1、平煤（集團）平五礦己四采區(qū)風井提升機的電控系統(tǒng)技 術(shù) 方 案2009年04月07日目 錄1.總體說明21.1.平五礦己四采區(qū)風井提升機參數(shù)21.2.平五礦己四采區(qū)風井提電控系統(tǒng)設(shè)計原則32.、技術(shù)方案說明32.1.高壓配電設(shè)備32.2.整流變壓器42.3.低壓配電設(shè)備42.4.礦山大功率同步機三電平變頻控制系統(tǒng)42.5.多PLC網(wǎng)絡控制系統(tǒng)62.6.安全保護回路72.7.操作臺73.供貨范圍：81. 總體說明1.1. 平五礦己四采區(qū)風井提升機參數(shù)(1) 提升高度：540.3m(2) 提升類別：煤炭、矸石、人員、材料、設(shè)備等(3) 提升系統(tǒng)：一對非標3. t礦車單層單車四繩罐籠(4) 提升機：J

2、KMD-34(III)E型落地式四繩摩擦輪提升機(5) 摩擦輪直徑：3500mm(6) 天輪直徑：3500mm(7) 最大靜張力：525kN(8) 最大靜張力差：140kN(9) 電動機功率：800kW(10) 電動機轉(zhuǎn)速：43r/min(11) 電動機過載能力：2(12) 電動機冷卻方式：由設(shè)備廠家確定(13) 提升速度：提矸、下料7.88m/s，升降人員6.5m/s1.2. 平五礦己四采區(qū)風井提電控系統(tǒng)設(shè)計原則(1) 以高可靠性、安全性及技術(shù)先進性為前提，采用安全、可靠、先進、合理的新技術(shù)，完成提升機系統(tǒng)的控制及運行；(2) 從適應性、普遍性、通用性和成熟性上考慮，選擇所需設(shè)備；(3) 充

3、分利用現(xiàn)有設(shè)施，保證系統(tǒng)功能的前提下，盡可能簡化系統(tǒng)，盡量減少投資；(4) 采用經(jīng)過實踐檢驗的電工行業(yè)先進技術(shù)，使用維護方便；(5) 對元器件進行嚴格篩選，關(guān)鍵環(huán)節(jié)一律采用進口部件。1.3. 電控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范(1) 電控系統(tǒng)整體功能與技術(shù)水平達到國際先進水平；(2) 全數(shù)字變頻矢量控制器可實現(xiàn)：速度閉環(huán)控制、功率因數(shù)控制、矢量控制、定子電流閉環(huán)控制、轉(zhuǎn)子勵磁電流控制等功能；(3) 系統(tǒng)具有行程控制、故障監(jiān)視、過程和故障處理等功能；(4) 系統(tǒng)具有功能全面、系統(tǒng)簡單可靠、控制性能好等特點；(5) 系統(tǒng)建立先進、靈活、適用的計算機網(wǎng)絡控制、管理系統(tǒng)，并能納入局域網(wǎng)；(6) 系統(tǒng)建立安全可靠的保護系

4、統(tǒng)，保護功能多和優(yōu)于現(xiàn)系統(tǒng)。并有力的提高其控制性能指標，加強其保護功能，最終達到提高整個系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、擴展能力和控制性能指標；(7) 系統(tǒng)能生成各種生產(chǎn)報表及統(tǒng)計、故障信息等畫面，反映提升機所有的運行參數(shù)和運行狀態(tài)以及故障類型、故障發(fā)生時間和位置，能及時通知維修人員排除故障，從而縮短排除故障時間，提高勞動生產(chǎn)率。(8) 系統(tǒng)靜動態(tài)性能指標滿足提升機四象限運行的要求，并滿足提升工藝所要求的過載能力和安全系數(shù)，靜態(tài)精度0.1%，動態(tài)跟蹤誤差5，調(diào)速范圍100：1，速度指示精度0.01m/s。(9) PLC選用SIEMENS S7系列。電器元件具有較強的抗干擾性和防水性能，并設(shè)置防潮裝置。2

5、. 、技術(shù)方案說明提升設(shè)備就是整個礦山的“咽喉要道”，一旦出現(xiàn)故障，將會造成停工停產(chǎn)，給企業(yè)帶來巨大損失。針對平五礦提升機現(xiàn)狀，本電控系統(tǒng)方案采用“大功率同步電機三電平變頻調(diào)速系統(tǒng)”， 同步機三電平方案對于企業(yè)而言在降低能耗，提高生產(chǎn)效率的同時，節(jié)約時間，提高效率，最大程度上滿足工礦企業(yè)生產(chǎn)實際的需要。2.1. 高壓配電設(shè)備選用三臺高壓開關(guān)柜，帶微機綜合保護，其中一臺進線柜(雙回路進線帶PT)，兩臺出線柜（一臺定子變壓器，一臺輔助變壓器）。其技術(shù)特點為：1) 所有高壓開關(guān)柜均具有“五防”功能。2) 高壓柜中裝有電流、電壓、有功、無功等測量儀表和過流、短路、低電壓、接地絕緣等保護裝置以及供測量和

6、保護用的電壓、電流互感器。3) 高壓柜工作狀態(tài)經(jīng)PLC傳輸?shù)缴衔粰C顯示。2.2. 整流變壓器定子變壓器選用一臺干式整流變壓器，F(xiàn)級絕緣，空氣自冷。預置溫度檢測傳感器并配套溫度監(jiān)視保護裝置，將報警（大于90度），跳閘（大于100度）信號接點輸出到主控PLC，定子變壓器主要參數(shù)為：連接組別DD0單臺容量1250KVA變比6KV / V阻抗大于6%輔助變壓器為315KVA，6KVA/ V勵磁變壓器為160KVA，380V/ V。2.3. 低壓配電設(shè)備主要為整個新系統(tǒng)的主控柜和變頻柜及其外圍設(shè)備提供穩(wěn)定可靠的交流電源及24V直流電源，還配備UPS對提升機的重要控制單元供電，以便當主電源故障時，能確保提

7、升機安全停車。其工作狀態(tài)采集后傳輸?shù)街骺豍LC中，配電裝置留有6路供用戶使用的備用饋出回路。2.4. 礦山大功率同步機三電平變頻控制系統(tǒng)具體系統(tǒng)技術(shù)方案如下：(1) 定子回路一套背靠背雙三電平結(jié)構(gòu)給電樞繞組供電，主變一臺，網(wǎng)側(cè)為三電平全控整流系統(tǒng)，主要作用為直流電壓調(diào)節(jié)和網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)控制，閥側(cè)為三電平逆變系統(tǒng)，主要完成速度閉環(huán)、轉(zhuǎn)矩控制、電流控制、功率因數(shù)調(diào)節(jié)等功能，中間為大容量電容器，主要起到濾波和無功緩沖作用。以上三部分共同構(gòu)成四象限功率變換系統(tǒng)。(2) 轉(zhuǎn)子回路采用三相可控硅整流橋四象限直流功率控制系統(tǒng)，勵磁變壓器一臺，主要完成轉(zhuǎn)子勵磁電流調(diào)節(jié)功能。同步機交直交三電平變頻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如

8、上圖所示，本系統(tǒng)在同步機定子繞組引入獨立全控功率變換單元，同時通過轉(zhuǎn)子側(cè)的全控功率變換單元控制同步機轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁電流，通過改變同步轉(zhuǎn)速進行調(diào)速。其中CU1為轉(zhuǎn)子勵磁整流單元，采用6脈動可控硅整流橋。CU3為定子繞組全控逆變單元，用于提供和速度控制相關(guān)的變壓變頻電源；CU4為定子繞組全控整流裝置，在提供穩(wěn)定直流電壓的同時，可對網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)和諧波進行調(diào)節(jié)和補償，使系統(tǒng)對電網(wǎng)造成的影響可忽略不計。整套系統(tǒng)在定子側(cè)均采用HV_IGBT全控器件，且均可實現(xiàn)能量雙向流動。在主回路設(shè)計上，采用先進的背靠背三電平二級管鉗位拓撲結(jié)構(gòu)，三電平結(jié)構(gòu)可大大減輕du/dt 對功率器件和電機絕緣的影響，降低功率設(shè)備的EMI

9、水平，減小系統(tǒng)損耗。同時背靠背拓撲利于功率系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化設(shè)計，利于維護，使系統(tǒng)可靠性大大增強。2.5. 多PLC網(wǎng)絡控制系統(tǒng) 提升機是礦山咽喉設(shè)備，為滿足其高可靠性、高安全性要求，建立以網(wǎng)絡為連接紐帶的多PLC冗余控制系統(tǒng)，用于完成提升機行程控制、邏輯操作和故障保護、液壓制動控制以及其他輔機設(shè)備自動控制等。PLC網(wǎng)絡控制系統(tǒng)中，操作和安全保護選用多臺西門子S7-300PLC構(gòu)成，所有PLC均通過MPI網(wǎng)連接，對提升機的關(guān)鍵信號（如速度、行程、 超速、過卷等）采用多重保護，實現(xiàn)相互監(jiān)視。2.5.1. PLC提升行程控制 主要由行程監(jiān)控PLC、兩個軸編碼器(一個裝在驅(qū)動輪上，另一個裝在天輪上)和井筒同

10、步開關(guān)（裝在減速點前）構(gòu)成。行程PLC采用西門子S7-300。兩臺軸編碼器將提升機鋼繩在線速度和行程位置轉(zhuǎn)換成脈沖信號分別送入PLC中，PLC將部分操作信號、保護信號以及設(shè)定的一些行程參數(shù)與軸編碼器信號結(jié)合起來進行邏輯運算處理，自動產(chǎn)生提升機所需的速度給定信號(即運行曲線),為了盡量減少起動、制動過程中的機械沖擊，提高提升機控制精度，速度給定信號的加速、減速段為“S”型曲線，減速段行程通過PLC實際運算來調(diào)節(jié)減速度以保證其為一固定值，從而保證了停車點不變和停車點的精度。主要功能為:1)與操作保護PLC之間相互保護、相互監(jiān)視。2）產(chǎn)生速度包絡曲線對提升機的速度進行連續(xù)監(jiān)視。3）補償由于運行磨損帶

11、來的鋼絲繩和滾筒直徑的變化。具體做法是，當提升容器在井筒底部時按下標定按鈕，提升機慢速提升一個循環(huán)即可，這種操作在軟件中得到了充分的安全保護。2.5.2. 操作保護PLC采用西門子S7-300,主要功能是：1）執(zhí)行操作程序，生成開車信號和方向；2） 實現(xiàn)各種故障保護及閉鎖；3）與行程監(jiān)控PLC之間相互保護、相互監(jiān)視；4) 作為整個系統(tǒng)的主控PLC。2.6. 安全保護回路除由主控PLC、行程控制系統(tǒng)組成兩個軟件安全回路以外，還由繼電器構(gòu)成一套提升機硬件安全保護回路。對關(guān)鍵環(huán)節(jié)采用三重或多重保護，多條安全回路之間互相冗余，保證設(shè)備高效、安全運轉(zhuǎn)。來自提升機各部分的保護信號分為立即施閘、井口施閘、電

12、氣制動和報警4類。其中井口施閘、電氣制動和報警類事故信號直接引入到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警系統(tǒng)報警并施閘，而立即施閘類事故信號除引入到PLC中處理、顯示、報警外，還直接引入到安全直動回路，動作施閘系統(tǒng)施閘。2.7. 操作臺操作臺采用分體化操作臺，設(shè)有主令操作手柄、制動手柄（精密電阻型），工作方式選擇開關(guān)、控制方式選擇開關(guān)主回路電源送電按鈕、磁場送電按鈕，安全復位按鈕、緊停按鈕、燈試驗按鈕、閘試驗按鈕、過卷旁通按鈕等。操作臺設(shè)置各類顯示和指示，主要有：- 深度指示器（精針）； - 到位信號指示等。- 速度表； - 液壓表；- 可調(diào)閘毫安表； - 定子電流表；- 磁場電流表； - 主電源電壓表；- 控制手柄零位指示； - 制動手柄松閘位指示；- 磁場合閘指示（直流系統(tǒng)）；- 高壓或主電源合閘指示； - 控制電源合閘指示；- 安全回路正常指示； - 過卷故障指示；司機可操作操作臺上的開關(guān)及按鈕來控制提升機運行，并通過指示燈和顯示儀表以及工業(yè)控制計算機及時了解提升機的運行狀態(tài)及運行參數(shù)。3. 供貨范圍：序號設(shè)備名稱型號規(guī)