高壓變頻調速交流提公升機電控系統
技術方案
天地科技股份****
2023年8月
目錄1 概述
2 主要技術引數
3 電控系統裝置技術條件
3.1 使用條件
3.2 技術標準和規定
4 電控系統總體技術方案
4.1 原則
4.2 系統裝置構成
4.3 總體技術方案和各子系統技術方案
4.4 電控系統主要技術特點
5 電控系統配套裝置的技術說明
5.1 高壓開關櫃
5.2 低壓電源櫃
5.3 不間斷電源和直流電源
5.4 全數字交流高壓變頻調速控制裝置
5.4.1 控制原理
5.4.2 主迴路
5.4.3 單元疊加
5.4.3 功率單元
5.5 計算機主控系統裝置
5.5.1 提公升行程速度控制
5.5.2 操作控制
5.5.3 裝置和執行狀態的監視
5.5.4 安全迴路及其控制
5.5.5 狀態、故障和第一故障的顯示和報警
5.5.6 制動控制系統
5.5.7 與訊號系統的閉鎖介面
5.5.8 操作台
5.6 上位計算機監視系統
5.7 測速發電機、軸編碼器、行程開關
6 電控系統配套裝置明細
7 技術資料提供
8 技術服務
9 工期安排
高壓變頻調速交流提公升機電控系統
技術方案
1 概述
本技術方案按照現場要求的技術內容和要求，經本單位認真研究討論、設計後提出的。
2 副井提公升機執行條件及裝置引數
略3、電控系統裝置技術條件
3.1 使用條件
（1）環境條件：
電控裝置室內安裝，其基本工作環境條件如下：
海拔高度：﹤1000m
環境溫度：﹤50℃
相對濕度：﹤90 %
無顯著振動、無衝擊振動的場合。
周圍介質無**危險，無腐蝕金屬和破壞絕緣的氣體與塵埃(包括導電塵埃)。
井筒中和井下採用的電氣裝置，須滿足相應的要求規定，如防爆、防塵、防水等。
（2）地面高壓電源：
電壓：～6000v
電壓變動範圍：±10%、
電源頻率：50±0.2hz
接地方式：中性點不接地
（3）地面低壓電源：
電壓：～380v
電壓變動範圍：±10%、
電源頻率：50±0.2hz
接地方式：中性點直接接地
3.2 技術標準和規定
本電控系統設計方案符合下列檔案的規定：
《煤礦安全規程》（2006版）
《煤礦工業礦井設計規範》 gb50215-2005
《煤礦在用提公升絞車系統安全檢測檢驗規範》aq1016-2005
(83)煤生字第761號《煤礦電氣試驗規程》。
《礦井提公升機和礦用提公升絞車安全要求》jb8516-1997。
《交流傳動礦井提公升機電控裝置》jb4263-86
《交流電機半導體變頻調速裝置總技術條件》（gb12668-1990）
《工業過程測量和控制裝置的電磁相容性》gb/t17626-98
《3～35kv交流金屬封閉開關裝置》gb3906-91
《低壓配電設計規範》gb50054-95
《快速瞬變干擾試驗》iec61000-4-4
《浪湧抗擾性試驗》iec61000-4-5
《低壓電器電控裝置檢驗標準》（gb4702-84）
《裝有電子器件的電控裝置檢驗標準》（gb3793—83）
《電氣裝置安裝工程盤、櫃及二次迴路接線施工及驗收規範》（gb50171—92）
《電氣裝置安裝工程電纜線路施工及驗收規範》（gb50168—92）
《工業企業雜訊控制設計規範》（gbj87—85）
電工委員會iec標準及其它有關標準
4 電控系統總體技術方案
4.1 原則：
（1）安全、可靠、高效 ；
（2）符合有關標準和規程要求以及使用者的技術要求；
（3）技術和裝置應是先進的、成熟的、可靠的；
（4）系統功能完善、效能好、監視保護齊全且動作可靠；
（5）系統構成簡潔明瞭，顯示齊全，使用維護方便、快捷；
（6）系統配置經濟合理，效能**比較高。
4.2 系統裝置構成
供配電系統：
● 高壓供配電系統—高壓開關櫃
● 低壓供配電系統—低壓配電櫃
全數字交流高壓變頻調速系統：
網路化操作控制系統： plc主控櫃、網路化操作台
上位計算機監控系統：工業控制計算機
感測器：軸編碼器、井筒開關等
4.3 總體技術方案和各子系統技術方案
全數字交流變頻調速控制 + plc行程控制和操作控制 + 雙線制監視保護和安全迴路 + 上位管理計算機
（1） 全數字交流調速系統方案
— 採用合康電氣的hivert-yvf06/061全數字交流變頻調速裝置，實現四象限執行，其功能完善、效能優越、監視保護齊全；
— 採用四象限單元串連多電平高壓變頻調速裝置和有速度感測器的向量控制技術；
— 採用向量控制技術，電機啟動轉矩大，過載能力強，能保證200％額定轉矩輸出1分鐘；
— 節電效果顯著。
（2） 網路化主控系統方案
— 主控系統主要由兩台不同配置和規格的西門子公司s7-300可程式設計序控制器構成（plc1、 plc2），實現安全規程要求的雙線制模式；
— 由plc1和plc2共同實現多水平的數字行程速度控制和監視功能；
— 由plc1實現全部控制功能；由plc2實現部分控制功能；
— 由plc1和 plc2共同實現雙線制監視和安全保護，和重故障繼電安全監視保護一起構成多重化安全監視和安全保護。
— 各種執行控制功能（自動、半自動、手動、檢修及特殊工況等執行控制功能）、系統的雙線制安全監視和安全迴路等主要由plc應用軟體實現。
（3） 監控系統方案
上位機採用p4工業控制計算機系統（包括：通訊元件、工控機、彩顯、印表機、網絡卡等），配套西門子公司的wincc人機介面系統，一方面作為面向控制系統人機介面，可實時動態地監視顯示系統執行狀態和執行引數，並顯示各種故障型別、故障發生時間，並對故障進行存檔記憶和列印記錄，使用維護方便和故障處理快捷；另一方面作為面向外部網路連線的人機介面，通過工控機的工業乙太網通訊介面，以便和礦井綜合自動化網路聯網。
（4） 系統網路化方案
各plc、調速控制計算機、觸控螢幕、上位機等通過profibus匯流排、mpi匯流排構成系統通訊網路，減少相互連線，系統簡潔，便於安裝和除錯及使用維護。
4.4 電控系統主要技術特點
（1）全數字交流調速控制
— 採用全數字高壓變頻交流調速裝置，可實現四象限執行，其功能完善、效能優越、監視保護齊全；
— 採用同步整流控制技術實現能量回饋，可靠性高，輸入側功率因素高且波形畸變小。
— 採用綜合措施提高交流變頻調速系統的工作可靠性。
（2）全數字控制和監視
— 採用西門子公司s7-300系列plc（plc1）構成提公升機工藝控制；
— 採用西門子公司s7-300系列plc（plc2）構成提公升行程測量和控制；
— 採用工控機和西門子公司wincc監控軟體構成上位機監控系統 。
（3）雙線制plc安全監視和安全迴路+繼電器安全監視和安全迴路
— 採用plc1和plc2分別構成提公升行程、速度測量，和有關提公升重要安全訊號（過捲、超速、限速、減速點、方向等）的雙迴路監視和保護。
— 由專用安全繼電器對提公升重要安全訊號（過捲、超速等）進行監視和保護，構成繼電器安全迴路，與plc安全迴路一起構成多重安全監視和保護。
— 採用plc1和plc2分別構成雙迴路的安全迴路及繼電器安全迴路，並經安全繼電器輸出，驅動安全接觸器動作。
— 安全繼電器和安全接觸器均具有完善的「分」「合」狀態監視和保護
— 具有plc（plc1、plc2）執行狀態監視（即：plc故障保護）。
（4） 閘控系統
— 工作制動閘控模組採用高可靠設計，具有手動、自動施閘和貼閘皮控制功能，內附100hz振動電流，可提高動作靈敏度；
按使用者需要及二級制動和恆減速制動技術要求，可配置二級制動和恆減制動的閘控單元。
— 獨立設定電氣安全制動及二級安全制動工作監視環節；
（5）全行程位置控制工作效率高
— 用計算機提公升行程速度控制技術，實現全行程的位置控制和以行程為變數的s型曲線速度給定控制，控制精確度高；
— 採用5位十進位制kp值行程計算和行程校正，可確保行程測量精度≤±0.01公尺；
（6）高抗干擾性能
本電控系統在控制電源、輸入訊號、輸出訊號和資料通訊等方面採取了綜合抗干擾措施，電磁相容性設計合理，結構布局周密可靠，系統抗脈衝干擾可達到gb／t17626.4標準最高嚴酷等級(＞4000伏)要求，確保系統的工作可靠性。
（7）狀態和故障、首故障監視完善
— 由主控計算機(plc1)、監控計算機(plc2)、調速控制裝置和上位管理計算機(ipc)構成完整的執行狀態、執行引數監視系統；
— 由主控計算機(plc1)和監控計算機(plc2)等構成首故障及故障的判別、記憶和顯示功能；
（8）工作可靠性高
— 控制用plc和調速用計算機均採用進口名牌產品；
— 主要感測器元件和電器元件均選用進口名牌或合資廠產品；
— 可僅由繼電器控制執行以實現應急控制功能；
全系統電子元件、電器、導線等均採用降容、減額和併聯、冗餘設定等可靠性設計措施，確保高可靠工作。
5 電控系統配套裝置的技術說明
5.1 高壓開關櫃 1套
選用1臺kygc-z-01g型雙電源真空高壓開關櫃。雙迴路隔離開關進線，配電動操作機構，真空斷路器進行控制及保護。
其技術特點為：
1) 斷路器採用真空斷路器，電動操作機構，具有「五防」功能；
2) 高壓開關櫃具有過流、短路及接地等保護功能。
3) 進線櫃、饋電櫃均配有電流互感器、電壓監視裝置等等。
4) 電壓測量及保護櫃配有電壓互感器、避雷器等。
5) 具有有功電度表、無功電度表、電流錶、電壓表等指示儀表。
6) 主控plc對各迴路的工作及故障狀態進行監視、顯示。
說明：高壓開關櫃的具體配置最終通過設計聯絡確定。
5.2 低壓電源櫃 1臺
選用1臺低壓電源櫃，兩路～380v進線，手動切換，經各饋電迴路向電控系統（包括訊號系統）、勵磁、輔機（包括風機、液壓幫浦、潤滑幫浦等）及其它用電裝置（包括吊車、檢修、照明等）供電，電壓等級包括～380v、～220v、～127v。其技術要求為：
1) 根據各用電裝置的要求裝設自動空氣開關或斷路器、接觸器、繼電器(熱繼電器)、控制開關等。
2) 裝設電壓、電流測量儀表及工作和故障指示。
3) 具有短路、過流等保護功能。
4) 電源盡量採用中性點不接地系統（與井下裝置有關的電源必須採用），並配備接地監視功能。
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