矿山绞车电控方案

矿用绞车变频电控系统技术方案

一、执行标准及规范

1 《煤矿安全规则》；

2 《矿用电力设计规范》；

3 《煤矿提升绞车安全检验规范》；

4 GB3836.1~4-2000《防爆规程》；

5 GB/T13926-92及IEC标准《工程测量和控制装置的电磁兼容性》；

6 JB4263《交流传动矿井提升机电控设备技术条件》和JB8526-1997《安全回路设计

应为双线冗余制》；

7 满足现场井下绞车电控技术要求；

二、HX-KBJ1系统配置及概述

1、BPJ1型隔爆兼本安变频调速装置

本系统主回路选型考虑到煤矿生产条

件恶劣以及供电电网不稳定等因素，传动部分

所有功率器件为原装进口器件，包括西门子整

流回馈单元、逆变器、电抗器、变压器等。

2、KXJ-127 矿用隔爆兼本安型可编程控制器

提升机控制系统主要由两套西门子可编程序

控制器（PLC）和部分硬件电路组成。其主要功能是在PLC1内由软件功能块完成。提升机控制系统主要包含以下方面：

1)主控系统：由PLC1构成，完成提升机的控制功能和保护功能。

a）完成提升机手动、检修等运行方式的控制。

b）完成提升机逻辑控制与闭锁。

c）完成传动系统的运行控制与速度给定。

d）完成与提升信号系统的控制与相互闭锁。

e）完成提升机机械、液压、电气等方面的故障检测、报警、保护功能。对如过卷、等速超速、减速超速等重大故障实行硬软件多重保护。

f）完成轴编码器之间的相互监控与断线保护。

g）形成硬件安全电路与软件安全电路，两者相互冗余，相互闭锁。

h）实现提升机液压制动系统中工作闸与安全闸的控制。

i）能对提升机的位置、运行速度进行测量和数字指示。

j）按照故障性质、提升系统故障分为三类：立即安全制动故障、先电气制动后安全制动故障、完成本次开车后不允许再次开车故障。

2) 监控系统：由PLC2构成，其位置检测用的轴编码器采用单独的一台。其主要功能如

下：

a）实现对传动系统以行程为自变量的速度给定，完成位置控制。

b）自动生成位置—速度包络线曲线，完成提升机速度监控。

c）完成提升机双线制所要求的过卷、超速、限速、减速等保护功能。

d）与主控系统PLC1输出的位置信号和速度信号分别进行比较，实现两套PLC系统的运行监控功能。

e）形成软件安全电路，并与其他安全电路相互冗余与闭锁。

f）在主控系统PLC1故障时，能完成有关提升控制。

3、TH1-24（12）型本安操作台及PB1- 24型触摸屏箱

本安操作台上集成安装了隔爆的智能化面板箱，采用

滑槽方式，拆卸安装非常方便。本安操作台和控制箱配置

了10寸触摸屏和西门子S7-200系列PLC，是整个变频绞

车控制系统的控制、操作和显示核心，对整个系统进行控

制和监控，同时生成速度图、电流趋势图以及运行历史记录。

4、ZFL-D矿用防爆编码器

本系统共采用两个矿用防爆编码器，用于监测提升机的位置、速度等信号。矿用防爆编码器分别采样传动系统的起点和终点，独立形成两个位置信号及速度信号，生成等速超速、定点超速、减速超速、限速保护等各种保护，实现保护的双线制。

三、系统基本特点

本方案的调速部分，选用我公司生产的BPJI系列矿用隔爆兼本质安全型交流变频器，它由原装进口变频器、S7-200PLC控制器、电抗器、自耦变压器、隔离栅、本安电源、交流真空接触器等器件组成。

1.先进的无速度传感器矢量控制技术

无速度传感器矢量控制技术将直流控制中的双闭环（速度环、电流环）调节控制通过一系列矢量变换后用于交流三相电机的控制，使交流三相异步电机的调速性能可以和直流电机一样好，其调速精度高，性能好。采用矢量控制技术，当使用编码器反馈时，调速精度可达0.001%，转矩调整率为2%，其性能相当于大功率的直流调速装置；在无编码器反馈时，调速精度为0.5%，转矩调整率为5%，使交流电动机调速范围提高到120：1，同样可获得精确的速度和转矩控制，使变频器应用范围更广泛。

采用矢量控制技术后，在零速度下获得强大的、精确的输出转矩。变频器的这种“零转速时的满转矩输出”的特性，应用在具有位能性负载的场合时非常适宜的。

2.先进的IGBT功率模块，功率消耗小。

3.自动换向变频技术

四象限运行，当电动机减速制动时，从逆变器返回的再生功率使变频控制装置内直流母线电压升高，变频控制装置内控制芯片发生指令，使输入电流相伴与电源电压相伴相反将电动机再生能量通过制动单元实现电动机的能量再生制动。

4.先进的机械制动应用技术

图2 电动机的能量再生制动

在绞车控制系统中要求变频器在四象限运行、200%力矩起动、启动次数频繁等苛刻条件下工作，变频器如果在没有力矩输出时就打开抱闸是很危险的，不符合《煤矿提升绞车安全检验规范》的要求。本变频器是将抱闸的信号由变频器的输出端子控制，防止绞车溜钩。原理是：用电流互感器检测输出电流，进行向量分解以检测电机定子磁场位置，计算反馈为控制处理器CPU，经CPU运算分析并通过专用ASIC电路发出控制信号，触发门极驱动器来控制IGBT桥的PWM调制电压、频率的。整个过程在极短时间内循环完成一次。当输出力矩足够大（>150%）时打开炮闸，运行时电动机出力将自动保持在能够提升重物所克服的摩擦力和向上的加速度上。

5.变频器能提供无温度传感器的温度自动补偿。保证转矩输出与期望的转矩一致：

6.具有PROFIBUS-DP通讯接口，便于和PLC及上位机通讯组网：

7.与防爆变频器配套的进线电抗器、LCL滤波器或自耦变压器保证了电机反馈的再生能量

不会污染电网和干扰其它设备的正常工作。

四、主要技术参数

A.现场提升机的主要技术参数

1、滚筒个数：1个；(四剖分割)

2、滚筒直径：3000mm;

3、滚筒宽度：2500mm;

4、减速器速比：31.5

5、最大静张力：130kN；最大静张力差：130kN

6、缠绕层数：两层；提人兼提物

7、正常运行:0-3.63m/s，速度连续可调；应急运行:0-2m/s,速度连续可调；最大提升速度：3.63m/s；提人、最大件提升速度：2.5m/s，速度连续可调；升降人员时最大加速度和减速度不得超过0.5 m/s2.

8、钢丝绳直径：∮32

9、钢丝绳缠绕长度：≥1162m（两层缠绕）;

10、配套隔爆型变频调速专用主电机：YBP-8 315KW 735r/min 660V，过载系数1.8倍，电机绝缘等级不低于F级，选用国内知名品牌。

B.绞车变频控制系统技术参数

1.输入电源电压AC660V，频率50Hz；电压允许波动范围-15%～+15%；频率允许波动范

围±2.5%；

2.输出频率范围0～50Hz连续可调；