特大型提公升機自動化控制
及交交變頻調速系統
目錄0．前言
1．專案背景
2．專案內容介紹
3．自動化控制plc系統的研製
4．交交變頻拖動調速系統的研製
5．專案應用情況
6．專案研製成功的重大意義
0. 前言
特大型主井提公升系統要求電控系統具有很高的安全性、穩定性和技術可靠性，隨著技術的進步，礦井提公升電控系統朝著數位化、冗餘、小型化的方向發展，特別是在自動化程度上有更大的提高。進入20實際80年代以來，隨著電力電子學、微電子技術和現代電機控制理論的迅速發展，在調速傳動領域已出現交流調速傳動取代直流傳動的趨勢，交流變頻同步電機調速不僅具有直流傳動同樣優越的調速效能，還具備單機容量不受限制、體積小、轉動慣量小、動態響應好、寬調速範圍、高穩速精度、維護簡單、節約能源等優於直流傳動和非同步電機傳動的特點，並實現了調速裝置的產品系列化，對於大容量低速運轉的生產機械，尤其是礦井提公升機系統，交交變頻同步電機調速是一種十分理想的傳動方式。
淮南礦業（集團）公司張集煤礦設計年產量400萬噸，要求系統提高生產效率，降低故障發生率，以適應市場需求和提高經濟效益。同時提公升機傳動的工藝特點，要求調速系統具有較好的調速效能、高過載能力、較高的定位精度和良好的加、減速效能指標，採用全數字交交變頻控制的交流同步電機調速系統穩態調速精度小於0.1%，空載定位精度10mm, 過載定位精度20mm,完全可以滿足提公升機傳動工藝的要求。
1．專案背景
冶金自動化研究院從事自動化工程和交交變頻技術的研究開發已近20年，不斷地把科技成果推向工程實踐，2023年研製成功我國第一台2500kw交交變頻同步電機主傳動系統，在此基礎上，堅持不懈，經過近10年的艱辛努力，通過天津、重鋼、武鋼和攀鋼等專案連續突破了5000kw單機容量、控制系統全數位化和工程除錯自主化等技術難關，在張集煤礦主井提公升系統交流調速專案中，戰勝國內外競爭對手，取得了該工程。經過認真研討及調查，從滿足工藝要求、提高系統效能和穩定性、節約能源出發，確定了交交變頻同步電機雙機拖動的設計方案。
本專案是我國第一套國產特大型提公升機全自動化、全數字交交變頻雙機拖動系統。該系統的研製是由淮南礦業（集團）公司、冶金自動化研究院、合肥煤炭設計研究院單位聯合攻關完成的。
2．專案內容介紹
本提公升機系統由整流變壓器，勵磁變壓器，自動化控制計算機（主控plc系統、監孔plc系統、閘控plc系統、司機操作台），交交變頻全數字調速系統，裝卸載站控制裝置，交流變頻調速同步電機，液壓站等電氣和機械系統組成。系統框圖如圖1所示。
2.1 交流變頻調速同步電機
交流變頻同步電機由哈爾濱電機廠製造，在交交變頻調速裝置的控制下，作為提公升機的驅動源。提高傳動系統的工作效率、執行的可靠性、系統的控制精度和品質，減少維護工作量。
電機引數： 容量： 2*3000kw
電壓： 1500v
電流： 1212.5a
轉速： 40.2 r/min
頻率： 8.04hz
極數： 12
絕緣等級： f
過載倍數： 2倍/1分鐘
勵磁電流： 323a
勵磁電壓： 267v
效率： 96%
2.2 乾式整流變壓器
交交變頻同步電機調速系統採用星點聯結結構，每套傳動裝置採用3臺三相整流變壓器，根據交交變頻器整流變壓器計算並考慮電機的過載能力，每套變頻供電系統選擇3臺2100kva的整流變壓器。選用順德特種變壓器廠製造的環氧樹脂澆注的絕緣乾式整流變壓器，主要原因是這種乾式變壓器維護工作量小、體積小、重量輕、較適合現場安裝環境，而且國內已經掌握了這項製造技術。
型號zscb9-2100/6/1.01
額定容量 2100kva
電壓6kv/1010 v
圖1 主井提公升機控制系統框圖
接線方式 dd0、dy11各3臺
短路阻抗 7%
絕緣等級 f級
冷卻方式風冷
2.3 滾筒
採用由洛陽礦山機械製造廠製造的直徑達5.7公尺的亞洲最大的主井提公升系統滾筒。
2.4 裝卸載站控制裝置
裝卸載站系統由德國siemens公司提供，控制裝置採用德國siemens公司的simatic s5 系列plc產品，完成提公升機系統的自動/手動裝載和解除安裝任務。
2.5 液壓系統
本提公升機系統液壓站由瑞典abb公司提供，三颱液壓站有兩台同時執行，另一台備用，與閘控plc系統和抱閘裝置配合，完成提公升機的制動功能。
2.6 自動化控制計算機
採用德國siemens公司的simatic s7 系列plc產品s7-400，通過l2網與傳動控制系統和裝卸載站進行資料交換。
2.6.1主控plc系統
主控plc系統包括一台plc櫃和一台繼開櫃，其功能為控制提公升系統的執行，包括傳動系統的建立，控制/操作模式的選擇，提公升機執行，另外，它也具備少量系統保護功能。
2.6.2監控plc系統
監控plc系統包括一台plc櫃和一台繼開櫃，其主要功能是提公升系統的監視，包括位置和速度監視以及其他監視；另外，在特殊情況下，具備簡易開車能力。
2.6.3閘控plc系統
閘控plc系統包括一台plc櫃和一台繼開櫃，它的主要功能是與另外一台抱閘控制裝置（由瑞典abb公司提供,主要為安全制動）及三颱液壓站配合，完成制動功能。
2.6.4司機操作台
司機台為司機操作提公升機之用，操作司機只能從此處操作提公升機。在操作台安放wincc人機介面裝置,通過l2網路與自動化計算機控制系統及液壓站建立通訊,供操作司機進行實時監視.
2.7 交交變頻傳動系統
2.7.1交交變頻主電路方案
交交變頻同步電機傳動系統主迴路接線如圖2。
圖2 變頻器主迴路接線圖
交交變頻器由三颱電網自然換流可逆三相橋式整流裝置組成，對應同步機a、b、c三相。交交變頻器採用邏輯無環流三相有中心點接線方式，由三颱整流變壓器供電，輸出端採用星點聯接。同步電機採用星形接線，電機星形中點和變壓器中點獨立。
主迴路採用這種接線方式特點是：
- 變壓器容量降低
- 電機內無三次諧波
- 採用交流偏置技術，使變壓器副邊電壓降低。閘流體電壓安全係數提高。
除此之外，m1和m2電機整流變壓器採用dd0和dy11兩種接法，使之相互錯開30°電角度，以減少供電諧波分量。
2.7.2 交交變頻同步電機控制系統
採用德國siemens公司的simadyn d多功能控制裝置，與上位plc實現通訊，完成提公升機的行程控制和速度控制。
交交變頻同步電機控制系統採用磁場定向向量控制原理。該理論基於直流電機良好的轉矩控制原理，把交流電機通過座標變換等效為直流電機進行控制，達到與直流電機調速系統相同的調速效能。
為提高系統的可靠性、實時性，改善控制效能，同時為了使整套系統的控制技術達到國際先進水平，在淮南礦業（集團）公司張集煤礦主井提公升機傳動系統的控制中採用德國siemens公司的simadyn d全數字控制裝置，該裝置同時完成提公升機的提公升曲線控制（行程控制）。simadyn d系統是一種可隨意程式設計和設計的全數字模組化控制系統，它廣泛應用於傳動、供電和自動化系統，能進行高速動態資訊處理以及對專門的控制系統進行調節和控制，尤其適合於開環和閉環實時控制系統。
simadyn d具有多種標準模板，可根據具體功能要求進行配置；struc程式設計軟體提供了強大的程式設計手段及功能多樣的標準程式庫及專用程式庫，對這些子程式可直接呼叫，並以具體的硬體配置為依據進行程式設計。
simadyn d控制系統硬體由雙高度歐洲標準尺寸的高抗干擾和容錯性的插入式線路板組成，模板按功能分為通用處理器板、特殊任務處理器板、儲存器板、數字輸入/輸出板、模擬輸入/輸出板，根據不同的任務需要可任意配置。各處理器之間的資料傳送通過兩種匯流排來完成，c匯流排和l匯流排。每個處理器模板都有它自己的程式和資料儲存器，可以獨立地完成分配給它的任務，並實現多處理器並行工作。
外部開關訊號通過輸入/輸出模組連線，這些標準介面模組提供電氣隔離、訊號的匹配和變換，用於操作監視和服務的外圍裝置通過匯流排或序列介面聯接起來。
2.7.3 交交變頻同步電機調速系統效能指標
變頻器額定容量 6300kva
變頻器額定輸出電壓 0—1500v
變頻器輸出頻率 0—8.04hz
變頻器額定輸出電流 1715a
變頻器過載能力 200%/1min
靜態調速精度0.1%
變頻器綜合效率 97.5%
平均功率因數0.72
空載執行定位精度 <0.01m
過載執行定位精度 <0.02m
上列技術指標達到了當代國際先進水平。張集煤礦主井提公升機系統2023年10月1日正式投產執行後的效果表明，產量大幅度提高，故障次數和時間下降，提高了作業率，同時由於交交變頻驅動系統的生產效率高而節約大量電能，為張集煤礦創造了顯著的經濟效益。
2.8 通訊網路
整個通訊網路如圖3所示。
圖3 通訊系統控制方案
simadyn d提供多種通訊手段與其他裝置、系統進行資料傳輸，包括控制裝置與上位機間的通訊；控制裝置之間的通訊以及與下位機間的資料傳輸等。在本套系統中，裝載站與解除安裝站之間通過l1網建立通訊；解除安裝站與自動化控制計算機之間、自動化控制計算機與傳動控制系統simadyn d之間及自動化控制計算機之間通過l2-fms網實現通訊，符合煤礦的安全標準。同時系統支援執行中的**除錯。
3．自動化控制plc系統的研製
提公升機系統的操作和控制必須具有很高的安全性，及可靠性，因而本專案的自動化控制採用2套plc系統（主控plc系統和監控plc系統）完成提公升機的工藝控制；閘控plc系統與abb的抱閘控制裝置共同作用實現制動功能；通過司機操作台控制提公升機的執行。
礦井提公升機
第2章系統控制方案設計 2.1 控制單元基本原理 在我國傳統的提公升機裝置中，普遍使用tkd系統，這種控制系統是採用繼電器有觸點的邏輯控制，以磁放大器為核心組成模擬量閉環調節。在繼電器控制系統中，要完成乙個控制任務，支配控制系統工作的 程式 是由各分立元件 繼電器 接觸器 電子元件等 用導線連線起來...
物料提公升機
物料提公升機的安全操作規定 1 安全裝置 安全裝置主要有起重機限制器 防墜安全器 上限位開關等。起重限制器 檔荷載達到額定起重量的90 時，限制器應發出警示訊號 檔荷載達到額定起重量的110 時，限制器應切斷上公升主電路電源，使吊籠制停。防墜安全器 吊籠可採用瞬時動作式防墜安全器，當吊籠提公升鋼絲繩...
物料提公升機安裝
九江市建築起重機械安裝告知 專案名稱 施工單位 產權單位 監理單位 安裝單位 衢州市雙林起重裝置安裝工程 裝置備案號 九江市建築起重機械 安裝 拆除告知單 致九江市建築工程安全生產監督管理站 我單位 安拆單位 衢州雙林起重裝置安裝工程 承接 安裝 拆除工程 使用的起重機械 型號 裝置出廠編號產權備案...