1、 主運(yùn)膠帶運(yùn)輸機(jī)高壓變頻調(diào)速及控制保護(hù)系統(tǒng)ffj 技術(shù)方案 唐山開誠(chéng)電控設(shè)備集團(tuán) 2021.4一、工程概況淮南集團(tuán)潘一東礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力*Mt/a，屬高瓦斯礦井，有煤塵爆炸危險(xiǎn)。根據(jù)礦井初步設(shè)計(jì)要求，對(duì)井下主運(yùn)皮帶實(shí)現(xiàn)變頻自動(dòng)調(diào)速及自動(dòng)控制，使原煤運(yùn)輸系統(tǒng)更加平安可靠，保證運(yùn)輸暢通，提高運(yùn)煤能力，降低事故率，減少故障處理時(shí)間，為礦井生產(chǎn)減少運(yùn)行費(fèi)用，提高運(yùn)行效率，到達(dá)管控一體化,為實(shí)現(xiàn)數(shù)字化現(xiàn)代礦井打下良好的根底。主運(yùn)膠帶主要參數(shù)：1、運(yùn)輸量：*t/h；2、機(jī)長(zhǎng)：L2400m/臺(tái)；3、帶寬：B1400mm；4、帶速：V*m/s；5、電動(dòng)機(jī)：型號(hào)： ；功率：1120 KW；電壓：6000V.6、

2、采用液壓自動(dòng)張緊裝置。7、皮帶機(jī)尾放煤方式及放煤點(diǎn)分布情況：二、工程概述1、工程實(shí)施目標(biāo)該工程的實(shí)施是為了實(shí)現(xiàn)在生產(chǎn)過程中主運(yùn)系統(tǒng)的變頻起動(dòng)、自動(dòng)調(diào)速、集中監(jiān)測(cè)與控制。2、系統(tǒng)概述（1） 系統(tǒng)高壓供電為10KV,采用兩臺(tái)10KV/3800KVA變壓器向6KV高壓變頻供電。2變頻器采用ROCKWELL公司的PF7000高壓變頻裝置，2臺(tái)變頻器安裝在地面，采用一拖二方式通過輸出電纜連接井下電機(jī)，主控系統(tǒng)安裝在井下，通過光纜連接地面控制系統(tǒng)，控制變頻器運(yùn)行及調(diào)速。3系統(tǒng)以ROCKWELL公司 ControlLogix作為主控制器，在地面機(jī)房設(shè)置一臺(tái)ControlLogix主站與2臺(tái)變頻器組成Cont

3、rolNET總線網(wǎng)絡(luò)，井下皮帶機(jī)頭設(shè)置一臺(tái)ControlLogix控制器，作為整套帶式輸送機(jī)電控系統(tǒng)的主控制器，在皮帶的2個(gè)放煤點(diǎn)處設(shè)置2臺(tái)遠(yuǎn)程I/O分站，用來(lái)采集現(xiàn)場(chǎng)電子皮帶秤的實(shí)時(shí)煤量。地面控制器和井下控制器間用以太網(wǎng)光纖連接。4根據(jù)實(shí)時(shí)煤量進(jìn)行調(diào)速的控制由井下PLC系統(tǒng)完成。（5） 兩臺(tái)變頻器的功率平衡控制由地面PLC系統(tǒng)完成。6系統(tǒng)具有防潮、抗干擾能力強(qiáng)，現(xiàn)場(chǎng)易編程、易擴(kuò)展，根本免維護(hù)，并能夠?qū)崿F(xiàn)軟件控制化，自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)故障等功能。7系統(tǒng)的控制核心為安裝在煤礦井下皮帶機(jī)頭的礦用隔爆兼本安型可編程控制器PLC，隔爆液晶屏，本安操作臺(tái)和集控軟件局部組成。主站與分站之間通過光纖總線方式連接組

4、成控制網(wǎng)絡(luò)，分站之間即相對(duì)獨(dú)立，又互相聯(lián)接，組成一套靈活的控制系統(tǒng)，從而完成整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)及生產(chǎn)系統(tǒng)的控制要求，并可與礦井監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)。8本系統(tǒng)具有檢測(cè)控制打滑、堆料、超溫、煙霧、縱撕、灑水、速度、跑偏、煤位等保護(hù)功能。9本系統(tǒng)具有有煤量自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，通過電子皮帶稱重裝置進(jìn)行煤量的測(cè)量與累積計(jì)算，從而可以得出帶式輸送機(jī)上的實(shí)時(shí)煤量，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，依據(jù)煤量大小進(jìn)行調(diào)速。從而到達(dá)節(jié)能的目的。三、 系統(tǒng)組成及特點(diǎn)（一） 變頻器拖動(dòng)系統(tǒng)1、AB PF7000變頻器 2臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)性能及特點(diǎn)如下：1額定電壓6000V，額定功率2800KW，滿足拖動(dòng)2臺(tái)1120KW帶式輸送機(jī)電機(jī)，過載能力1.5倍1分鐘。2效率：

5、 98%； 318脈沖整流器可對(duì)17次以下的高次諧波進(jìn)行有效的抑制，總體諧波畸變THD小于5%，不需諧波分析及加低通濾波環(huán)節(jié)，直接滿足IEEE519-1992諧波抑制標(biāo)準(zhǔn)，用戶不必?fù)?dān)憂因使用變頻造成對(duì)電網(wǎng)環(huán)境和穩(wěn)定性的破壞。4在整個(gè)調(diào)速和負(fù)載范圍直接輸出近似正弦的電壓和電流波形PWM電流型變頻器輸出無(wú)dv/dt及di/dt產(chǎn)生, 無(wú)需另加馬達(dá)濾波器，可直接拖帶普通舊電機(jī)。電機(jī)無(wú)額外溫升，不必降容使用。變頻器到電機(jī)之間的電纜長(zhǎng)度可達(dá)15公里，電纜為普通高壓電纜, 不需鎧裝屏蔽。56500V 800A/1500A SGCT-對(duì)稱門極換流晶閘管?；诠璨牧系腟GCT開關(guān)器件在大電流高電壓轉(zhuǎn)換器應(yīng)用時(shí)

6、，故障率遠(yuǎn)比IGBT低。6專利 PowerCage 整流逆變機(jī)架。輕松設(shè)備維護(hù)，快速器件更換。6KV6KV6KV6KV6KV6KV10KV7利用6500V的高壓功率器件直接架構(gòu)6KV的變頻器：18只SCR組成6KV的整流器，18只SGCT組成6KV的逆變器，變頻器輸出應(yīng)直接為6kV，無(wú)需外置/內(nèi)置升壓變壓器或馬達(dá)濾波器等類似變壓環(huán)節(jié)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，潛在故障點(diǎn)最少化。設(shè)備可靠性高8電流源逆變器固有強(qiáng)壯的電流保護(hù)特性，無(wú)需熔斷保護(hù)電路，不但降低了系統(tǒng)復(fù)雜程度，而且免除了輸出側(cè)短路造成器件損害的可能。9位于低壓盤面上的操作員終端。中/英文彩屏顯示。具備“設(shè)置向?qū)Чδ?。操作員終端上對(duì)輸出電流，電壓，速

7、度，負(fù)載的棒形數(shù)顯表。10標(biāo)準(zhǔn)操作開關(guān)組合包括：?jiǎn)?dòng)，停止，緊急停車按鈕；本地/遠(yuǎn)方選擇開關(guān)；調(diào)速旋鈕。11集成單鐵芯式直流電抗器。12整流及逆變觸發(fā)信號(hào)采用光纖隔離。13使用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP) 和現(xiàn)場(chǎng)可組態(tài)門排列控制器(FPGA)的全數(shù)字控制，無(wú)傳感器矢量控制，可選帶測(cè)速反應(yīng)的全矢量控制。14對(duì)外I/O接口板上16個(gè)可組態(tài)數(shù)字輸入，16個(gè)可組態(tài)數(shù)字輸出。15帶模擬信號(hào)過濾；共模干擾抑制；電壓/電流反應(yīng)；測(cè)速反應(yīng)和測(cè)試點(diǎn)的信號(hào)處理板。16盤面編程可通過筆記本更新軟件版本。17包括低壓觸發(fā)檢測(cè)的4個(gè)測(cè)試模式。18具備電機(jī)自動(dòng)整定方式。19金屬氧化抑制器輸入保護(hù)、過載保護(hù)。20電流型高壓變頻

8、器固有能量回饋能力，可將降速工況(發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài))下負(fù)載反應(yīng)回的能量回送電網(wǎng), 利用再生制動(dòng)快速降低電機(jī)轉(zhuǎn)速。電流型變頻器具有電流內(nèi)環(huán)，可利用強(qiáng)大的電流控制能力快速增加電機(jī)轉(zhuǎn)速，特別適用需頻繁快速調(diào)節(jié)的大慣性負(fù)載的控制。21脈寬調(diào)制(PWM)/選擇諧波抑制(SHE)調(diào)制技術(shù)224200寬*2700高*1000柜深規(guī) 范單位參 數(shù)備注1使用標(biāo)準(zhǔn)CSA, UL, IEC, IEEE, NEMA, ANSI 2型式及型號(hào)6KV直高 3供貨商及產(chǎn)地Rockwell 4安裝地點(diǎn)室內(nèi)與變壓器同室5技術(shù)方案CSI-PWM6對(duì)電動(dòng)機(jī)要求無(wú)7是否需要輸出濾波器否8變頻器輸入側(cè)有無(wú)熔斷器無(wú)9額定輸入電壓/允許變化

9、范圍kV+/- 10%10系統(tǒng)輸入電壓kV1011系統(tǒng)輸出電壓kV612逆變側(cè)最高輸出電壓kV613變頻器控制電源電壓VAC380V14變頻器額定輸出電流A32515額定輸入頻率/允許變化范圍50Hz, +/- 10%16對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)的敏感性+10% 至 -30%17變頻器額定效率98%18輸入側(cè)滿載額定功率因數(shù)0.9619輸入電壓失真THD4%20輸入電流失真THD奇數(shù)/偶次諧波含量滿足GBT1454921輸出電壓失真THD4%22輸出電流失真THD奇數(shù)/偶次諧波含量滿足GBT1454923可靠性指標(biāo)(平均無(wú)故障工作時(shí)間)H100,00024控制方式直接矢量控制25整流形式及元件參數(shù)18P

10、, SCR, 6.5KV26逆變形式及元件參數(shù)PWM, SGCT 6.5KV800A27傳動(dòng)象限428電隔離局部是否光纖電纜是29冷卻方式風(fēng)冷30過載能力110%,1 分鐘31標(biāo)準(zhǔn)控制連接離散量:干節(jié)點(diǎn) 模擬量:4-20mA32模擬量信號(hào)(輸入)規(guī)格及數(shù)量個(gè)4-20mA, 133模擬量信號(hào)(輸出)規(guī)格及數(shù)量個(gè)4-20mA, 234開關(guān)量信號(hào)(輸入)規(guī)格及數(shù)量個(gè)1635開關(guān)量信號(hào)(輸出)規(guī)格及數(shù)量個(gè)1636防護(hù)等級(jí)IP2137操作鍵盤屏幕操作員終端38變頻裝置外形尺寸mm4200 * 2700 * 100039變頻裝置重量Kg408640盤前維護(hù)或盤后維護(hù)盤前41是否需要輸入濾波器否42是否提供

11、輸出濾波器否43變頻器環(huán)境工作溫度44變頻器發(fā)熱量45變頻器輸出頻率范圍HZ07546斜波上升/下降時(shí)間可調(diào)47通訊方式Profibus DP 協(xié)議及其他48對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)的敏感性65% 壓降不跳閘49排風(fēng)管道預(yù)留接口2、干式變壓器 2臺(tái)1額定電壓10000V，額定容量3800KVA。 2F 絕緣等級(jí)，實(shí)際溫升小于90K，AN冷卻。3額外風(fēng)機(jī)冷卻, 提高過載能力120%4變壓器沖擊電壓等級(jí)為 60 kV 5可承受整流器諧波引起的溫升5%-8% 阻抗6相對(duì)地及中性點(diǎn)對(duì)地完全隔離72700寬*2700高*1530柜深（二） PLC控制系統(tǒng)局部1、地面控制系統(tǒng)包含地面控制柜1臺(tái)1采用ROCKWELL

12、公司的ControlLogix作為主控制器，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性好，可靠性高，數(shù)據(jù)處理速度快。2地面控制系統(tǒng)和井下控制器間用以太網(wǎng)光纖連接。地面控制柜作為井下控制系統(tǒng)向兩臺(tái)變頻器發(fā)送和反應(yīng)信息的媒介。3地面PLC柜內(nèi)置功率平衡控制單元ROCKWELL提供，完成兩臺(tái)變頻器的功率平衡控制。4具備就地/遠(yuǎn)控功能。2、井下控制系統(tǒng)包含隔爆PLC控制箱、本安控制顯示臺(tái)、隔爆液晶顯示屏1采用ROCKWELL公司的ControlLogix作為主控制器，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性好，可靠性高，數(shù)據(jù)處理速度快。與地面系統(tǒng)共同形成全分布式控制結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)具有較高的平安性。當(dāng)?shù)孛婢植砍霈F(xiàn)控制故障時(shí)，井下局部仍可實(shí)現(xiàn)集控運(yùn)行；2地面控制系統(tǒng)

13、和井下控制器間用以太網(wǎng)光纖連接。通訊網(wǎng)絡(luò)速度快，距離遠(yuǎn)，可靠性高。通過交換機(jī)與全礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)連接。3自動(dòng)調(diào)速功能：該系統(tǒng)包含可靠的電子皮帶稱重裝置，自動(dòng)調(diào)速的依據(jù)以電子皮帶稱重裝置的重量累計(jì)數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，將電子皮帶稱的重量累計(jì)數(shù)據(jù)分成假設(shè)干檔位，每個(gè)檔位對(duì)應(yīng)著不同的運(yùn)行速度，空載時(shí)對(duì)應(yīng)最低運(yùn)行速度，滿載時(shí)對(duì)應(yīng)額定運(yùn)行速度，從而實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)皮帶運(yùn)行速度，當(dāng)煤量大的時(shí)候快速運(yùn)行，當(dāng)煤量小的時(shí)候調(diào)慢皮帶的速度。同時(shí)減少皮帶空運(yùn)的速度。減少停機(jī)時(shí)間。這種運(yùn)行方式既可大大降低系統(tǒng)的機(jī)械損耗，又可充分節(jié)約電能。 4人機(jī)界面 (HMI) 直觀：可漢字顯示各故障信息并報(bào)警以及保存的報(bào)警記錄。當(dāng)運(yùn)行的皮帶出現(xiàn)保護(hù)

14、、高壓開關(guān)故障、打滑超速、電流不正常時(shí)自動(dòng)停止運(yùn)行，并能確切的顯示故障位置和類型且有聲光報(bào)警。5診斷功能 ：CPU的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯(cuò)誤和特殊系統(tǒng)事件，例如：超時(shí)，模塊更換等等。 6平安的操作方式選擇開關(guān)：操作方式選擇開關(guān)像鑰匙一樣可以拔出，當(dāng)鑰匙拔出時(shí)，就不能改變操作方式。這樣就能防止誤操作。 7遠(yuǎn)程和現(xiàn)場(chǎng)都編程: 用戶在地面調(diào)度室和井下現(xiàn)場(chǎng)都可通過筆記本對(duì)程序或參數(shù)進(jìn)行修改。8皮帶的故障語(yǔ)言報(bào)警功能，所有的故障報(bào)警都能通過語(yǔ)音的方式報(bào)告。9隔爆PLC控制箱采用快開門防爆結(jié)構(gòu)，非常便于設(shè)備的檢修，隔爆兼本安型，有多種網(wǎng)絡(luò)接口，包括以太網(wǎng)，CAN總線等。信號(hào)通過

15、隔離柵進(jìn)行本安處理。輸出信號(hào)通過繼電器隔離。模擬量信號(hào)通過信號(hào)隔離器進(jìn)行隔離。其他元器件采用進(jìn)口施耐德產(chǎn)品。端子采用魏德米勒產(chǎn)品，設(shè)備的平安性、可靠性、穩(wěn)定性極高。10本安控制顯示臺(tái)采用整體不銹鋼結(jié)構(gòu)，面板采用先進(jìn)的刻蝕技術(shù)，永不褪色，腐蝕。經(jīng)久耐用。按鈕防護(hù)等級(jí)IP67,防塵、防水。內(nèi)置信號(hào)隔離柵及加熱除濕設(shè)備。產(chǎn)品性能可靠、穩(wěn)定性高。11防爆液晶顯示屏：采用SIEMENS MP277產(chǎn)品作為核心元器件，具有多種網(wǎng)絡(luò)接口。顯示尺寸10.4寸，顏色64K色，分辨率640*800.12皮帶機(jī)的保護(hù)：1打滑保護(hù)、煙霧保護(hù)、溫度保護(hù)和堆煤保護(hù)。保護(hù)動(dòng)作，報(bào)警并停機(jī)。2膠帶機(jī)二級(jí)跑偏保護(hù)及沿線拉繩急停

16、閉鎖保護(hù)。一級(jí)跑偏動(dòng)作，只報(bào)警不停車，顯示故障位置，二級(jí)跑偏動(dòng)作后延時(shí)停機(jī)、報(bào)警，急停保護(hù)動(dòng)作后立即停機(jī)、報(bào)警，并能顯示出跑偏及急停閉鎖開關(guān)的動(dòng)作位置。3縱撕保護(hù)。在每個(gè)裝料口均裝設(shè)撕裂傳感器，動(dòng)作后報(bào)警并停機(jī)。4自動(dòng)灑水控制裝置。PLC控制器根據(jù)煙霧、超溫信號(hào)，自動(dòng)控制滅火灑水，并報(bào)警停機(jī)。5主回路具有短路、過載、斷相、欠壓等保護(hù)。6變頻器的電壓、電流檢測(cè)。7主電機(jī)的溫度檢測(cè)及上限報(bào)警。8速度檢測(cè)及超速保護(hù)。9制動(dòng)閘狀態(tài)檢測(cè)。10給煤機(jī)狀態(tài)檢測(cè)。13系統(tǒng)自診斷功能：1網(wǎng)絡(luò)故障自診斷。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)由于發(fā)生斷線、干擾等傳輸問題時(shí)， 網(wǎng)絡(luò)會(huì)自動(dòng)偵測(cè)到，并發(fā)出報(bào)警；2PLC故障自診斷。PLC的掃描器和適配

17、器發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)通過網(wǎng)絡(luò)的通訊情況判斷故障，并發(fā)出報(bào)警；PLC的I/O模塊發(fā)生故障時(shí)，CPU會(huì)通過I/O模塊的狀態(tài)位偵測(cè)到故障及故障內(nèi)容，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警；3傳感器和信號(hào)線故障診斷。模擬量的傳感器或信號(hào)線發(fā)生斷線故障時(shí)，PLC通過測(cè)量值判斷故障并發(fā)出報(bào)警。（三） 電子皮帶稱重裝置皮帶輸送機(jī)煤流量控制的防爆電子皮帶秤設(shè)備配置：?jiǎn)闻_(tái)設(shè)備序號(hào) 名 稱型號(hào)備 注數(shù)量1礦用電子皮帶秤體ICS-CJ16001400mm四托輥懸浮式稱重橋架、無(wú)摩擦橡膠耳軸及支點(diǎn)、矩形鋼材稱架1套防爆稱重傳感器HDS-STC美國(guó)進(jìn)口防爆稱重傳感器(FM標(biāo)志)4套開停傳感器KTG9判斷皮帶運(yùn)行/停止用,或從變頻器內(nèi)取0/4-20mA、0-10v速度信號(hào)1套礦用電子皮帶秤數(shù)顯分機(jī)ICS-ST-F可就地?cái)?shù)字顯示、操作、標(biāo)定、具有自動(dòng)復(fù)位、看門狗、硬時(shí)鐘、班產(chǎn)量、總累計(jì)量等25種數(shù)據(jù)永久保存，斷電永不喪失，具有4-20mA瞬時(shí)流量信號(hào)、4-20mA PID控制信號(hào)、累計(jì)量噸脈沖輸出、RS485通訊輸出、通訊距離可達(dá)20Km以上。1套四進(jìn)口本安型 及皮帶沿線分站系統(tǒng)：1本安通訊系統(tǒng)，用于雙向語(yǔ)音通訊和信號(hào)傳輸，系統(tǒng)簡(jiǎn)圖：2KTK108-H1型礦用本安擴(kuò)音 ：3KTK108-H1型礦用本安擴(kuò)音 鞏固耐用，使用簡(jiǎn)單。擴(kuò)音 帶有兩個(gè)揚(yáng)聲器，分別安裝在