上海伟肯(一采区二煤轨道下山绞车方案)

1、一采区二煤轨道下山绞车技术方案1、 总体说明矿井提升机全数字变频电控设备符合下列规定和要求：1.1煤矿安全规程（2010）。1.2 GB 3836.12000 爆炸性气体环境用电气设备1-4部分.1.3金属非金属地下矿山安全规程（GB16424-2006）。1.4矿山电力设计规范（GB50070-94）。煤矿工业矿井设计规范（GB50215-2005）。1.5煤矿地面单绳缠绕式提升系统设计规范（MT5021-1997）。1.6工业过程测量和控制装置的电磁兼容性（GB/T13926-92）1.7低压配电设计规范（GB50054-95）1.8电气设备的抗干扰特性基本测量方法（GB4859-84）。

2、1.9（89）中煤总生机字第128号文件规定的各项保护及后备保护功能。1.10现行国家电工委员会及其它有关标准。进口电气设备遵守国际电工委员会IEC标准。1.11电力装置的继电保护和自动装置的设计规范（GB50062-1992）。1.12外壳防护等级（IP代码）（GB4208-93）。1.13包装贮运标志（GBl91）。1.14低压成套开关设备和控制设备（IEC493）。1.15 电控装置的静动态性能指标完全满足提升机四象限运行的要求。1.16安全回路等关键电路采用冗余结构设计。2、 主要技术数据2.1 提升机主要技术参数型号：JK-2主电动机：YRKK5001-8（改为1140V）定子电压：

3、10KV（改为1140V）电机功率：250KW转速：741转/分2.2 提升电控系统主要参数：1） 提升方式：手动、半自动、检修、紧急控制开车（PLC故障时）、人为过卷及矿方所需要的运行方式等操作方式。2） 提升距离：xxxM3） 加减速度：加速度 m/s2，减速度 m/s2。4） 提升速度： 最大提升速度为xx m/s,检查井筒及检修速度0-0.5m/s。5） 提升水平数：13、电控系统设计及电控设备技术参数3、1系统综述：整个控制系统分为三个部分：1） 全数字交直交能量回馈式失量控制隔爆变频器调速装置；功率：315KW电压：1140V频率：0-50Hz 连续可调运行方式：四象限2） 网络化

4、操作控制系统，（安全回路双线制、速度控制回路三线制检测）；双PLC，一套主控，一套从控，同时在线，相互监控，互为备用3）网络化监控系统。3、2四象限矢量控制型变频装置变频器采用先进的AFE矢量控制技术、有源逆变能量回馈技术、新颖的操作界面，可靠性高、性能优越、操作简便。应用于四象限运行、能量反馈、动态响应快、低速运行转矩大等场合。3.2.1.高质量电源输入输入侧为功率单元提供电源，从结构上看，由于输入侧采用了IGBT功率元件，所以它相当于一个逆变器，不同的是其输入为交流，输出为直流；与传统的二极管整流或者可控硅整流技术相比，整流为SPWM可控移相同步整流，这种整流方式不再是被动的将交流转换成直

5、流，而是具备了很多的控制功能，它不仅能消除高次谐波、提高功率因数，而且不受电网波动的影响，具有卓越的动态性能。同步整流简单的工作原理可以简述为：整流电路从电网汲取正弦波交流，经过整流后输出直流电压，并保持所要求的电压值，且输入侧具有滤波电容和电抗器，滤除了大部分由单个功率单元所引起的谐波电流，大大抑制了网侧谐波（尤其是低次谐波）的产生。3.2.2变频器技术先进性一、矢量控制是全数字技术的，功率部分采用IGBT的电压源型交流变频传动装置。它给传动装置带来快速性，更高的精度，更高的可靠性，同时效率也更高。二、 人性化的操作界面：包括参数设置，故障报警以及所有的输出和其它功能。控制程序，服务程序，操

6、作员控制以及设备应答。三、 覆盖范围广：无论是单电机传动还是多电机传动，该矢量控制变频器都是可靠的覆盖全部的输出范围功率从75kW630kW，变频器的控制系统。四、 紧凑的单元：外形尺寸设计合理，最大程度的利用了空间，便于安装和检修。五、 软件：标准的软件，操作的通用性，几个传动装置的同步运行，众多功能包含在软件中。六、 卓越的动态性能：传统系统的性能经常受到负载频繁变化的影响，采用了IGBT同步整流技术，能在任何时候维持稳定的直流电压。3.2.3完美的输出特性七、 变频器额定输入功率因数大于0.96，无需功率因数补偿电容；减少无功输入，降低供电容量。八、 输出采用多重化SPWM控制，输出电压

7、纹波小，无需输出滤波装置。九、 不会因为谐波力矩而降低设备使用寿命。3.2.4提升机专用变频器的控制特性十、 实现四象限运行，解决能量回馈，电气减速或重物下放时变频器将再生电能送向电网。能够实现100%的能量回馈功率。十一、 启动力矩、低频力矩、加速力矩、制动力矩有严格要求。启动可达额定转矩2倍以上，有完善的数字控制功能。十二、 调速性能平滑，范围宽，精度高，恒转矩低速爬行时速度平稳，并满足多速度等级长期运行。3.2.5其它特性十三、 高可靠性，成熟的技术，成就高可靠性高品质的变频器十四、 高效率，优化算法，减少开关损耗，额定工况下，系统总效率高达96%以上，其中变频部分效率大于98%十五、

8、灵活强大的通讯功能，隔离RS485接口，采用MODBUS、PROFIBUS-DP通讯规约十六、 全面的故障监测电路、及时的故障报警保护和准确的故障记录保存。十七、 具有完善的自我诊断能力，在线监控系统状态。故障发生时，变频器自动采取相应的保护措施，并保存故障发生的时间、原因、故障点及故障时的运行参数，帮助维护人员迅速找到故障原因，排除故障。3.3、网络化操作和监控系统的设计由于提升机电气设备和机械设备比较复杂，且对运行的可靠性要求也高，所以故障检测，故障处理及保护回路也比较复杂。采用可编程控制器（PLC），使监视系统体积小，可靠性高，技术性能好，而且维护调试比较方便，处理故障快。本套提升机电控

9、系统主控和监控部分采用西门子公司S7-200系列PLC。操作台远程I/O，上位工控机采用PROFIBUS-DP的现场总线控制系统，远程I/O，能量回馈失量型高压变频装置及上位工控机通过PROFIBUS-DP的现场总线构成整个提升系统的网络控制系统。控制和监控系统采用PLC来完成提升工艺的控制及监控，软件保护和硬件保护部分相互冗余，对影响提升机运行的关键信号（如速度、容器位置、安全、减速、过卷等等）均采用多重保护，互为监视。上位机、主控PLC、操作保护PLC，主传动设备、信号系统通过PROFIBUS现场总线构成局域网，这样，减少了设备之间的连线，增加了系统的可靠性。并且可以与地面生产调度系统或全

10、矿集中控制系统联网通讯。实现矿山的高度自动化。3.3.1网络化操作系统功能主控计算机应用软件能完成提升机手动、半自动、全自动、检修、故障开车及紧急停车等各种运行方式的控制要求以及特殊工况如低速运行等控制要求。多种操作方式及功能 手动操作：用于运送人员、材料、维修和检查钢丝绳等工作。司机收到井口信号工开车信号后，以司机台上操纵杆给出的给定速度运行，同时速度受到行程的限制，手动控制方式带有提升方向闭锁。 半自动操作：司机收到井口信号工开车信号后，按启动按钮，提升机自动完成一个提升循环。要求半自动操作在各水平均能运行，既有自动选择水平、确定运行速度图的功能。检修运行：只允许手动操作。慢动速度在0.2

11、0.5m/s。最大速度在2m/s（大小可调），检修运行期间，控制台上应有明显的灯光显示。紧急控制方式：如果供电主回路、计算机控制及监测系统出现局部故障时，提升系统可实现全载半速运行。 人为过卷功能：如在检修时，能用转换开关实现人为过卷、速度限定在0.3m/s以下。转入正常提升时，人为过卷开关不复位不能开车。本电控系统具有先进性、经济实用、安全可靠、故障率低、维护方便等特点。采取与使用矿井斜井信号系统、防跑车系统、井口推车机闭锁等各类保护方式达到安全可靠。3.3.2网络化监控系统该系统和PLC及能量回馈失量型变频装置组网，预留厂级局域网采集提升机生产数据的接口。监控画面主要包括：电控系统全貌及介

12、绍、主要电气回路状态图、提升系统动态画面、提升窗口位置动态显示、速度曲线，电流曲线，液压系统图，图形化安全回路图，闸间隙数字量显示并指示弹簧的疲劳状态、电机减速机及液压站润滑站温度显示、当前故障报警，历史故障记忆，故障判断及诊断，生产报表等，打印机可以实时打印事故，生产报表等。画面记录的图表和曲线保留10天以上的完整资料。下图为一副典型的提升机电控系统监控画面。用户参数的显示和调整可通过监控系统设定。 典型提升机电控系统监控主画面彩色终端上的重要信号监视采用显眼的信号灯形式，以方便操作人员观察。提升机的各种信息可存储在专家服务系统中，供远程诊断使用。利用PLC系统实现提升系统自身完善的保护和故

13、障检测功能。安全可靠、系统用UPS不间断电源供电、具有全行程速度和位置保护功能。系统能够记忆提升机正常运行市的状态，从而判断提升机故障，进行故障预测及故障保护。第一故障判断和系统故障预警分析系统上位机监控软件通过专用的网络通讯协议，实时采集到足够多的提升机的运行状态信号，电机电流、电机电压等重要参数，通过对这些参数的综合性比对，利用多年来积累的现场经验，开发出第一故障判断软件和智能矿井提升机专家系统故障分析软件。对提升机运行状态监视的同时，对提升机系统的重要参数进行实时的比对，通过统计算法和模糊控制理论，对运行参数进行实时分析，根据系统的运行状态，为系统提供先进的预报警功能；在发生故障后，再通

14、过对系统重故障的优先级的确定，提供给维护人员准确的第一故障判断，同时，提供给维护人员系统故障出现的位置、原因，以及相应的处理方案。安全回路图形监视安全回路是提升机电控的命脉，为直观显示安全回路的运行状况，上位监控系统将设计安全回路的图形监视画面，并将事故点链接到相应的事故处理指导画面。技术人员在处理故障时可以象浏览IE网页一样，在上位机的指导下快速查处故障。3.4、系统配置及主要功能3.4.1主控PLCS7200S7-200为主站，完成整个电控系统的信号处理，数据计算，通讯控制，系统管理，系统操作保护等。主站PLC主要功能为:形程控制手动、半自动、全自动速度给定控制提升控制及中间闭锁安全回路井

15、筒信号控制及连锁过卷监控超速监控速度包络线监控逐点速度监控液压站控制转矩（电流）监控闸瓦磨损（弹簧疲劳）监控电源故障监控控制系统故障监控、报警故障诊断、记忆过压过流轴编码器的相互监控错向其他3.4.2从控PLCS7200从PLC的S7200根据外部冗余输入的有关数字开关量，输入模拟量，光电编码器脉冲信号等信号进行逻辑运算，同时监控提升机的启动、运行、停车等整个过程的运行状态及保护状态，以实现两台PLC相互冗余控制及冗余保护，提高了提升系统的安全性、可靠性，燕减少事故的发生。从PLC同样对控制系统进行运算比较，计算结果（容器的位置和状态）与主PLC通过PROFIBUS通信进行比较，如果两个计算结

16、果相差较大，系统会自动进行提示，以确定传感器或系统故障或进行修正。提前预知故障，减少系统故障发生，利于系统的维护维修。3.4.3传感器配置3.4.3.1失量变频器闭环速度检测用旋转式编码器：采用E6B2CWZ6C1000P/R增量式码盘组，通过弹性联轴器与电机的非传动侧连接，形成速度反馈控制变频器的输出转矩，从而控制绞车平稳的启动停止，并能精确的控制绞车的运行速度和位置。3.4.3.2提升机社会变革速度的信号采集：主轴传动装置上的轴编码器信号进入主控PLC，导向轮传动装置上的轴编码器信号进入从控PLC，作为两路完全独立的数字行程监控器的位置信号，通过PROFIBUS网络，两路数字监控器进行相互

17、比较、这，抽，实现速度的包络线保护、钢绳滑动、位置闭环控制，确保数字监控器的准确、可靠、安全。数字监控器的位置参与系统的位置闭环控制3.4.3.3测速发电机，采用Z232系列直流发电机作为另一种采集元件，通过配电器转换为020MA模拟量信号进入PLC系统，通过速度计算后与光电编码器的信号进行相互比较，冗余进一步提高系统的可靠性。3.4.3.4井筒开关由非接触式接近开关组成，安装于井筒中和牌仿上，井筒开关作为控制系统中的减速、停车和同步用，在系统运行时会自动检测开关的动作状态，如编码器运算位置开关应该动作，但实际没有动作，系统将会报警提示，提示操作人员可能开关损坏，请尽快联系维修人员进行检查。井

18、筒开关为IP65防水防油式，高的防护等级能够满足井筒内淋水情况下的正常工作。3.4.3.5井口过卷开关、井底过卷开关和极限过卷开关采用行程开关进行检测，防止接近开关误动作影响保护的可靠性。增强系统的安全性能。3.4.3.6闸瓦磨损检测开关，采用模拟式检测接近开关，能够在监视画面上直接显示闸瓦开度及磨损程度，在磨损严重时提示检修人员进行维护和进行间隙的调整。检测开关选用全进口OMRON产品，保证检测的精度和可靠性。3.4.5辅助系统配置3.4.5.1控制系统能够直接控制液压系统，并能显示液压站压力，温度，闸电流值。如果另配有恒减速系统时，系统可以进行切换到恒减速系统进行控制一级和二级制动。如恒减

19、速系统没有起到恒减速的作用时，系统将会延时进行一级或二级制动，确保系统的安全运行。3.5柜间预配控制连接电缆柜间预配电缆线：出厂前对柜间控制进行预配线，柜与柜之间、柜与操作台之间的通讯和控制电缆由我方提供，线缆两端均为接插件（进口端子组件），即插即用。动力电缆等机房布置图出来以后选定。柜间预配电缆线的好处在于：1） 设备出厂前能对整套电控进行通调，避免把差错带到现场。2） 避免现场接线的错误以及危及设备的安全。3） 减少现场安装的工作量，避免安装材料浪费。4） 通过出厂通调过程方便和更好地对矿方人员进行切实有效的培训。4、控制功能详解操作台上装有指示灯、选择开关、按钮、主令手柄、闸手柄等，能实

20、现提升机运行的各种控制工艺的要求。u 操作台能满足操作方式选择、信号显示、运行状况显示及报警功能等要求。u 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。主要有：控制手柄零位指示、制动手柄松闸位指示、控制电源合闸指示、安全回路正常指示、过卷故障指示等。u 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。整套电控系统的连接及接线形式便于现场安装和维护。1）选用Siemens公司的S7-200系列可编程控制器为主控PLC，S7200PLC为从控PLC。其中主、从控PLC互为监视控制。在PLC故障时，系统能实现继电器应

21、急操作，并具有现行煤矿安全规程规定的各项保护功能，且指示事故状态。主、从控PLC之间既有软件上的联锁，还有硬件上的联锁，对PLC的运行进行监视，防止因为PLC死机或其他意外原因造成PLC故障时能及时监测并参与安全保护。2）主控PLC应用软件能完成提升机手动、半自动、检修、慢动、紧急控制开车等运行方式的控制要求。并具有防倒车功能。3）控制与监视提升系统各路电源。并且对强迫通风风机实现顺序联锁控制；4）完成提升机运行工艺要求的控制功能及各项安全保护。5）实现对调速系统行程速度给定的控制，五道（两道编码器信号、一道井筒开关信号、一道数字监控器信号、测速发电机信号）自动减速保护，停车时自动抱闸停车。6

22、）与信号系统之间的闭锁，没有信号不能开车。信号系统的停车信号可使提升电控正常停车，信号系统的急停信号可使提升电控安全制动。7）实现完善的保护功能，对于全程包络线超速、过卷、减速、定点等安全保护具有多重独立保护。同时，还能完成定点速度监视、过负荷、欠电压、减速过速、等速过速、传动使能故障、井筒开关监视、电机及减速器油温度检测、闸瓦磨损、弹簧疲劳、信号联锁、接地检测、衬垫磨损、液压站油压及温度等监控与保护功能，并与安全回路或一次开车回路联锁，报警和自动保护。8）实现PLC故障状态下的低速故障开车功能；在PLC故障情况下通过故障开车回路能实现应急低速开车功能，速度不大于2米/秒且具有煤矿安全规程规定

23、的应有保护。9）保护功能按下列四类设置：立即施闸的紧急停车并发出声光报警。如：电源断电；主回路过压；变频装置故障、PLC控制回路故障、编码器位置偏差过大、过卷；错向；超速、速度比较错误、网络通讯故障操作台急停、信号急停、定点限速、过流、主回路失压、制动油压故障、制动器故障、闸间隙超限、主电机超温等。先按设定减速度自动减速到1m/s，然后施闸停车。如信号电源欠压、液压制动油温异常、液压系统液位异常、闸瓦磨损、弹簧疲劳、闸瓦偏摆等。完成本次提升后，不允许再次开车。如主机轴瓦过热；变压器温度偏高；运行过程中主电机冷却风机故障等。报警类故障低压电源漏电；信号电源接地及其它接地故障室温过高；控制柜温度过

24、高；10）能实现对提升机滚筒卷径的自动计算，自动校正系统的位置，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，解决衬垫正常磨损后的位置变化监测功能。系统具有手动纠偏和自动纠偏双重功能且可切换。11）主控PLC的故障自诊断，负载能力显示功能。12）软件和硬件冗余的安全回路。13）现场安全事故信号采用光电隔离等抗干扰措施后进PLC，利用PLC内部安全回路和外部硬件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。14）具有远程编程和诊断功能。利用网络通讯技术可以建立起现场设备和厂家工程师之间的实时联系，我方工程师在洛阳即

25、可对远在千里之外的设备进行数据采样和故障分析判断，极其方便地进行设备维护和处理，以缩短故障停车时间和提高经济效益。工作闸采用PLC计算控制，可自动和手动调节。 实现安全制动及闸控系统控制功能的软件及硬件已含在PLC柜及控制接口柜内。15）软件设计采用功能模块化、结构线性化设计。为便于用户阅读，软件带有完整齐全的注释。必要的软件有辅助图表，如流程图加以说明。16）数字行程监控器（含在网络化操纵台及PLC数控柜中）新型全数字行程监控器取代老式的机械式监控器实现位置开关的产生、凸轮限速信号的产生、深度位置的指示等功能，还可以进行深度值、速度值、限速值等的指示，通过与主控系统的联锁，还可以实现过卷、定

26、点限速、全速过速、减速过速、开车错向、断轴保护等另一套安全保护，并可参与到系统控制。新型全数字行程监控器的信号输入来自于卷筒轴头安装的光电编码器。数字式行程调节功能是在监测提升容器在井筒中的准确位置的基础上，根据控制指令，在提升的全过程中，按双S形曲线运行规律所限定的加速度变化率，加速度值及最大提升速度等，产生所需要的速度给定信号，控制指令信号和深度及层位显示信号。提升机每一侧提升容器位置的测量、计算、同步位置以及显示等均应为独立回路。当采用非直接方法(如增量式角度编码器等)测量提升容器位置时，必须在井筒中设同步位置开关进行位置校正。17）从PLC构成监测装置，实现对提升速度和位置的连续监视及

27、对提升机各部件的主要功能和故障的监视。 对提升速度和位置的监视功能完全独立于系统的控制及调节功能之外。电子监视和监控系统具有冗余的高度安全可靠的设备。18）留有与矿井生产管理系统联网的接口。方便以后实现全矿信息集成。19）可编程控制器之间，采用PROFIBUS通讯方式，实现安全回路双线制。两台PLC相互通信交换数据，保证绞车运行数据的可靠性。4.1、安全回路：安全电路由PLC软件和继电器接点串联构成双重冗余安全保护回路，对提升机安全运行进行双重保护，并且在事故紧急停车时直接作用于安全制动系统。安全回路中对影响提升机运行的关键信号（如速度、容器位置、安全、减速、过卷等等）均采用多重保护，互为监视

28、。多条安全保护回路之间互相冗余控制，保证提升设备的高效、安全运转。轻重故障具有声、光报警或预报警。4.2、操作方式： 设置操作手柄，司机在操作台可选择以下方式中任何一种方式操作：1）全自动：运行方式开关打到全自动方式，卷扬司机不参与操作，根据装卸载情况、信号系统指令信息自动启车，并按照设定好的速度曲线运行和准确停车。2）半自动：运行方式开关打到半自动方式，卷扬司机根据装卸载、信号系统指令信息按钮开车，并按照设定好的速度曲线运行和准确停车。3）手动：司机手柄开车，手动（自动）停车.运行方式开关打到手动方式，卷扬司机根据信号系统指令信息手动开车，提升机在最大速度以下的任意速度运行，可自动减速、准确

29、停车。4）验绳：司机手柄开车,手动停车,限定速度为/s或更低5）大件：司机手柄开车,手动停车,限定速度为4/s或更低6）检修：由卷扬司机根据信号手动操作，速度低于0.5m/s控制系统根据提升容器与去向之间的距离及提升种类，自动选取最大的运行速度，提高系统的运行效率。在任何操作运行方式下，司机通过急停按钮实施急停操作。4.3、水平选择：控制系统根据提升容器去向之间的距离及提升种类，在各种运行方式下自动选取最佳的运行速度，获得水平间运行时的最短运行时间，提高系统的运行效率。在水平间运行时，提升机（自动或半自动模式下）自动加速、自动减速、自动停车。在手动模式下在运算减速点位置进行自动的限速，使运行速

30、度自动控制在速度曲线内，防止误操作或操作疏忽造成事故或故障。4.4、司机操作台：操作台由隔爆显示屏、选择开关、按钮、指示灯主令手柄、闸手柄组成；具有显示直观，内容丰富、数据准确、操作方便的特点。速度和液压站操作手柄：速度操作手柄，制动闸手柄采用高精度线性电阻器，精度高，线性好，无噪音，使用寿命长。速度给定、制动油压给定连续可调，控制方便。4.5、应急开车：考虑一旦出现问题时提升机的应急措施，控制系统设计了简单的应急开车方式。这是一种故障状态下的开车，许多保护被强行切除，所以不到万不得已不允许使用此方式。应急操作时提升机的工作速度限定为某一设定的较低转速（如m）运行。5装置的电磁兼容性为提高装置

31、的电磁兼容性，系统设计和装置箱、台的装配设计都严格按照工业过程测量和控制装置的电磁兼容性(GBT13926-1992)要求执行。确保整个系统不受电磁干扰、供电电源的影响，并对其它设备不产生危害性的干扰。5.1 内部装配箱、台内部元器件的布置及布线1）强、弱电元器件合理布局2）所有信号电缆在电缆槽内走线3）模拟量和数字量信号电缆分开布线4）信号电缆与动力设备之间留有足够的隔离距离5）信号线和噪声线分端子排安装6）系统设置单独的接地回路7）所有电缆的屏蔽层在靠近电源侧接地8）所有设备所需要的硬件控制线路设计，尽量做到简洁明了，安全可靠9）电控柜内如使用了接触器、继电器、电磁阀等，加装吸收器件5.2

32、 设备布置整套电控装置的布置及外布线遵循下列原则1）主要连接线和干扰源保持合适的距离2）计算机及控制电路与产生噪声的设备及其布线之间保持合适的距离3）信号线和动力线垂直交叉或分槽走线4）在满足技术要求的前提下，尽量减少所用导线的截面尺寸5）不采用不同金属的导线相互连接6）尽量减少或不设中间端子板和连接板7）信号线路使用双绞线或屏蔽电缆5.3 系统接地技术良好而正确的接地可以消除或降低干扰的影响，接地系统的设计遵循下列原则：1）以尽可能短的接地路径，建立一个对各有关装置都是等电位的接地系统2）不能构成接地环路3）避免电源零线引入干扰6电控设备特点6.1 技术特点1）全数字调节，双PLC控制，上位工控机监控2）PROFIBUS现场