全数字直流电控系统可行性研究

来源 :中小企业管理与科技·下旬刊 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wkz_wkz123
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  摘要:通过对数字技术在直流矿井提升机中的研究,针对提升机的高可靠性要求,提出一种高可靠性的提升机保护系统。副井提升机电控系统采用了当今最先进的双PLC技术、并联十二脉动整流技术和磁场换向技术来改造传统的由继电器、晶闸管组成的模拟调速控制直流提升系统。
  关键词:十二脉动 矿井提升机 行程控制 PLC控制 全数字
  1 概述
  矿井提升机作为井下与地面联系的咽喉,是矿山的关键设备之一,提升机起、制动频繁,调速范围广(一般在1:40左右),要求可逆提升。采用晶闸管供电的直流调速装置,可以很方便地实现上述目标,国内外直流提升机已普遍采用这种方式,尤其是数字技术的飞速发展,全数字式直流提升机电控系统已居矿山广泛应用,其性能和优点已得到普遍好评。作为矿井上下人员、材料的副井,提升机的安全稳定性和可靠性、高效性是重要的技术指标,直接关系到人员的生命及财产的安全。原提升机属国产大功率早期产品,模拟调速控制存在技术陈旧、故障率高、运行参数易受环境影响等问题,这些因素对提升运行的安全和生产构成了潜在威胁。因此,在设计上,采用了目前最先进的全数字直流调速整流技术,以及PLC无触点控制技术,在安全回路上采用双线制,保证安全回路动作的可靠性。
  三河尖煤矿副井提升机型号为:JKM-3.25/4-I,其主要技术特征如下:
  滚筒直径:3.250m 最大静张力:450KN
  最大静张力差:140KN 变位质量:17300kg
  钢丝绳结构:6V×34+NF 钢丝绳间距:300mm
  导向轮直径:3M
  减速器型号为:ZG-90II
  减速比:7.35 最大输出扭矩:39000kg.m
  最大输入转速:735r/min 重量:23780kg
  直流电动机型号为:ZD-99/60
  额定功率:1400KW 电压:660V
  励磁他激电压:110V 电流:2240A
  额定转速:500r/min 电流:47.5A
  绝缘等级:B级 重量:17200kg
  该电控系统已使用13年之久,虽经几次改造,但线路及继电器已严重老化,而且故障率高,调速性能也不稳定,已不能满足三河尖矿现有的提升任務。
  随着计算机技术、数字电子技术的发展,尤其近几年可编程控制器的发展,其广泛地应用于工业现场控制领域,工业自动控制水平有了大幅度的提高,煤矿领域的机电自动化水平也有了很大的进步。安全是煤矿行业的“天字号”工程,为了切实保障煤矿的安全提升,煤矿装备了各种安全保护设施,各种监测监控系统,但是各种保护设施的增加,也提高了故障发生的机率,给维护人员增加了困难。
  本课题采用现代的计算机技术、数字电子技术,利用可编程控制器控制绞车的运行,提高绞车提升的安全可靠性,实现绞车的全自动运行。
  2 方案设计、设计原则
  ①安全性。系统的安全性是设计时应首先考虑的因素。安全问题是煤矿的头等大事,因此,一定要确保系统自身的安全:其应符合煤矿安全规程的要求,系统装备上尽可能实现人与物的本质安全。②可靠性。系统的可靠性是设计时应考虑的重要因素。一定要确保系统的灵敏可靠,不能出现错误的信息和动作,其系统的可靠性是安全性的重要保障。③科学性。系统的设计一定要科学合理,采用当前最先进的技术与方法,保证系统的科学技术先进性。④可用性。设计的全数字自动直流电控系统应便于安装、施工、维护;便于系统的功能扩展和容量扩展。⑤经济性。全数字直流电控系统软硬件的投资不应过高,应该经济合理可行,其应用应该带来一定的经济和社会效益。
  3 电气系统组成
  该提升机电枢回路采用了并联12脉动调节方案,一台主整流变压器副边有两套绕组,联结方式为D/d0-Y1,副边两套绕组电压相位差30°,分别送给两组整流柜,经均衡电控器进行变换和迭加后,在电机两端得到12脉动的直流供电电压。
  3.1 以高压开关柜、低压配电柜为主体组成的高、低压供电系统,其功能是对主整流变压器和调节控制及PLC等回路供电,使系统具备工作条件。这些系统中配有必要的电压、电流测量、指示及保护等措施。
  3.2 以电枢整流调节柜、励磁调节整流柜、主变压器、励磁变压器、平波电抗器、直流快速开关为主体组成的晶闸管变流设备,它是提升机的核心部分,是实现电流变换、进行能量传递、实现速度控制和电流调节的关键。电枢和励磁整流调节柜采用的是西门子公司6RA70全数字调速装置,晶闸管整流和电流闭环调节融在一体,应用了数字调节和数字触发技术,静态参数设置数字化,操作键盘化;动态参数自动优化;触发同步信号无需调整,采用自同步方式,触发脉冲对称精度非常高。速度闭环控制与励磁电流闭环控制共用一套西门子6RA70全数字调速装置,采用高精度和可靠性的脉冲编码器作为速度检测和反馈元件,速度调节静差小、精度高。
  3.3 提升机控制系统以PLC控制柜为核心,包括司机操作台和检测、保护等设备或器件。PLC是控制系统的核心,它实现提升机的开车、加减速和停车控制,并进行行程监视,保证提升机的安全运行。
  4 设备功能说明
  电枢整流柜
  电枢整流柜共两台,通过并联后为电机供电,如下图所示。电机两端电压Ud与每台电枢整流柜输出电压Ud接近;电枢电流Id为:Id=IdI+Id2
  ■
  采用并联12脉动控制具有以下优点:①可以大大减少整流所造成的谐波对电网的“污染”,改善了电网侧电流波形,减小谐波分量;通过并联12脉动后,整流所造成的主要谐波由5次、7次,变成11次和13次,谐波量也有所减少。②可以减小无功冲击。③减少了直流脉动量,提高了直流供电质量。④提高了直流输出电压,为高电压的直流电机提供了更高的可靠性。   在两台电枢整流柜中,1#整流柜负责速度闭环调节控制、1#、2#整流柜有各自的电流闭環调节,电流给定信号都来自速度调节器的输出。
  电枢整流柜电路图见SFD-LT(SHJ+DL),其中YA1为西门子6RA70全数字调速装置,包括晶闸管整流桥和电子调节板,1#整流柜的6RA70除作电流闭环控制外,还作速度控制,电流给定从装置之间的通信线传入,K4.3闭合时,装置进入运行状态,此时只要有电流给定,就会有整流输出。在1#整流柜中,速度给定信号由X174:4和X174:5输入,速度反馈信号由光电编码器的测速输出直接入X173。柜中RV1~RV4为交直流侧的过压保护元件,防止操作过压或雷击对晶闸管元件的破坏。
  5 技术要求
  5.1 直流变流调速传动采用西门子6RA70全数字晶闸管直流调速装置,磁场固定(可调),电枢可逆、四象限运行、并联12脉动供电;6RA70全数字晶闸管直流调速装置型号为:电枢6RA70,额定输入电压AC690V,额定输出直流电流2000A;励磁6RA70,额定输入电压AC400V,额定输出直流电流60A。
  5.2 要求配置与现有运行系统相同,与现有运行系统互为备用,在短时间内能够完成转换,新柜与现柜主回路采用电缆连接。
  5.3 能够实现速度闭环、电枢电流闭环和励磁电流闭环的全数字调节控制;实现电流限幅、数字触发、自动调整相位。
  5.4 自动实现“S”形加、减速度给定曲线。
  5.5 能实现速度无静差控制。采用轴编码器作速度反馈,静态调速精度在0.1%以内。
  5.6 采用数字触发技术,自动控制晶闸管触发脉冲的相位。
  5.7 采用无环流控制逻辑,实现提升机四象限运行。
  5.8 具有自动化优化功能
  通过参数设置,可以对下列内容进行自动优化:
  ①电流闭环参数。
  ②速度闭环参数。
  5.9 在全数字调节装置出现故障信号时,应该具有故障存储和查询的功能,并对要求输出的故障可以进行输出。
  参考文献:
  [1]陈敬明.全数字直流电控系统在葛泉矿的应用[J].河北煤炭,2012(03).
  [2]刘畅,吕海清.全数字直流调速装置在矿井提升机电控系统中的应用[J].有色矿山,2003(02).
  [3]李静,韩为学.全数字直流电控系统在矿山应用实践[J].矿山机械,2002(08).
  作者简介:杨传名(1985-),男,江苏徐州人,助理工程师,研究方向为机电。
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