大型矿井提升机电控系统介绍

安全回路
制动器立即动作的安全回路（主要）： 提升容器过卷； 高、低压电源断电及缺相故障； 主回路过电压或接地； 电枢过电流； 励磁回路失电源、过电流、磁场失 磁； 位置控制装置故障； 变频装置故障； 减速段超速10%及超最高速度15%； 微机故障； 制动油路系统故障； 钢丝绳打滑超限； 错向操作； 监控器与主轴失联； 定子、转子回路故障； 控制系统、调节系统故障； 尾绳故障； 手动操作紧停； 其它双方认为需要紧急制动的故 障。
PLC控制系统特点
位置、速度、转矩三闭环控制 （1）位置控制：提升控制工艺中位置决定了速度，位置给定值决定了 速度给定值。通过轴编码器反馈回来的实际位置信号，实时调整速度 给定值，确保提升机完全按照设计曲线运行。同时根据反馈回来的位 置值来判断何时停车，实现精确停车。 （2）速度控制：西门子提升系统为全数字控制，闭环无级调速。由于 加入了冲力值（加速度的导数）控制，使得在速度的拐角处实现了S 弧线，减少了对钢丝绳和机械设备的冲击和磨损。速度的精确检测和 闭环控制，实现了在速度为0 的情况下施工作闸停车，改变了传统方 式下的靠停车开关停车，靠磨闸瓦停车。 （3）转矩控制：西门子高性能的传动装置确保了转矩的静态精度和动 态响应。力矩预置功能保证了提升机启动时不会下坠或上蹿，启动平 滑。力矩保持功能保证了零速停车施闸时提升机不会倒溜。减少了启 动和停车时对机械设备的冲击和闸瓦的磨损。 三闭环的控制方式使系统能严格按照设定曲线运行，全数字的闭 环控制方式使停车位置准确，不依赖停车开关停车，减少了故障点， 自动化程度高，减少了系统运行过程中人工的参与。
PLC控制系统特点
PLC 主要用来实现逻辑连锁控制和保护功能。S7-400 是西门 子公司生产的高端PLC 系列，其在处理时间，处理精度，容错 能力，故障率，扩展能力，通讯能力，易用性等方面均具有很 高的优越性。
FM458 是针对某些行业对自动化和工艺控制要求比较高的场合 下而开发的64 位处理器。高浮点运算能力和程序固定时间处理 能力充分满足了矿山等行业对工艺控制的准确性与实时性的要 求。 FM458 主要用来实现工艺控制，比如位置、井筒开关信号 检测，行程控制，速度控制，工艺控制等。 所有远程信号采集和控制均采用Profibus 通讯方式进行，在 远程站放置ET200 装置。这种分布式网络控制方式布线简单， 拓扑扩展方便，减少了现场接线，维护方便，故障率低，为设 备生产和故障处理争取了大量的时间和人力。
操作方式
手动控制方式：司机用操作手柄控制提升速度，但受位置限制。 半自动控制：司机在提升机房的操作台按钮操作，提升机进行半 自动运行。 自动控制：提升机电控在收到井筒打点信号后，提升机进行自动 运行。 检修运行：低速检查井筒及钢丝绳，只允许手动操作，速度0.3～ 0.5m/s。 紧急操作：控制及监控系统出现局部故障时，通过屏蔽某些故障， 在安全回路仍能合上的前提下，提升系统应能用手动应急方式(速度 限定在1.5m/s以内)完成本次提升，但在故障未排除之前无法再次启 动提升机。
大型矿井提升机
中压交直交变频调速电控系统
中压交交变频调速电控系统
矿井提升机电控系统现状
工业自动化技术发展很快，曾占据提升机电控系统主要地位的转 子串电阻调速系统在不到十年时间里从鼎盛走向了淘汰； 矿井提升机电控系统普遍进入了系统网络化、操作自动化、安全 多重冗余、高效节能的时代。 采用PLC（可编程控制器）控制系统和数字化的传动系统。
矿井提升机中压交-交变频调速电控系统 传动系统介绍
中压交-交变频调速系统
中压交-交变频调速系统以SIEMENS公司产品为例，主回 路采用了可控硅整流方式，调速性能好、容易实现低速大转 矩拖动。经过多年使用证明，该系列产品成熟可靠，是目前 大容量矿井提升机电控系统中的运用最多的产品。
中压交-交变频调速系统性能参数
中压交-交变频调速系统主要特点
6脉动运行 在紧急情况下（如一侧，即一路6脉冲回路的高压开关柜、或变压器、或 交交变频器损坏的情况下），系统可以通过方案中提供的切换开关将患侧 设备甩掉，使电机的两个绕组串联起来，并联接至健全侧的设备，从而使 系统以全载半速的方式将罐笼提升到位。 在患侧设备未恢复之前，系统可以以这种方式长期运行而不会对设备造 成不利影响。这种功能及配置方式可以极大地提升整个系统的可用性。
中压交直交变频调速系统性能参数
1、SM150中压交-直-交变频传动系统参数： 额定输出电压3.3 kV 最大持续功率（无过载能力）：10~30 MVA 额定功率（175% 过载能力）：5~17 MVA 调速方式：高压交-直-交变频调速（矢量控制方式） 输出电压：0-3.3KV连续 变频器形式：三电平（主功率器件为IGCT） 冷却方式：水冷 2、配套提升机类型：多绳摩擦式矿井提升机； 3、配套主电机：额定电压为3.3KV的低速同步电动机，与卷筒直连；
中压交-交变频调速系统主回路
中压交-交变频调速系统
中压交-交变频调速系统主要特点
变频器应用先进的高性能矢量控制原理。 系统结构单一，简洁：系统的主回路功率元器件只有可控 硅和熔断器。对用户技术人员的掌握和维护方面的要求并不 比直流传动系统高出多少来。对使用者来说，其为维持日常 生产而所需配备的备件种类和数量要比交直交传动系统要少。 而且国内有一些工程公司和研究单位已经能够掌握系统的维 护工作。 交交变频传动系统，最适合运行的场合为：低速，大转矩 输出场合（比如说在0~10Hz，尤其是在0~3Hz）；而矿井提 升机恰恰就为低速大转矩的应用场合。
PLC控制系统特点
提升机控制工艺复杂，设备之间连锁较多，对实时性和安全性要求甚 高。提升机控制系统把安全可靠性摆在第一位。所有的与安全有关的现 场设备信号分别进入主控、监控系统进行连锁比较，任意一个系统发现 故障信号时立即采取相应措施，有效避免了单PLC 系统可能发生的信号 误采集，CPU 自身运算错误等故障发生。主控PLC、监控PLC 系统在工艺 控制功能上实行双路独立信号采集、状态判断、实时运算、控制指令生 成等，再进行互相比较的方式，确保了控制的每一步都是安全的。
SM150中压交直交变频系统主回路
SM150中压交直交变频系统
6脉动/12脉动整流谐波幅值
有源前端谐波幅值
SM150交直交变频器主要特点
变频器应用先进的高性能矢量控制原理。 带有源前端(AFE)的交-直-交变频器，基本没有谐波畸变 和无功功率损耗。 有效的解决了电力电子器件耐压不够高的问题，开关器件 所承受的关断电压被限制在直流中间回路电压的一半。 三电平逆变器输出负载电压电平数高于二电平逆变器，输 出波形质量有较大改善，减少dv/dt对电动机绝缘的冲击。 使用IGCT 具有极低的开关损耗。 电网端带能量回馈控制使得功率因数可调，可保证系统主 回路对电网的功率因数优于0.95。 采用水冷却方式以使整个结构更加紧凑。 由于使用了高阻抗变压器以对电流限制，所以变频器采用 了无熔断丝设计
1、中压交-交变频传动系统参数： 额定输出电压1000-1650VAC 适用主电机额定功率（175% 过载能力）：2600KVA以上 调速方式：矢量控制方式 输出电压：0-1.65KV连续 变频器形式：可控硅整流 冷却方式：风冷 2、配套提升机类型：多绳摩擦式矿井提升机； 3、配套主电机：额定电压为1KV-1.65KV的低速同步电动机，与卷筒 直连；
中压交直交变频调速系统
中压交-直-交变频调速系统以SIEMENS公司SM150为例，主回路 采用了中性点钳位型三电平结构，使用比IGBT损耗更小的IGCT功率 器件。以最少的功率器件实现了大功率提升机的电气拖动和调速， 调速性能好、可靠性高、谐波小、功率因数高。是目前大容量矿井 提升机电控系统中的高端产品，代表了世界上当前矿井提升机自动 化领域的先进技术水平。
矿井提升机中压交-直-交变频调速电控系统 矿井提升机中压交-交变频调速电控系统 控制系统介绍
PLC控制系统网络图
PLC控制系统原理图
PLC控制系统为两路： 第一路为：提升机工 艺控制、监控系统。 构成方式为： S7400-PLC+FM4581DP+ET200。负责提 升机控制和监控功能， 以及与传动、信号等 的连接。 第二路为：提升机监 控系统，构成方式为： S7400-PLC+FM4581DP+ET200。 提供独立的一套提升 机监控功能。


传动系统包括交流变频调速系统和直流调速系统，交流变频调速 系统包括交直交变频调速系统和交交变频调速系统。
大型提升机电控系统（主电机功率大于2600KW）多采用中压交流 变频调速系统，包括：中压交-直-交变频调速电控系统和中压交 -交变频调速系统。

矿井提升机中压交-直-交变频调速电控系统 传动系统介绍
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允许一次提升循环结束后进行安全制动的安全回路， 这类故障主要有： 液压制动系统油温偏高； 电机温度和主轴轴承温度、天轮轴承温度超限； 变压器温度偏高； 通风系统故障；
其它双方确定的允许一次提升循环结束后进行安全制动 故障。