低压变频方案1.docx
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低压变频方案1.docx
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低压变频方案1
交通罐交流低压变频调速提升电控系统技术说明
一、总体说明
NT提升机交流变频电控系统设备符合下列文件的规定和基本要求:
1)《煤矿安全规程》(2011年版)。
2)《金属非金属地下矿山安全规程》(GB16424-1996)。
3)《矿山电力设计规范》(GB50070-94)。
4)《JB4263-86交流传动矿井提升机电控设备技术条件》
5)现行国家电工委员会及国家有关标准。
6)进口电气设备遵守国际电工委员会IEC标准。
7)电控系统的静动态性能指标完全满足提升机四象限运行的要求,并满足一定的过载能力和安全系数。
8)电控装置能够承受提升机和通风机运行时的地坪振动。
9)电控装置的电磁兼容性符合《工业无线电干扰基本测量方法》(GB3907-83)、《电气设备的抗干扰特性基本测量方法》(GB4859-84)。
10)安全回路等关键电路采用冗余结构设计。
11)井筒和井下电气设备满足防水要求。
12)电控系统采用PLC控制,变频控制器和可编程控制器等关键设备为原装进口产品。
二、基本参数
三、电气控制系统设计原则
◆安全性:
采用PLC控制系统,除实现《煤矿安全规程》(2007年版),《金属非金属地下矿山安全规程》和《矿山电力设计规范》所规定的保护功能外,根据提升机运行工况配置相应的保护功能。
◆可靠性:
选择高性能的进口或国产电气传动装置和电气元件,使用软件和硬件双线制实现安全保护,可用软件实现的功能不增加硬件,使系统的结构更加简单合理。
◆先进性:
采用当前先进的技术,确保完善的软硬件保护环节。
符合提升机控制的各种要
求,满足现场情况,预留功能扩展的接口,具备远程诊断/通信功能。
四、系统设计方案
1、提升机的操纵控制方式
半自动控制方式:
司机可根据提升信号选择对应的运行方式,通过按钮以给定的速度自动运行一个提升循环。
手动控制方式:
司机可根据提升信号选择对应的运行方式,通过手柄以手动方式运行一个提升循环,手动控制方式应带有方向闭锁。
手动检修运行方式:
检修人员在罐笼内检修井筒运行速度为0.5m/s,检修人员在井口检查钢丝绳时的速度也为0.5m/s。
检修运行期间,控制台上应有明显的灯光显示。
故障应急开车运行方式:
用于PLC故障时,在低于2m/s速度下应急运行。
2、全数字变频调速系统总体技术方案
1)全数字变频调速系统选用四象限能量回馈式变频调速控制器(配提升机专用软件)。
变频调速柜设有强迫通风装置;配置相应装置有效抑制变频器产生的高频谐波,改善变频器输入/输出的电流波形。
2)主控PLC选用S7-300系列可编程控制器。
对提升机运行的关键信号(如速度、容器位置、安全保护、减速、过卷、限速等)均采用双线保护、互为监视。
主控PLC操作系统能完成提升机半自动、手动、检修及故障应急开车等运行方式的控制要求以及特殊工况的处理。
●半自动运行时,司机可通过选择开关开车,系统具有开车联锁、自动选择去向、自动减速、自动精确停车等功能,司机可选择不同的开车速度。
●手动操作时,司机可控制油压在0~最大压力连续可调,提升速度在0~额定速度范围内连续可调。
●检修运行时,最大速度为0.5m/s,司机能够实现0~0.5m/s速度的连续可调,或者通过按钮使提升机以0.5m/s的恒定速度运行。
●在PLC、监测系统出现局部故障时,提升机能实现低速应急运行,运行速度〈2m/s。
3)监控系统选用台湾研华工控机,实现多画面实时监控,对状态、故障做到准确显示和实时报警;可以在windows系统环境下编程,全汉化显示。
4)具有远程专家诊断功能,技术人员不在现场时,也可通过电话网络对本提升机电控系统的对各个输入口、输出口以及中间参量进行观察、分析,可在较短的时间内确定故障原因并找到相应的解决办法,有利于与现场使用人员的技术沟通及快速地处理故障。
5)针对极端情况下的液压制动失效,具有零速电气安全制动保护功能:
作为被动安全保护手段,在满足《煤矿安全规程》要求的前提下,当出现安全制动时,同时具有电气安全制动功能,在零速电气安全制动的作用下,提升容器会往较重的方向作脉动式向下滑行。
避免故障扩大,最大程度地减小故障损失。
6)整个电控系统采用网络化、人性化设计,充分考虑现场安装和运行,简化安装和维护。
7)采取必要的硬件、软件抗干扰措施,确保整个系统不受外界电磁、内部供电电源干扰,保证电网电压波形达到GB/T14549-93标准的要求。
五、电控系统设备功能及供货范围
序号
名称
数量
型号
生产厂家
备注
单价(万)
1
真空高压开关柜
1台
TGZ
洛阳源创
双路进线、真空开关、电流电压功率微机综保指示,具有五防功能
2
变频控制柜
1台
BPG
洛阳源创
四象限能量回馈式变频器,并柜生产原装进口Vacon变频调速器
3
回馈控制柜
1台
ZDG
洛阳源创
4
变压器
1台
ZSGKV/380V
洛阳华明
干式,带温度检测
5
PLC主令控制柜
1台
PCG
洛阳源创
主控PLC采用西门子S7-300系列
6
网络化智能操纵台
1台
CZT404
洛阳源创
含辅控PLC,与控制柜形成网络控制
7
智能上位监控系统
1套
工控机PIV、20寸液晶彩显、激光打印机
台湾研华
台湾研华工控机,实时彩色动态监控
8
测速机
1套
上海南洋
速度位置保护
9
远程诊断专家系统
1套
HR-I
洛阳源创
含在主令控制柜和操作台内
10
稳压电源UPS
1台
CVT1KVA
上海电气
高精度、高可靠性可装在柜内
11
光电编码器
3台
LF型
长春光仪
含弹性联轴节
12
过卷开关
1套
LX4
上海电气
13
磁开关及磁铁
1套
KGE1
洛阳源创
防水,抗砸
14
通讯电缆
1套
西门子
PLC上位机之间通讯
15
屏蔽电缆
1套
RVVP
上海电缆
采集模拟量信号
1.变频调速柜及变频回馈制动柜1套(2柜)
采用四象限回馈式变频控制器,主回路为6脉动的矢量控制,配回馈制动单元。
其动静态技术性能满足提升机4象限运行要求,满足提升工艺要求的过载能力和安全系数,满足各种工况下力图的要求。
●配置能量回馈单元、实现提升机4象限运行。
节能效果显著。
●手动、半自动速度给定值控制。
●可调斜率的加减速度给定值设定。
●起动防冲击控制(“S”化曲线给定),在启动制动的过程中使钢绳振动最小,加、减速度变化率(限制钢丝绳振动的冲击限制值)≤0.4m/s3
●预置起动力矩并与液压制动器的油压曲线形成可靠闭锁,防止起动时容器倒转。
●预置停擎置力矩并与液压制动器的油压曲线形成可靠闭锁,防止停车时容器倒转。
●具有过电流、堵转、过速、绝缘检测等几十种完善的保护。
●采用变频的矢量控制技术,实际速度紧跟预定速度变化,速度图从等速段向减速段、减速段向爬行段过渡的平滑性好,与直流电动机拖动的矿井提升机相比,具有更优的调速性能。
●下放重物时能量反馈回电网,节能效果显著。
●零速启动力矩可达150%,通过力矩补偿,在30秒内,在这基础上还可增加30%-50%额定力矩,因此,重载零速启动平稳,这是现有同类技术所不具备的特性;
●具有很好的堵转特性,堵转电流可以随意设定,并且实际电流值不会超过设定值;
●使用调试方便,通过人机对话单元,根据不同使用场合,需设定的参数少于30个;
●具有强大的内部软件故障以及外部线路故障的诊断功能,在诊断到故障的情况下,装置首先自动停止工作,防止故障进一步扩大,同时,进行准确的故障报警;
●变频调速柜设有强迫通风装置。
双回路380V电源进线,并具有相应的控制、测量和保护功能;两回电源进线采用一用一备。
低压辅助电源为电控系统的辅助设备(液压站、润滑站、主电机冷却风机)提供0.22/0.38kV三相电源。
其馈出回路选用优质开关及其它保护、控制、测量和信号元器件。
在柜内设不间断电源装置UPS,向一些关键控制设备和PLC供电,以保证低压电源故障后,能够使提升机实现可靠的安全制动和数据保持。
1.PLC控制柜及网络化操作台(含座椅一把)1套
结构为组合式操作台,操作台上装有指示灯、仪表、选择开关、按钮、速度给定旋钮、闸力调整手柄、声响设备、数字式深度指示器等;实现提升机运行的各种控制工艺的要求。
选用的西门子S7-300可编程序控制器,完成对提升机各种设备的控制功能、各种运行工艺的要求和信号连锁要求、提升机的各种安全保护;行程位置给定功能、完成数字监控器的功能和相应的保护、完成对安全回路的监视和保护。
PLC各信号接口有一定的余量。
主控PLC由电源、CPU、通讯、高速计数、模拟量I/O、数字量I/O、调制解调器等硬件模块组成;主控PLC应用软件能完成提升机手动、半自动、检修、紧急控制开车及低速爬行等运行方式的控制要求以及特殊工况(如运输爆破器材、长材)等。
应与提升信号系统之间相互闭锁。
实现对调速系统行程速度给定的控制。
控制与监视提升系统各路电源,并应对强迫通风机实现顺序联锁控制:
起动顺序:
风机----变频器----电机
停车顺序:
电机----变频器----风机
闸控系统:
实现提升机液压制动系统控制功能,可完成恒力矩控制功能。
工作闸采用PLC自动调节,运行时由起动信号和停车信号控制工作闸的开合。
操作台上设有手动闸力调整旋钮,用于制动油压的调整。
并且在闸控回路中含有与安全回路的硬件和软件的联锁。
实现连续速度包络线监测保护和逐点速度监测保护功能。
实现数字行程给定功能,定位精度≤±1厘米,并实现数字行程罐位位置显示,在井筒内设置同步开关对光电编码器进行同步校正。
完成提升机位置闭环控制,实现位置的多重同步监测、校验等功能。
实现PLC故障状态下的低速故障开车功能。
紧急停车保护功能按下列三类设置:
●立即施闸的紧急停车,与安全回路联报警和自动断电的信号,包括:
提升容器上、下过卷、高、低压电源断电、过压及缺相保护、减速段超速、等速段超速、容器到终端时速度超过2m/s(2m/s定点超速)、制动系统油压故障、错向操作、主回路过压、主回路接地、深度指示短线、PLC故障、急停、以及变频器重故障等。
●首先按设定减速度减速,然后紧急停车的信号,包括:
信号电源欠压、制动油温高、制动油温偏低、闸瓦磨损、弹簧疲劳、主电机超温、钢丝绳滑动故障等。
●完成本次提升后,不允许再次开车的信号,包括:
主机轴瓦过热、变压器温度偏高、润滑故障等。
主控PLC具有故障自诊断珍和远程诊断功能;具有看门狗和负载能力显示功能;具有上位机监控功能,并能实现PLC程序、安全故障及事件的实时打印。
软件和硬件冗余的安全回路(现场安全事故信号采用继电器隔离后进PLC,利用PLC内部安全回路和外部继电器安全回路共同构成两重安全保护。
在PLC内部也可设置多重保护回路,以实现对各种故障的综合判断。
具有所要求的各种保护);
网络化控制、模块化组件、组合柜结构,减少设备与设备之间的连线,同时出厂时将设备组成系统进行联调。
除常规保护外,还具有下述保护:
◆深度指示器断轴保护;
◆减速点后备保护;
◆井口2m/s限速保护;
◆错向保护;
◆二级制动解除保护;
◆减速段超速保护;
◆自动换向;
◆安全回路由PLC内部和外部AC回路串联实现;
◆故障时具有语音报警功能。
◆采用电子模块作为PLC的模拟量输入、输出接口。
◆操作台上装有指示灯、仪表、选择开关、按钮、音响设备;能实现提升机运行的各种控制工艺的要求。
◆仪表主要显示的内容:
罐位数字深度指示器及柱式模拟深度指示、提升速度、电机电压、电机电流、制动油压、可调闸电流、润滑油压等。
◆指示灯的内容包括:
提升机运行状态指示、信号指示和安全状态指示两大类。
●选择开关及按钮包括:
运行方式选择开关、过卷复位开关、自锁式紧急制动按钮、
●仪表主要显示的内容:
罐位数字深度指示器及柱式模拟深度指示、提升速度、制动油压、可调闸电流、电源电压等。
●组合指示灯的内容包括:
提升机运行状态指示、信号指示和安全状态指示两大类。
●在操作台的一侧配箱放置上位监控计算机、大屏幕彩色显示器及激光打印机。
设备调试阶段可作为编程设备,正常运行时,作为上位监控系统,动态显示提升机及各辅机运行状态。
●选择开关及按钮包括:
运行方式选择开关、过卷复位开关、自锁式紧急制动按钮、半自动开车按钮、实验按钮(或开关)等。
2.脉冲编码器(含传动机构)2台
根据控制功能的要求,操作控制用轴编码器两台,以及保护用测速发电机一台。
编码器信号送入PLC中,进行独立测量、运算,完成系统控制及保护。
轴编码器和测速机之间的速度相互监测。
作为两路完全独立的行程监控器的位置信号,通过网络通讯,两路数字监控器相互比较、冗余控制,实现速度的包络线保护、位置闭环控制,确保数字监控器的准确、可靠、安全。
数字监控器的位置信号参与系统的位置闭环控制,并在操作台上及上位计算机上进行深度及速度显示。
3.上位监控计算机1套
选用进口原装工业控制计算机一台。
采用进口原装的工控机作为监控系统,该工控机与控制用的PLC通过电缆进行数据通讯。
实际运行过程中,对提升机运行过程的动、静态参数及可能危及提升机正常运行的设备进行监测监控,实现全汉字化界面、图表显示,具有对提升机系统发生的轻重故障进行诊断和保存,实现综合后备保护功能。
能实现各类报表生成,查询到提升循环速度图以及故障发生情况,显示PLC各接口的动作情况,便于线路维修。
监控软件实现:
●提升系统动静态画面生成(如提升过程动态,显示速度动态曲线-给定与实际,电流动态曲线,提升容器位置动态显示、可调闸电流、制动力矩的动态显示等)。
●具有对提升机系统发生的轻重故障进行诊断和保存,实现综合后备保护功能;能显示及打印故障发生的位置、时间、原因以及故障前的有关数据参数,对深度、速度实时值、提升种类、信号情况进行实时显示并记录。
●各类报表生成、历史记录。
●主要画面有:
系统全貌及介绍
低压供电系统图
传动系统图
液压系统图
深度与信号监视
安全回路图
动态速度及力图(至少保留三幅最新画面,可储存999次提升数据)
生产报表(能打印输出)
故障信息及事件纪录(列表及打印输出)
使用说明书(PDF版)
其他(根据需要设计)
六、人性化设计:
在追求技术先进型的同时,也注重电控设备人性化的设计。
1.造型美观大方--电控设备均采用标准尺寸型材柜,配色喷塑,双旋转门结构,内层门隔离带电与操作指示部件,透视型玻璃门,指示、仪表、操作一目了然。
2.全中文化标识所有指示、操作、执行等元件标识全部中文化,使操作维护人员无须查看图纸,任意元件的控制作用一目了然。
3.柜内照明--所有单柜内均安装照明设备,照明电源独立供电,便于安装和维护。
4.柜门贴图--在每个柜体的前后门适当位置张贴原理图和外部连线图,极大地方便维护人员查找故障点。
任何时候,来车房检修的时候,都不怕忘了带图纸。
7、技术服务与工期
1、设备出厂调试一周前通知用户赴厂培训(内容包括系统介绍、PLC、全数字调速器等培训,并参与出厂调试),培训费用免。
3、在最短的时间内完成安装和调试并达到设计性能和技术要求。
随后为现场维护人员作不少于一周的现场培训。
5、在设备使用过程中,承诺:
确属设备本身元器件质量问题的,免费更换。
不可抗力损坏或元器件自然损耗的,我公司优惠提供备件。
所生产设备提供终身免费维护。
若有元器件更换只收取成本费。
6、本条款的内容严格按洛阳源创电气有限公司企业标准:
Q/YC19300-2002《用户服务管理办法》、Q/YC19305-2002《用户技术培训管理办法》执行。
附:
零速电气安全制动的使用情况
(2005年省科技攻关项目、2006年8月25日通过省科技厅主持的专家技术鉴定)
以山东省七五生建煤矿许楼主井的零速电气安全制动的使用情况进行验证,试验表明:
在液压制动系统没有任何制动力的情况下①电机电流脉动调节②提升机往重载方向作脉动下滑,但速度均小于1m/s。
说明:
在液压制动系统失灵的情况下,依靠零速电气安全制动,能够避免高速过卷事故,并且下滑速度小于1m/s。
如下图所示。
山东省七五生建煤矿许楼主井半载零速制动图(实测)
山东省七五生建煤矿许楼主井满载零速制动图(实测)
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