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文檔簡介
提升機變頻調速系統(tǒng)改造方案一、原控制系統(tǒng)與改造后系統(tǒng)對比
目前我礦井提升機采用交流繞線式異步電動機轉子串電阻調速方案,用PLC控制可控硅進行速度段切換。
目前提升機電控系統(tǒng)存在的不足:
(1)調速不連續(xù),運行中振動大,起動時對電網沖擊大;
(2)啟動電流一般是額定電流的2-3倍,有時會更大,如果加速快,甚至會引起總開關跳閘;
(3)調速時大量的電能消耗在電阻上,不但浪費嚴重,也造成工作環(huán)境的惡劣,空間噪聲大;
(4)維修量大。由于有高壓換向器和調速電阻,特別是高壓換向器,觸點和線圈的更換量較大。再加上目前使用高壓換向器的提升機越來越少,配件也不好購了。(5)隨著交流變頻技術的發(fā)展和成熟,變頻調速性能的優(yōu)越性日益顯現。以變頻器為核心的調速系統(tǒng),在交流礦井提升機上也越來越多的被采用,徹底改變了沿襲幾十年的交流絞車轉子串電阻分級調速的模式,使提升機獲得平穩(wěn)、安全、可靠的運行狀態(tài)。避免嚴重的機械磨損,防止較大的機械沖擊,減少機械部分維修的工作量,延長提升機械的使用壽命。采用變頻控制的提升機,基本上可以獲得與直流電機相同的調速和制動性能。
控制系統(tǒng)、提升機數字行程控制等系統(tǒng)采用PLC和觸摸屏實現控制、監(jiān)視及人機通訊。確保提升機電控系統(tǒng)具備先進性、可靠性、經濟性、精確性、兼容性、高效性等功能特點。
為了確保安全可靠,讓變頻調速系統(tǒng)與原調速系統(tǒng)并存,互為備用,隨時可以切換。
二、系統(tǒng)改造總體思路
1)改造必要性
提升機以繞線式異步電動機轉子串電阻(金屬或液體電阻)調速為主。這種串電阻調速方式,利用控制器或磁力站對串入轉子回路中不同阻值的電阻進行組合,達到調速目的。但缺陷明顯,主要反映效率非常低,它以增加轉差功率的消耗來換取轉速的降低。轉速越慢,效率越低,大部分功率被轉換成熱能而消耗掉。采用變頻調速方案就能很好地解決這個問題。變頻調速是通過改變定子供電頻率來達到電機調速的目的,無論轉速高低,其機械特性基本上與自然機械特性平行,所消耗的轉差功率都基本不變,因此效率很高,有著明顯的節(jié)電效果,且調速的平穩(wěn)性大大提高。在節(jié)能、減少維修、提高產品產量及產品質量等方面都取得了明顯的經濟效益,是電機調速的發(fā)展方向。
2)改造方案
為滿足安全生產,系統(tǒng)改造保留了原有的工頻系統(tǒng),讓變頻調速系統(tǒng)與原調速系統(tǒng)并存,互為備用,隨時可以切換。如圖1所示:
圖1工、變頻系統(tǒng)切換控制
高壓提升機系統(tǒng)主回為工頻電源經過原工頻操作的換相器接到變頻旁路開關柜的工頻輸入端子。K1、K2、K3為三臺高壓隔離開關,為了確保不向變頻器輸出端反送電,K1、K3與K2采用電磁互鎖操動機構,實現電氣互鎖。K4為轉子側雙擲開關,變頻運行時,K4切換到變頻側,繞線電機轉子線圈經雙擲開關K4后處于短接狀態(tài);工頻運行時,K4切換到工頻側,繞線電機轉子線圈經K4接至原調速電阻裝置。當K1、K3閉合,K2斷開,K4切換到變頻側,電機變頻運行;當K1、K3斷開,K2閉合,K4切換到工頻側,電機工頻運行,此時變頻器從高壓中隔離出來,便于檢修、維護和調試。如圖2所示:(3)輸入側結構
輸入側由移相變壓器給每個單元供電,每個功率單元都承受電機電流、1/10的相電壓、1/30的輸出功率。10個單元在變壓器上都有自己獨立的三相輸入繞組。功率單元之間及變壓器二次繞組之間相互絕緣。二次繞組采用延邊三角形接法,目的是實現多重化,降低輸入電流的諧波成分。
本機中移相變壓器的副邊繞組分為三區(qū),采用48脈沖整流方式。這種多級移相疊加的整流方式可以大大改善網側的電流波形,使其負載下的網側功率因數接近1,輸入電流諧波成分低。實測輸入電流總諧波成分小于3%。
(4)輸出側結構
輸出側由每個單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機供電,通過對每個單元的PWM波形進行重組,可得到如圖5所示的階梯PWM波形。這種波形正弦度好,dv/dt小,可減少對電纜和電機的絕緣損壞,無須輸出濾波器就可以使輸出電纜長度很長,電機不需要降額使用,可直接用于舊設備的改造;同時,電機的諧波損耗大大減少,消除了由此引起的機械振動。
圖5變頻器輸出的相電壓階梯PWM波形
系統(tǒng)采用三次諧波補償技術提高了電源電壓利用率,利用了調制信號預畸變技術,使電壓利用率近似于1。同時系統(tǒng)采用先進的載波移相技術,它的特點是單元輸出的基波相疊加、諧波彼此相抵消。所以串聯(lián)后的總輸出波形失真特別小。多個單元迭加后的理論輸出相電壓波形如圖6所示(圖中是六單元疊加)。
圖6
6個單元輸出迭加后的波形
(5)控制器
控制器核心由高速32位芯片運算來實現,可以保證電機達到最優(yōu)的運行性能。人機界面提供友好的全中文監(jiān)控和操作界面,同時可以實現遠程監(jiān)控和網絡化控制。PLC控制器用于柜體內開關信號的邏輯處理,以及與現場各種操作信號和狀態(tài)信號的協(xié)調,增強了系統(tǒng)的靈活性。
控制器及各控制單元板中采用先進的單片機等大規(guī)模集成電路和表面焊接技術,系統(tǒng)具有極高的可靠性。此外還有一個CPU,負責管理LED顯示屏和鍵盤。
另外,控制器與功率單元之間采用多通道光纖通訊技術,低壓部分和高壓部分完全可靠隔離,系統(tǒng)具有極高的安全性,同時具有很好的抗電磁干擾性能,并且各個功率單元的控制電源采用一個獨立于高壓系統(tǒng)的統(tǒng)一控制器,方便調試、維修、現場培訓,增強了系統(tǒng)的可靠性。
(6)控制電源
提升機變頻調速系統(tǒng)控制電源獨立于高壓電源的供電體系,在主電路不通入電壓的情況下,僅通入控制電源,設備各點的波形與加高壓情況基本相似,給整機調試、人員培訓帶來了很大方便,更大大提高了系統(tǒng)的安全性。
(7)功率單元儲能電容
功率單元內部的儲能電容采用的是電解電容。
(8)基本控制
1.交流制動。提升機用變頻器,交流制動對提升系統(tǒng)的安全運行起到重要作用,當重車在中間停車時,檢測到停機信號后給控制器發(fā)出信號,讓變頻器由高頻迅速地降到低頻(1Hz左右),給提升機一低頻制動,讓提升機從高速能較快速的降為低速,待PLC檢測到機械制動起作用的信號后,PLC發(fā)出信號讓控制器去掉交流制動信號,使提升機靠機械抱閘裝置停穩(wěn)。啟動時,先對提升機施加一交流制動信號,建立啟動力矩,待檢測到機械抱閘信號后發(fā)出信號給控制器去掉交流制動信號,然后由控制器加上啟動電壓讓提升機開始轉動。
2.運行速度的控制。為了減少運行過程中的機械沖擊,在提升機啟動和停止過程中,做到加速度連續(xù),因不同的頻率,對應不同的加減速速率,在本裝置的控制中,將不同頻率時的加減速速率規(guī)劃成一個表格,運行中用查表的方法確定對應頻率時的加減速速率,使提升機平滑運行,減少機械沖擊。
3.再生能量通過功率單元來處理,見圖7示:
圖7單元控制框圖
電機處于發(fā)電狀態(tài),功率單元母線電壓Vbus升高,當母線電壓超過電網電壓的1.1倍時,CPU根據比較器和相位檢測的結果輸出六路SPWM波形,使逆變塊A中的IGBT工作,通過輸入電感,電動機的再生能量最后通過移相變壓器回饋到電網,裝置充分利用了移相變壓器對諧波的抵消作用,對電網無諧波污染、功率因數高、控制簡單、損耗小,返回到電網諧波小于5%。
三、技術方案及特點思路
1)總體技術方案
整個提升電控系統(tǒng)分為三個部分:全數字交流變頻調速系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng);
調速系統(tǒng):變頻裝置,回饋能量直接返回電網,完美無諧波,功率因數接近1。
操作系統(tǒng)采用西門子公司S7-300雙PLC雙線制控制,配網絡化控制的操縱臺;
監(jiān)控系統(tǒng)采用工控機系統(tǒng)含大屏幕彩色顯示器、彩色打印機;
操作系統(tǒng)-調速系統(tǒng)-監(jiān)控系統(tǒng)之間通過DP網絡進行系統(tǒng)通訊及信號交換,該系統(tǒng)硬件配置整潔、功能強大、技術先進、安全可靠、高效節(jié)能。
2)系統(tǒng)特點:
(1)系統(tǒng)設計選用的變頻調速系統(tǒng)功率因數為>0.95,對電網無諧波污染,為綠色環(huán)保產品,并能在惡劣電網環(huán)境中運行,抗干擾能力強,帶有必須的各種保護功能。低速運行時,不僅輸出額定轉矩,而且具有一定過載能力。
(2)采用了全數字速度、電流、位置閉環(huán)控制使提升機在任意速度下運行穩(wěn)定可靠并保持爬行距離恒定,使提升機具有較高的運行效率。
(3)操作和安全保護系統(tǒng)選用兩套不同配置的Siemens公司的S7-300系列PLC,兩套PLC互為CPU監(jiān)視控制。主輔PLC之間相互通訊及監(jiān)視,操作過程實現雙線控制方式,對提升機運行關鍵的信號(如速度、容器位置、安全、減速、過卷等等)均采用多重保護,互為監(jiān)視。
(4)PLC操作控制系統(tǒng)能完成提升機手動、半自動、自動(用于主井箕斗提升)、換層、慢動、檢修及緊急控制等各種運行方式的控制要求等。
手動操作:司機根據信號系統(tǒng)情況,通過速度給定器件(操作手柄)控制提升機在額定速度以下任意速度運行,自動減速、自動準確停車,同時要受到行程控制器的限制。此操作方式主要用于運送人員、材料和檢修等工作。
半自動操作:在半自動運行邏輯正常時,司機根據信號系統(tǒng)情況通過按鈕開車,讓提升機完成一個提升循環(huán),并具開車聯(lián)鎖;具有自動選擇去向,確定運行速度等功能,自動加速、自動減速、自動準確停車。
自動操作(用于主井箕斗提升):在自動運行邏輯具備條件時,提升機電控系統(tǒng)根據信號系統(tǒng)情況讓提升機自動完成一個提升循環(huán),并具安全聯(lián)鎖;具有自動選擇去向,確定運行速度等功能,自動加速、自動減速、自動準確停車。
檢修運行:檢修速度:0.3~0.5m/s。檢修時只能手動開車。最大不超過2m/s。
緊急操作:控制及監(jiān)控系統(tǒng)出現局部故障時,提升系統(tǒng)能用手動應急方式(速度限定在2m/s以內)完成本次提升。
(5)關鍵環(huán)節(jié)采用三重或多重保護,比如過卷、超速等。多條安全保護回路之間互相冗余,保證礦山設備的高效、安全運轉。
(6)監(jiān)控系統(tǒng)采用PIVCPU臺灣研華產臺式工控機作為上位機,配寸彩色顯示器及彩色打印機,實現多畫面實時監(jiān)控,多參量數碼及曲線顯示、記錄,各種故障的報警及記錄,所記錄的圖表、曲線多達30天以上所進行的提升循環(huán)。
(7)各子系統(tǒng)通過網絡進行數據和信號交換實現網絡化集散控制,使整個系統(tǒng)的外接線大量減少;
(8)針對極端情況下的液壓制動失效,具備主動和被動安全保護相結合的多重保護措施:
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作為主動安全保護手段之一,可提前發(fā)現事故隱患。采用壓力傳感器對液壓系統(tǒng)的油路情況進行動態(tài)檢測,檢測值進入PLC,并可以在上位機顯示出出油路回油情況,防止因為出油、回油及油路堵塞的情況。
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具有零速電氣安全制動保護功能:作為被動安全保護手段,在滿足《安全規(guī)程》要求的前提下,當出現安全制動時,同時具有電氣安全制動功能,在零速電氣安全制動的作用下,提升容器會往較重的方向作脈動式向下滑行。避免故障擴大,最大程度地減小故障損失。
(9)采取必要的硬件、軟件的抗干擾措施如隔離、濾波、合理的結構及布線等,確保整個系統(tǒng)不受電磁干擾、供電電源的干擾,并對其他設備不產生危害性的干擾;
(10)裝置的過載能力與電動機的過載能力相當,整流裝置能滿足四象限運行要求。
(11)整流裝置的功率因數高于0.95。
(12)經過優(yōu)化設計,使設備的性能更加強大,硬件包括接線更加整潔,如原來由繼電器進行隔離的線路均由光隔完成,使繼電器數目減少到最少的程度。
3)電控系統(tǒng)關鍵設備的主要特點說明
(1)變頻器
交流制動。本提升機用變頻器,交流制動對提升系統(tǒng)的安全運行起到重要作用,當重車在中間停車時,檢測到停機信號后給控制器發(fā)出信號,讓變頻器由高頻迅速地降到低頻(1Hz左右),給提升機一低頻制動,讓提升機從高速能較快速的降為低速,待PLC檢測到機械制動起作用的信號后,PLC發(fā)出信號讓控制器去掉交流制動信號,使提升機靠機械抱閘裝置停穩(wěn)。啟動時,先對提升機施加一交流制動信號,建立啟動力矩,待檢測到機械抱閘信號后發(fā)出信號給控制器去掉交流制動信號,然后由控制器加上啟動電壓讓提升機開始轉動。
運行速度的控制。為了減少運行過程中的機械沖擊,在提升機啟動和停止過程中,做到加速度連續(xù),因不同的頻率,對應不同的加減速速率,將不同頻率時的加減速速率規(guī)劃成一個表格,運行中用查表的方法確定對應頻率時的加減速速率,使提升機平滑運行,減少機械沖擊。即通常所說的S形加、減速曲線,見圖8。
圖8
速度曲線
再生能量通過功率單元來處理,見圖9示:
圖9單元控制框圖
電機處于發(fā)電狀態(tài),功率單元母線電壓Vbus升高,當母線電壓超過電網電壓的1.1倍時,CPU根據比較器和相位檢測的結果輸出六路SPWM波形,使逆變塊A中的IGBT工作,通過輸入電感,電動機的再生能量最后通過移相變壓器回饋到電網,裝置充分利用了移相變壓器對諧波的抵消作用,對電網無諧波污染、功率因數高、控制簡單、損耗小,返回到電網諧波小于5%。
提升機配用變頻器,直流制動功能對系統(tǒng)的安全運行起重要作用。當重車在井筒中間停車時,變頻器由高速平滑地降到低速,隨之施加一直流制動信號使絞車停止,當機械制動起作用后方可去掉直流制動信號,使重車靠機械抱閘的作用停在中間。啟動時,先對電機施加一直流制動信號,當檢測到機械抱閘打開時,方可去掉直流制動信號,加上啟動電壓,絞車轉動。機械抱閘抱緊狀態(tài)一直在變頻器檢測下,一旦機械抱閘打開,馬上給電機施加直流制動信號,確保重車不可能下滑,要絕對避免“溜勾”現象。
(2)低壓電源
雙回路進線,手動切換。給出提升機電控設備所需低壓電源,包括提升機輔助設備(液壓站、潤滑站、主電機冷卻風機)電源;UPS電源、交流穩(wěn)壓電源等;并且提供備用電源。
(3)可編程控制器(PLC)
主要裝有一套主控S7-300系列PLC及一套電子監(jiān)控器S7-300系列PLC。
主控PLC及電子監(jiān)控器PLC由CPU模板、電源模板、數字量輸入輸出模板、模擬量輸入輸出模板等硬件組成。
主控PLC主要完成以下功能:
1提升機自動、半自動、手動、檢修等運行方式控制。
手動:當信號系統(tǒng)發(fā)出允許開車指令并具備開車條件后,司機可操作指令手柄和制動手柄進行手動開車,使提升機在選定的速度范圍內,以任意速度運行、自動減速、自動停車。
半自動:有了開車指令并具備開車條件后,司機操作按鈕開車,提升機按照自動選定的方向和速度,自動加速,自動減速,自動停車。
自動:信號系統(tǒng)發(fā)出允許開車指令并具備開車條件后,提升機按照自動選定的方向和速度,自動加速,自動減速,自動停車,如此循環(huán)。這種方式司機只進行監(jiān)控,不需參與操作。
檢修:手動操作,不受系統(tǒng)選定方向限制,用于檢修鋼絲繩和井筒裝備。運行速度限定在0-1m/s之間。
2各種邏輯控制與聯(lián)鎖。
3故障監(jiān)控與安全保護。
4軟件安全回路(與繼電器冗余)。
5實現測速元件之間的相互監(jiān)視。
6輸出深度顯示信號(數碼管精指示和發(fā)光二級管粗指示)。
7控制工作閘與安全閘。
8同步校正。
9與上位監(jiān)視計算機通訊。
系統(tǒng)中緊急停車方式有三種:
1立即安全制動。
2先電氣制動后安全制動。
3完成本次提升后,不允許再次開車。
電子監(jiān)控器PLC采用獨立的一套軸編碼器作為位置信號,主要完成以下功能:
1位置控制(以位置為自變量給出“S”速度給定信號)。
2給出全程速度設定包絡線,進行速度監(jiān)控(全行程位置—速度包絡線監(jiān)控)。
3與主控PLC的位置信號進行比較,兩者相差一定值時,立即安全制動。
4形成軟件安全回路。
5產生減速點等位置信號。
6在主控PLC故障時完成有關提升控制。
7同步校正。
接口繼電器、硬件保護板件、安全回路控制電器,故障檢測及報警器件等。
主要功能有:
控制電路和保護電路。
實現控制信號與故障信號的隔離與轉換。
形成硬件安全電路并與軟件安全電路相互冗余與聯(lián)鎖。
控制工作閘、安全閘。
簡易開車。
(4)上位監(jiān)視計算機
研華工控機,21寸三星液晶彩色顯示器一臺,彩色打印機一臺。
1具有與PLC通訊。
2監(jiān)控軟件實現:
提升系統(tǒng)動靜態(tài)畫面生成(如提升過程動態(tài),顯示速度動態(tài)曲線(給定與實際),電樞電流動態(tài)曲線,提升容器位置動態(tài)顯示、可調閘電流、制動力矩的動態(tài)顯示等)。
具有對提升機系統(tǒng)發(fā)生的輕重故障進行首次故障診斷和保存,保存時間達10天以上。實現了綜合后備保護功能;能顯示及打印故障發(fā)生的位置、時間、原因以及故障前的有關數據參數,對深度、速度實時值、提升種類、信號情況進行實時顯示并記錄,相當于飛機上的“黑匣子”功能。
生成各類報表、歷史記錄并隨時打印。所有輸出均為中文。
主要畫面有:
a)
系統(tǒng)全貌及介紹
b)
高壓系統(tǒng)圖
c)
低壓供電系統(tǒng)圖
d)
傳動系統(tǒng)圖
e)
液壓系統(tǒng)圖
f)
深度與信號監(jiān)視
g)
安全回路圖
h)
動態(tài)速度圖及力圖(至少保留三幅最新畫面)
i)
生產報表,顯示并打印當日、當月、全年的提升量。
j)
故障自診斷、故障信息及事件記錄(列表及打印輸出)
(5)編碼器1套
1兩臺軸編碼器信號一路進入主控PLC,一路進入輔控PLC,作為兩路完全獨立的數字行程監(jiān)控器的位置信號,通過網絡通訊,兩路數字監(jiān)控器相互比較、冗余控制,實現速度的包絡線保護、鋼繩松動、位置閉環(huán)控制,確保數字監(jiān)控器的準確、可靠、安全。
2主軸傳動裝置上的測速機用于速度保護,與數字監(jiān)控器的速度進行比較監(jiān)視進一步確保數字監(jiān)控器的可靠性。
3傳動系統(tǒng)的速度反饋采用編碼器、測速機雙線制反饋方式。
4數字監(jiān)控器的位置信號參與系統(tǒng)的位置閉環(huán)控制,并在操作臺上及上位計算機上進行深度及速度顯示。
5數字監(jiān)控器的位置誤差由裝于井筒中的磁性開關進行雙碼同步校正,確??刂萍帮@示精度達到1cm以內。
(6)井筒開關
1機械限位開關用于過卷、停車點。
2磁性開關用于減速點、同步校正、停車。
(7)司機操作臺
輔控PLC除了具備電子數字監(jiān)控器的功能外,操縱臺上需要從PLC輸入、輸出口進行接線的,均從輔控PLC就近接線,輔控PLC安裝在操作臺臺體內,并與主控PLC進行網絡通訊,各種信號線通過通訊電纜完成,實現網絡化控制。操作臺上裝有指示燈、儀表、選擇開關、按鈕、聲響設備、數字深度指示器等,能實現提升機運行的各種控制工藝的要求。
輔控PLC由主機架、電源板、CPU板、通訊板、高速計數板、模擬量I/O板、數字量I/O板等模板組成。有獨立的安全保護環(huán)節(jié),與主控PLC互相監(jiān)視,協(xié)同工作。
儀表主要顯示的內容:罐位數字深度指示器及柱式模擬深度指示、制動油壓、可調閘電流、高壓電源電壓等。
1組合指示燈的內容包括:提升機運行狀態(tài)指示、信號指示和安全狀態(tài)指示兩大類。
2選擇開關及按鈕包括:運行方式選擇開關、過卷復位開關、自鎖式緊急制動按鈕、半自動開車按鈕、實驗按鈕(或開關)等。
3重要的操作信號和成組的報警信號均在操作臺上的信號板顯示出來,保證在沒有圖形顯示系統(tǒng)的情況下,仍然可以操作。
四、安全保護
1)安全保護分為三類:
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第一類,嚴重故障,立即斷開安全回路實施安全制動;第二類,較嚴重故障,先減速到1m/s后實施安全制動,但如果發(fā)生第一類故障立即實施安全制動;第三類為輕故障,允許一次開車,本次運行結束后不維修好不能再次開車;
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第一類嚴重故障包括:等速過速、限速過速、包絡線超速、爬行段超速、高低壓電源故障、過流、變頻器故障、錯向、PLC故障、過卷、急停操作、網絡通訊故障、搖臺(或閘門、安全門)在運行中落下或打開、2只測速元件同時損壞、井筒開關失靈、主回路失壓、速度比較錯誤、殘壓高等等;
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第二類重故障包括:機械深度指示器失效、鋼繩滑動保護、編碼器位置偏差過大、制動油路故障(油壓過高、堵塞)、閘瓦磨損、主回路過壓或欠壓等等;
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第三類輕故障:1只測速元件損壞、潤滑溫度高、潤滑油壓高/低、彈簧疲勞、閘盤偏擺等等。
2)系統(tǒng)具備的安全保護
1等速過速:在全速段運行時,出現電機失控,絞車速度超過全速時的115%時安全回路動作;
2低速過速:在減速段運行時,絞車未能按照設計要求減速,并超過給定速度10%時安全回路動作;
3過卷保護:當罐籠超過停車點0.5米時安全回路動作;
4松繩保護:在出現罐籠卡滯或其它因素造成鋼絲繩松弛下墜時安全回路動作;
5深指失效:亦即斷軸保護,當機械深度指示器機械傳動機構出現斷裂、卡滯故障不能正確指示罐籠實際位置時安全回路動作;
6閘瓦磨損:當盤形制動器因長期運行磨損嚴重,危害到絞車制動安全時安全回路動作;
7彈簧疲勞:當盤形制動器因長期處于較高油壓壓制,反復伸縮造成彈簧疲勞,彈簧彈力不足,危害到絞車制動安全時安全回路動作;
8滿倉保護:該保護適用于有稱量裝置的箕斗提升設備,當裝在物超出設計最大承載量時安全回路動作;
9欠電壓、過負荷:當主回路電壓過低或負載過重產生大電流,對電機產生危害時安全回路動作;
10手柄錯向:當選定絞車運行方向與司機操作方向不一致時安全回路動作;
11反轉錯向:當負荷過重造成絞車轉動方向與控制轉動方向相反時安全回路動作;
12溜車保護:當拖動電機未上電,而出現絞車松閘自由滑行時安全回路動作;
13定點過速:當罐籠運行之井口時,其出井口速度大于2m/S時安全回路動作;
14通訊故障:當雙主機PLC通訊出現故障,不能正確交換數據時安全回路動作;
15液壓站過壓:當液壓站壓力失控,造成壓力過大對系統(tǒng)產生不良影響時安全回路動作;
16測速故障:測速機與軸編碼器相互監(jiān)視,當這兩種測速元件有一種出現故障時安全回路動作;
17離心開關保護:作為等速超速的機械機構保護,當離心開關因轉速過高而動作時安全回路動作;
五、上位機組態(tài)設計
(1)上位機的主要功能
對提升機的運行狀態(tài)實現多畫面實時監(jiān)控,對狀態(tài)、故障做到準確顯示和實時報警,具備齊全的人機對話及記錄顯示功能,畫面上能直觀了解到提升機運行的實時工況,發(fā)生故障時能自動彈出故障界面,并引起司機注意。具有歷史記憶和故障記錄功能。所有報警和操作信號,能在顯示器顯示。實現提升全過程的位置、速度監(jiān)控。
(2)上位機有如下顯示功能
①
提升速度數字顯示,
②
容器位置數字顯示;
③
液壓站油壓顯示;
④
提升勾數顯示;
⑤
提升方向顯示;
⑥
安全回路狀態(tài)顯示;
⑦
檢修畫面顯示;
⑧
提升容器位置柱狀圖顯示;
⑨
提升速度實時曲線圖、速度保護包絡曲線圖顯示;
10歷史故障查詢顯示;
11
操作方式顯示。
圖2高壓提升機系統(tǒng)改造主回路接線圖
另外,為了保證安全,變頻器高壓聯(lián)跳信號和上一級的高壓斷路器也實現互鎖,變頻器高壓連跳串入上一級高壓斷路器的脫扣線圈,變頻器出現故障時,上一級的高壓斷路器斷開,實現高壓故障連跳功能。
(1)系統(tǒng)結構
其系統(tǒng)結構見圖3,由移相變壓器、功率單元和控制器組成。具有30個功率單元,每10個功率單元串聯(lián)構成一相,圖3中給出了系統(tǒng)結構示例。
圖3高壓變頻調速系統(tǒng)結構圖
(2)功率單元電路
每個功率單元結構上完全一致,可以互換。其主電路結構為圖4。三相電通過整流橋進行三相全橋方式整流,整流后給儲能電容充電,確定母線電壓。通過對逆變塊B中的IGBT逆變橋進行正弦PWM控制實現單相逆變。當電機進入發(fā)電狀態(tài)后,逆變塊B中的二極管完成續(xù)流外,又起全波整流作用,使能量能夠轉移到濾波電容中,結果母線電壓升高,達到一定程度后,啟動逆變塊A,進行SPWM逆變,通過輸入電感,返回到移相變壓器的次極,通過變壓器將能量回饋到電網。
(3)系統(tǒng)具有如下畫面
1系統(tǒng)主畫面
2安全回路畫面
3狀態(tài)指示畫面
4報警畫面
5參數設定畫面
6故障記錄畫面
7速度曲線畫面
8時鐘校準畫面
9歷史故障查詢畫面
六、新系統(tǒng)與原系統(tǒng)的經濟技術比較
1)技術性能
變頻調速屬無級調速,閉環(huán)控制,調速范圍大,調速精度高,爬行速度易控制,重物下放操作時易操作,安全性能好,對提升機等相關機械設備在運行和停止過程中沖擊比較小。電阻調速屬有級調速,開環(huán)控制,調速精度低,爬行速度不易控制。重物下放操作時,需動力制動與轉子電阻配合操作,全憑司機的經驗和感覺,很難準確控制,安全性能差對提升機等相關機械設備在運行和停止過程中沖擊比較大。
2)間接效果
(1)變頻系統(tǒng)無需原電控調速用的交流接觸器及調速電阻,提高了系統(tǒng)的可靠性,改善了操作人員的工作環(huán)境,使噪音及室溫降低。
(2)調速連續(xù)方便,連續(xù)平滑調節(jié)。
(3)實現了低頻低壓地軟起動和軟停止,使運行更加平穩(wěn),機械沖擊小。
(4)啟動及加速過程沖擊電流小,加速過程中最大電流不超過1.3倍的額定電流,提升機在重載下從低速平穩(wěn)無級平滑的升至最高速,沒有大電流出現,減小了對電網的沖擊。
(5)采用回饋制動技術,成功解決了位能負載在快速減速或急停時的再生發(fā)電能量處理問題,保證了變頻器的安全運行。
(6)采用變頻控制后,可采用原繞線式電機,不需要作任何改動。
3)節(jié)電性能
串電阻調速裝置在減速和重物下放時需投入動力制動,消耗外加直流電源功率,并將電動機的再生能量消耗在轉子電阻上。而四象限變頻調速裝置在減速和重物下放操作時,能自動地將電動機的再生能量反饋至供電電網,實現再生反饋制動,節(jié)電效果明顯。采用變頻調速裝置較串電阻調速裝置省電35%以上。
網側變流器實行PID控制,對網側交流電流的大小和相位進行實時檢測并控制,使輸入電流與電源電壓保持同相位,使系統(tǒng)的功率因數總接近等于1,功率因數COSФ>0.95。這樣就提高了功率因數,減少了無功消耗,此項可節(jié)約電能15%左右。
4)絞車保護
變頻調速裝置本身具有過壓、欠壓、過流、過負荷、缺相、超溫等保護,同時可選配數字式深度監(jiān)視器,可實現絞車過卷、過速、減速、限速等重要保護的雙線制保護功能,滿足安全規(guī)程要求。
轉子串電阻調速裝置,無電動機過負荷、缺相、超溫保護,無限速、自動減速功能,對過卷和超速只有單一保護功能。
轉子串電阻調速裝置內的鼓形控制器、正反向接觸器通過電流大,又頻繁動作,觸點易燒損;電阻發(fā)熱量大、接頭多、易氧化或接觸不良而發(fā)熱,所以維護量極大。
變頻調速裝置采用無觸點控制,電機的正轉、反轉采用計算機控制,加上變頻調速裝置的功率器件及控制計算機模件均采用進口產品,產品質量優(yōu)良可靠,維護量極低。
5)維護方面
變頻調速裝置+PLC及上位機控制,技術先進、制造工藝嚴格,屬于邏輯控制,動作接點很少,基本屬于免維護產品。
TKD系統(tǒng)主要靠繼電器和接觸器來操作提升機的運行,動作接點多,邏輯過程比較繁瑣,很容易產生故障點,維護比較麻煩。
七、結束語
通過理論測,提升機在使用變頻調速后,節(jié)電率在30-40%左右,且控制質量大為提高,實現無級調速。同時由于電動機不再需要頻繁地起動和停止,不必再由繼電器、接觸器進行控制,使整個系統(tǒng)的壽命大為延長。實現軟停和軟起,消除了電動機硬起動過程中對電網的沖擊。另外操作簡便,省時省力。
礦用絞車繞線電機改用變頻調速方式后,系統(tǒng)具有一定的節(jié)電效果,更重要的是具有柔性化控制,使系統(tǒng)的性能大大提高和機械部份壽命延長的同時使提升機獲得平穩(wěn)、安全、可靠的運行狀態(tài)。參考文獻
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[8]曾毅等著,《變頻調速控制系統(tǒng)的設計與維護》,山東科學技術出版社,19993.2關注機電設備維修的具體工作要根據設備的結構、性能和特點從制定出日檢內容、要求和注意事項,對機電設備的檢查可分為日檢和定期檢查。檢查方法可分為感覺、經驗性檢查和用儀器等科學手段進行檢測,機電設備大修、中修、小修要根據機電設備的具體情況分步驟進行。
4控制機電設備故障的預防措施
4.1加強職工安全技術培訓,提高職工安全技術素質。對各類機電操作人員上崗前要經過技術培訓,考試(包括現場操作)合格,頒發(fā)合格證,人人持證上崗,按章操作,嚴禁無證上崗。要做到“三懂”“四會”,即:懂設備原理,設備構造,設備性能;會使用,會維修保養(yǎng),會檢查,會排除故障。使用設備切忌超負荷運轉。工作環(huán)境要清潔衛(wèi)生,溫度、濕度合適,有適當場地和空間。特別對采、掘工作面流動設備認真落實包機責任制。
4.2加強設備的日常維修保養(yǎng),確保設備的正常運轉。安裝設備必須按照技術說明書(或規(guī)程)規(guī)定的程序、方法和要求進行,安裝的全過程所有數據都要有詳細的記錄,安裝完畢要嚴格驗收,驗收合格后方能移交使用。機電設備維修人員要樹立強烈的事業(yè)心、責任感,做到眼勤、嘴勤、手勤,即:勤觀察、勤說話、勤維修,發(fā)現問題,及時處理解決。同時,必須對設備進行經常性的維護保養(yǎng)。實行日常與定期維護保養(yǎng)相結合,對設備進行徹底的清洗、注油、干燥、防銹等技術處理,掌握設備的運行狀況和磨損程度,針對發(fā)現的問題及時采取措施。對大型固定設備,執(zhí)行班、日、周(旬)、月檢查制度;對采、掘、開拓等移動設備,執(zhí)行兩班生產,一班檢修。綜采工作面要實行班、日、旬檢查制,并堅持三班生產、一班檢修、班班維護制度。
4.3對各類機電事故認真分析,使職工受到教育。對于發(fā)生的機電事故,無論時間長短、性質輕重、責任大小,都要認真組織技術人員和當事人按照“事故責任倒查法”詳細分析事故原因和找出責任者,嚴格考核,獎罰兌現。對于事故當事人要進行思想教育,使其心服口服,吸取教訓受到教育,制定并落實切實可行的防范措施,杜絕類似的事故發(fā)生。
4.4保證必要的設備資金投入,以較為先進和節(jié)電節(jié)能新型現代化機械設備來代替原來的陳舊設備。組織技術人員對設備進行改造,降低環(huán)境噪聲污染和耗電較多的設備,來提高設備的性能和效率。利用集體學習和自主學習等方式提高全員綜合素質,利用經濟獎勵和績效考核機制帶動職工的學習積極性,利用技術比武、師帶徒、星級評定等措施檢驗學習成效,為機電設備事故率的降低和企業(yè)“以人為本、安全發(fā)展”的目標實現奠定堅實的基礎。
5結語
總之,隨著我國大型煤炭基地的建設和老礦區(qū)的技術改造,如今的煤礦生產告別了過去粗放型和勞動力密集型的生產方式,大型的機電液一體化裝備大量的應用于煤礦生產的各個環(huán)節(jié),改變傳統(tǒng)單一簡單的設備維修管理模式,將先進的維修思想和技術應用到設備維護中,可以將設備的故障率和額外折舊率及設備維修成本降至最低,而將整個生命周期中設備的可用性和可靠性增至最高。
參考文獻
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[2]北京開采研究所.地下開采現代技術理論與實踐新進展[M].北:煤炭工業(yè)出版社.2007.議礦山機電設備的檢修及技術改造2011-04-0207:45:00作者:admin來源:瀏覽次數:10網友評論0條
摘要:隨著煤礦機電設備的應用技術不斷提高,對煤礦企業(yè)對設備的維修與改造技術也提出了更高的要求。所以做好__煤礦設備管理工作的前提就是對機電設備的維修與技術改造,總之,煤礦企業(yè)要想在競爭力巨大的市場上站穩(wěn)腳,就要加強對于煤礦機電設備的檢修與技術改造。
關鍵詞:機電設備,檢修,技術改造
1加強煤礦機電設備技術的基礎工作
1.1建立健全煤礦機電設備管理制度
在煤礦企業(yè)生產過程中,機電設備關系到礦井的每一個方面,而且對機電設備的管理工作量也很大,所以在煤炭企業(yè)要建立一套健全的機電管理制度。這樣對于機電設備的檢查人員來說,就可以做到有章可循、有法可依,能夠保證煤礦生產安全有序的進行。
1.2建立完善煤礦機電管理機構
煤礦企業(yè)中要建立完善的設備管理體系,主要是分層管理,各負其責,相互協(xié)調,共同完成對煤礦機電的管理工作,所有設備管理人員都要嚴格按照設備管理制度和工作要求,隨時對設備的使用,維修情況及設備的技術狀況進行檢查,確保設備正常運轉。
1.3加強煤礦機電設備的監(jiān)管力度
加強煤礦機電設備的監(jiān)管力度主要是為了調動個生產單位和基層管理人員的積極性,從而保證設備的完好率、待修率、事故率,達到有關規(guī)定的目標,主要是通過將各項技術指標分配到各個生產單位和基層單位,實行評比制度。為保證各項制度的落實,各單位要設置專職設備管理人員,他們主要是對井下設備進行管理,實行分片管理制度和分級管理制度,上級領導隨機對井下設備進行檢查,若發(fā)現機電設備存在故障或者安全隱患,但專職管理員沒有發(fā)現,這樣就對專職管理員進行處罰,并責令整改。若專職管理人員發(fā)現了問題,并向上級匯報了相關問題,但管理部門沒有及時處理解決,則對相關領導部門進行處罰并責令整改,這樣使大家從中吸取教訓,可以使得事故發(fā)生率降到最低。
2逐步的完善安全管理系統(tǒng)
2.1采用統(tǒng)籌兼顧的方法抓住重點
煤礦機電設備的安全運行,在煤礦的井下生產的特殊環(huán)境中,對安全管理系統(tǒng)有很高的要求。因為煤礦中存在著提升、運輸、通風、排水、供電和壓氣等系統(tǒng)。為了能夠使得煤礦安全生產,我們要針對礦井的一些薄弱環(huán)節(jié)采取相應的措施,建立一套完整的設備檢測系統(tǒng)和安全制度,比如安全責任制。
2.2加強安全意識
加強安全意識,主要要做好兩方面的工作:第一方面,整治、培訓安全檢查員的安全意識。由于
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