。額定功率：280Kw額定電壓：380V 額定轉速：rpm變頻調速三相異步電動機，適應變頻調速直接轉矩控制方式及PWM調制方式，可以滿足提升機頻繁正反轉、起制動的要求；變壓器選用1臺普通干式變壓器，用于變頻器電壓匹配，變壓器為F級絕緣，預置溫度檢測傳感器以檢測整流變壓器的溫度，配套溫度監(jiān)視保護裝置，并將報警（＞90°C）、跳閘（＞100°C）信號接點輸出到主控。整流變壓器主要參數(shù)：型號：SC—400連接組別：Dy-11 容量：350KVA變比：6KV/380V±5% 阻抗：~6%

電控設備供貨范圍序名稱規(guī)格數(shù)量備注(1)電控系統(tǒng)部分1低壓柜雙投開關X1；塑売斷路器X低壓空氣開關等 若干冶2變頻器柜變頻iBBACS80315KW1冶3主控柜西門PLCS7-300PLC臺電子板：光耦、衰減等繼電器1H5等冶4控制臺西門PLC