礦井研究機電控系統(tǒng)設(shè)計方案

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1現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用設(shè)計

目前國內(nèi)由于提升機的各組成設(shè)備及控制裝置大多由不同廠家提供，提升機電控成套廠商生產(chǎn)的提升機電控系統(tǒng)主要實現(xiàn)對提升工藝進行控制和監(jiān)視保護，而與之相關(guān)的定量裝載控制(主井配套設(shè)備)、井底和井口操車控制(副井配套設(shè)備)、提升信號控制、液壓制動控制、輔機控制等系統(tǒng)相對獨立，只進行簡單的閉鎖控制和監(jiān)視。隨著PLC在上述各控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，特別是網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，通過網(wǎng)絡(luò)通信將上述控制系統(tǒng)連成一體，形成包括所有提升機組成設(shè)備控制子系統(tǒng)的提升機電控系統(tǒng)。目前提升機電控系統(tǒng)中廣泛使用西門子S7系列PLC，具有Profibus－DP外部現(xiàn)場總線接口，因此選用Profibus－DP網(wǎng)絡(luò)作為通信方式。Profibus是一種國際化的、開放的、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)廠商的現(xiàn)場總線標準，適用于工廠自動化車間級監(jiān)控和現(xiàn)場設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制，能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場級到車間級監(jiān)控的分布式數(shù)字控制和現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)采用3層體系結(jié)構(gòu)，最低層為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，從現(xiàn)場各類傳感器設(shè)備中采集數(shù)據(jù)，執(zhí)行控制指令;第2層為實時信息處理系統(tǒng)，對現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)進行分類顯示，包括故障記錄、實時顯示、打印等;第3層將數(shù)據(jù)及其相關(guān)信息寫入服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析等處理，滿足信息通過網(wǎng)絡(luò)與第3層客戶端相連的要求，客戶計算機可通過瀏覽器直接使用和監(jiān)測現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)。圖3基于現(xiàn)場總線的分布式提升機控制系統(tǒng)架構(gòu)基于Profibus現(xiàn)場總線的分布式提升機電控系統(tǒng)，可解決目前提升機電控系統(tǒng)中存在的分散控制導(dǎo)致集約控制能力差、信息傳輸受限、信息采集不完全且不能共享、系統(tǒng)可靠性低、維護量大等一系列問題，減少系統(tǒng)設(shè)備間大量的I/O和模擬量電氣連接，在節(jié)約成本的同時降低系統(tǒng)故障率和維護費用，在拓展信息量的同時提高控制的有效性和穩(wěn)定性。

2變頻調(diào)速裝置選型設(shè)計

大型礦井提升機傳動調(diào)速裝置是電控系統(tǒng)的重要組成部分，傳動調(diào)速裝置的性能直接關(guān)系到提升電控系統(tǒng)的穩(wěn)定與可靠。目前礦井提升機傳動調(diào)速裝置主要采用直流調(diào)速和交流調(diào)速方案，直流可逆調(diào)速方案具有調(diào)速連續(xù)、機械沖擊小、低速轉(zhuǎn)矩大等特點，但因直流電動機受結(jié)構(gòu)和制造工藝制約，以及外圍設(shè)備多、控制復(fù)雜、維護量大等缺點，直流調(diào)速方案目前在大型礦井提升機領(lǐng)域的推廣應(yīng)用逐漸受到限制。與直流傳動系統(tǒng)相比，交流傳動具有效率高、過載能力大、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，且可做到大容量和高電壓，因此隨著變頻調(diào)速控制技術(shù)日益成熟，交流變頻調(diào)速尤其是同步電動機交－直－交變頻調(diào)速成為大型礦井提升機傳動調(diào)速的主流解決方案。筆者所設(shè)計的千米深礦井提升電控系統(tǒng)電動機容量大，提升速度高，為滿足系統(tǒng)要求，選擇了同步電動機交－直－交變頻調(diào)速方案。由于礦井提升要求調(diào)速精度高、動態(tài)相應(yīng)快，能夠滿足此要求的變頻裝置多采用二極管嵌位三電平交－直－交變頻調(diào)速方式，目前能夠提供此類變頻裝置的主要有西門子公司SM150系列產(chǎn)品、ABB公司ACS6000系列產(chǎn)品及中國礦業(yè)大學(xué)ASCS系列產(chǎn)品等。其中西門子公司的SM150系列及ABB公司的ACS6000系列都是采用IGCT功率器件，并使用水冷技術(shù)，而中國礦業(yè)大學(xué)的產(chǎn)品采用高壓IGBT功率器件及風(fēng)冷散熱技術(shù)，在控制策略上西門子公司及中國礦業(yè)大學(xué)采用矢量控制技術(shù)，ABB公司采用DTC直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)，各公司產(chǎn)品在技術(shù)水平上各有特點。根據(jù)使用單位經(jīng)費預(yù)算及現(xiàn)場技術(shù)人員對相關(guān)產(chǎn)品的熟悉程度，最終選用一套西門子公司的SINAMICSSM150中壓電壓源型交－直－交變頻器來構(gòu)成同步電動機全數(shù)字變頻調(diào)速控制系統(tǒng)。

3結(jié)語

根據(jù)筆者所述方案對某礦副井提升機電控系統(tǒng)進行設(shè)備選型、圖紙設(shè)計及軟件程序設(shè)計。電控系統(tǒng)經(jīng)現(xiàn)場安裝調(diào)試，并投入試運行，現(xiàn)場運行結(jié)果表明，系統(tǒng)控制功能完善、速度曲線平滑、行程準確、安全可靠性高，同時故障診斷管理系統(tǒng)方便了現(xiàn)場維護，易于操作，完全滿足大型現(xiàn)代化礦井安全高效穩(wěn)定運行的需求。

作者：劉輝 倪文婧 單位：天地科技股份有限公司