二矿副井提升机电控制系统设计.docx

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二矿副井提升机电控制系统设计

摘要2

二矿概述2

主要参数3

第1章电动机的运行方式4

1.1电动机启动方式的选择4

1.1.1转子回路串接电阻起动5

1.1.2转子回路串接频敏变阻器起动5

1.2电动机调速方式的选择6

1.2.1变极对数调速方法6

1.2.2变频调速方法6

1.2.3串电阻调速6

1.2.4定子调压调速方法7

1.2.5电磁调速电动机调速方法7

1.2.6液力耦合器调速方法7

1.3电动机制动方式的选择8

1.3.1机械制动8

1.3.2电气制动9

第2章提升机电控系统的主要组成12

2.1主回路12

2.2定子回路12

2.3转子回路13

2.4辅助回路13

2.5安全保护回路13

第3章提升机系统的机械部分16

3.1机械部分16

3.1.1天伦16

3.1.2滚筒16

3.1.3钢丝绳16

3.1.4减速机17

3.1.5润滑系统17

3.2油压系统（液压站）18

3.2.1液压传动的工作原理和组成18

3.2.2液压传动的特点、优点和性质18

第4章提升机系统的电气部分19

4.1智能性全数字交流主控台19

4.2高压真空换向柜20

4.3可控硅加速柜21

4.4高压馈电开关柜22

4.5附件23

4.5.1轴编码器23

4.5.2力变送器23

4.5.3位置开关23

第5章电气设备的操作、维护和故障处理23

5.1电气设备的操作23

5.1.1许可运行条件23

5.1.2开车前的检查、操作注意事项开车前检查23

5.2电机的维护24

5.3常见故障及处理错误！

未定义书签。

第6章新技术新设备的展望26

致谢28

参考文献28

摘要

本文介绍了二矿副井提升机的电控系统的设计，根据当前我国煤炭控制系统改进的基本要求，深入现场调查研究。

因此，我们要了解和掌握矿井提升系统设计的基本要求和基本知识，及时收集第一手质料。

一步步的完成我国矿井提升系统的要求，使系统能够实现自动化提升的同时，使运行更加可靠。

并根据我国《煤炭安全规程》规定，对原系统增设了各种保护：

减速点后备保护，2M限速保护，断轴保护，两套松绳保护和煤位保护等。

使提升系统运行更加经济合理的同时安全可靠。

当然通过本次的设计，我学到许多平时学不到的知识，也培养了自己严禁的科学态度工作作风和逻辑思维方式，为以后的工作和学习打下了坚实的基础。

提升机的作用在于它的运行操作，针对传统提升机采用转子串电阻的调速方式存在的问题，采用PLC与高压变频器

相结合的控制方案对原有电控系统进行改造，提高了整个电控系统安全可靠性、控制精度及调速性能。

当速度降到设定的速度时，提升机进入到低速段运行，并保持该速度运行。

当提升容器运行到卸载位置时，主控台检测到容器到位信号后，工作闸回路断电抱闸，控制变频调速柜停止输出，至此完成一次提升过程。

关键词：

提升系统、安全可靠、保护、运行

二矿概述

平煤股份二矿位于平顶山市区北部，井田面积26.4km2,是平顶山矿区开发建设的

第一对矿井，始建于1955年9月8日，1957年10月1日建成投产，原设计生产能力21万吨，服务年限20年。

建矿以来，几经边界调整和矿井挖潜改造，上世纪90年代，矿井年产量稳定在50〜60万吨。

进入新世纪，平媒股份二矿抢抓发展机遇，实施科教兴矿战略，创建特色企业文化，着力提升矿井综合能力。

煤炭产量以每年20万吨以上的幅度递增，2003年突破100万吨，2005年139.6万吨。

2007年以来，二矿按照“三有三优”（安全有保障、发展有后劲、管理有秩序；文化优秀、环境优美、生活优裕）的发展目标和持续稳定、和谐发展的总路线，大力发展采掘综合机械化、生产自动化、管理信息化，生产力水平迅速提升。

同时，二矿人秉承井上井下同步发展理念，建成“和园”、“谐林”、矸石山生态公园三个有二矿特色的生态公园，矿井呈现又好又快发展的局面。

2007年，原煤产量达到207万吨；2008年原煤产量达到208万吨；2009年，原煤产量达到240万吨。

矿井上下生产、生活条件显著改善，跨入集团公司骨干矿井行列。

先后荣获全煤系统企业文化示范矿、文明煤矿，质量管理标准化矿井，全国“安康杯”竞赛优胜企业，全国“五一”劳动奖状，省级文明单位，省属国有企业“五好”基层党组织，河南省煤炭系统“五优”矿井、企业文化示范矿、文明煤矿、安全生产先进单位，河南省创建和谐劳动关系模范企业，集团公司最高科技奖等荣誉。

近两年来，先后有30多家省内外兄弟单位到我矿参观交流。

进入2010年，平媒股份二矿认真学习贯彻集团第一次党代会和2010年工作会议精神，全面落实科学发展观和新型资源观，瞄准“精品二矿”（生产高效稳定、安全保障有力、效率效益提升、管理文化深化、环境更加优美、职工更加富裕）目标，进一步优化生产布局，加快系统调整，夯实安全基础，提升队伍素质，推进管理升级，增强矿井活力，争取圆满完成各项工作任务，为集团实现千亿跨越作出应有的贡献。

主要参数

1．提升机标识牌型号：

XKT2*3.5*1.7B20卷筒直径：

3.5卷筒宽度：

1.7m钢丝绳直径：

?

43mm提升速度：

6.8m/s提升高度：

243.5m井筒：

竖井提升容器：

6t箕斗减速比：

20：

2．主电机标识牌

型号：

EFUDQ

容量：

800kw

转速：

740r/min定子参数：

6000V/98A

定子电压：

10000/6000v

定子电流：

58/998A

转子电压：

1044/1085v

转子电流：

485/439A

3.减速机标识牌

型号:

ZHR-170K

减速比:

20传动级数:

2最大转入速度:

750rpm

4.低频电源柜

最大输出电流：

250A电源电压：

AC600v

低频输出电压：

50〜600v

低频输出频率：

2〜5HZ

5.高压真空换向器

额定频率：

50HZ

主回路额定工作电压：

6KV10KV3.6KV

控制回路额定工作电压：

220V

国外进口电控系统110V时配用110V/220V变换器工作

主回路额定工作电流:

250A400A

控制回路额定工作电流:

起动电流

6.高压开关柜

额定频率：

50HZ

额定电压：

7.2KV

额定电流：

600A

第1章电动机的运行方式

1.1电动机启动方式的选择

选择电机的启动方式，就是为了避免电机启动时对电网造成的冲击，使电网电压下降。

电动机启动方式分直接启动和降压启动两种，其中降压启动又分星三角启动，自耦变压器启动，延边三角形启动，转子串联电阻启动，频敏变阻器启动以及微电脑控制软启动等多种。

如果电动机直接启动，起动电流狠大，会对电机造成不良影响。

启动方式的特性曲线：

图1-1启动特性曲线图

1.1.1转子回路串接电阻起动

绕线式三相异步电动机可以在转子回路中串入电阻进行起动，这样就减小了起动

0Xpr2X2XavXIAin

电流。

一般采用起动变阻器起动，起动时全部电阻串入转子电路中，随着电动机转速逐渐加快，利用控制器逐级切除起动电阻，最后将全部起动电阻从转子电路中切除。

1.1.2转子回路串接频敏变阻器起动

频敏变阻器的电阻随线圈中所通过的电流频率而变。

起动时，转差率S=1，转子电

流（即频敏电阻线圈通过的电流）频率最高，等于电源频率。

因此，频敏变阻器的电阻最大，这就相当于起动时在转子回路中串接一个较大电阻，从而使起动电流减小。

随着电动机转速的加快转差率S逐渐减小，转子电流频率逐渐降低，频敏变阻器电阻也逐渐减小，最后把电动机的转子绕组短接，频敏变阻器从转子电路中切除。

采用频敏变阻器起动，具有起动平滑、操作简便、运行可靠、成本低廉等优点，因此在绕线式电动机中应用较广。

此设计中采用的是绕线式异步电动机，综上所述，电动机的启动方法采用转子回路串电阻启动。

1.2电动机调速方式的选择

1.2.1变极对数调速方法这种调速方法是用改变定子绕组的接红方式来改变笼型电动机定子极对数达到调

速目的，特点如下：

1.具有较硬的机械特性，稳定性良好；

2.无转差损耗，效率高；

3.接线简单、控制方便、价格低；

4.有级调速，级差较大，不能获得平滑调速；

5.可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获得较高效率的平滑调速特性。

本方法适用于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。

1.2.2变频调速方法变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。

变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流－直流－交流变频器和交流－交流变频器两大类，目前国内大都使用交－直－交变频器。

其特点：

1.效率高，调速过程中没有附加损耗；

2.应用范围广，可用于笼型异步电动机；

3.调速范围大，特性硬，精度高；

4.技术复杂，造价高，维护检修困难。

本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合。

1.2.3串电阻调速绕线式异步电动机转子串入附加电阻，使电动机的转差率加大，电动机在较低的转速下运行。

串入的电阻越大，电动机的转速越低。

此方法设备简单，控制方便，但转差功率以发热的形式消耗在电阻上。

属有级调速，机械特性较软。

1.2.4定子调压调速方法当改变电动机的定子电压时，可以得到一组不同的机械特性曲线，从而获得不同转速。

由于电动机的转矩与电压平方成正比，因此最大转矩下降很多，其调速范围较小，使一般笼型电动机难以应用。

为了扩大调速范围，调压调速应采用转子电阻值大的笼型电动机，如专供调压调速用的力矩电动机，或者在绕线式电动机上串联频敏电阻。

为了扩大稳定运行范围，当调速在2：

1以上的场合应采用反馈控制以达到自动调节转速目的。

调压调速的主要装置是一个能提供电压变化的电源，目前常用的调压方式有串联饱和电抗器、自耦变压器以及晶闸管调压等几种。

晶闸管调压方式为最佳。

其特点为：

1.调压调速线路简单，易实现自动控制；

2.调压过程中转差功率以发热形式消耗在转子电阻中，效率较低。

3•调压调速一般适用于100KW以下的生产机械。

1.2.5电磁调速电动机调速方法电磁调速电动机由笼型电动机、电磁转差离合器和直流励磁电源（控制器）三部分组成。

直流励磁电源功率较小，通常由单相半波或全波晶闸管整流器组成，改变晶闸管的导通角，可以改变励磁电流的大小。

电磁转差离合器由电枢、磁极和励磁绕组三部分组成。

电枢和后者没有机械联系，都能自由转动。

电枢与电动机转子同轴联接称主动部分，由电动机带动；磁极用联轴节与负载轴对接称从动部分。

当电枢与磁极均为静止时，如励磁绕组通以直流，则沿气隙圆周表面将形成若干对N、S极性交替的磁极，其磁通经过电枢。

当电枢随拖动电动机旋转时，由于电枢与磁极间相对运动，因而使电枢感应产生涡流，此涡流与磁通相互作用产生转矩，带动有磁极的转子按同一方向旋转，但其转速恒低于电枢的转速

N1,这是一种转差调速方式，变动转差离合器的直流励磁电流，便可改变离合器的输出转矩和转速。

电磁调速电动机的调速特点：

1.装置结构及控制线路简单、运行可靠、维修方便；

2.调速平滑、无级调速；

3.对电网无谐影响；

4.速度失大、效率低。

本方法适用于中、小功率，要求平滑动、短时低速运行的生产机械。

1.2.6液力耦合器调速方法液力耦合器是一种液力传动装置，一般由泵轮和涡轮组成，它们统称工作轮，放在密封壳体中。

壳中充入一定量的工作液体，当泵轮在原动机带动下旋转时，处于其中的液体受叶片推动而旋转，在离心力作用下沿着泵轮外环进入涡轮时，就在同一转向上给涡轮叶片以推力，使其带动生产机械运转。

液力耦合器的动力转输能力与壳内相对充液量的大小是一致的。

在工作过程中，改变充液率就可以改变耦合器的涡轮转速，作到无级调速，其特点为：

1.功率适应范围大，可满足从几十千瓦至数千千瓦不同功率的需要；

2.结构简单，工作可靠，使用及维修方便，且造价低；

3.尺寸小，能容大；

4.控制调节方便，容易实现自动控制。

本方法适用于风机、水泵的调速。

综上所述，对于此设计中用的绕线式异步电动机采用转子回路串电阻调速。

1.3电动机制动方式的选择

所谓制动，就是给电动机一个与转动方向相反的转矩使它迅速停转（或限制其转

速），制动的方法一般有两类：

机械制动和电气制动。

1.3.1机械制动机械制动又分为盘型闸和角移式两种。

1.盘型闸的组成与工作原理:

KYTG型提升机盘式制动器状与故障监测仪主要由油压变送器，闸瓦开/合传感器以及仪器主机组成。

油压变送器安装在总油压回路中，闸瓦开/合传感器分别安装在各个闸瓦上，空动时间接点与提升机安全回路中的常开接点相连。

正常情况下,仪器将通过油压变送器实时检测油路的工作油压,根据闸瓦开/合传感器监测闸瓦贴合状况并及时测量其贴闸油压值,计算并显示制动系统当前的总制动正压力值。

如果选择空动时间测量档，当安全回路接点闭合，计时器开始计时，并由此获得各闸瓦的空动时间。

仪器在进行其它功能测量过程中，只要发生紧急制动情况，仪器将自动记录各闸瓦的空动时间。

静态参数测量是为了消除动态测量时由于液压系统滞后造成的动态测量误差，因此能够更准确地检测各制动闸的实际状态及工作参数。

2.盘型闸的结构与连线本仪器由电源变压器、主机板、电源板和显示板组成，板与板之间，仪器与传感器之间全部采用接插连接。

显示器用0.8高亮度大数码管，使得仪器更加美观清晰。

3.角移式制动器的过程一般用于直径三M以下卷扬机及摩擦轮卷扬机中：

在焊接或碾压成的制动梁上固定术质或石棉压制材料的闸瓦，当经过杠杆，把传动机构所产生的力传给制动梁

4.

时，闸瓦便压向制动轮缘，产生所需要

i|

iin（rad/min）的制动力矩。

角移式制动器有两个运动自由度，因此，左右闸瓦可能同时压向制动轮也可能依其各自绞链阻力的不同而先后动，以保持闸瓦磨损后，闸瓦与轮缘间使前后闸瓦都与制动轮

**!

1.3.2电气制动

电气制动方式有：

动力

I

1.

M（N.S）

动力制动

i

动力制动可以是开环的，也可以是闭环的，但闭环控制易于获得比较理想的控制性能。

在矿井提升系统中，动力制动是应用最广泛的一种电气制动。

异步电机的动力制动是这样实现的：

电动机的定子绕组从三相交流电网上断开后，按一定结下线方式接至直交发电机或交流--直流变流器等直流电源上，而转子绕组（绕线型）接有外加电阻；流过定子绕组的直流电流在空间产生一个静止的、基波按正弦规律分布的磁场，执安子导体切割磁力线产生感应电动势和电流，转子电流与磁场相互用产生制动力

矩，从而使异步电动机运行与制动状态。

机械制动和电气制动是电力拖动系统中的两种制动方式。

与机械制动相比，电气制动有以下优点：

制动力较均匀，可以获得平稳安全可靠的制动运行状态，由于没有摩擦部分，避免了严重的机械损，制动力的大小交易与调整，防止了机械冲击，减少了机械部分的维修工作量，也延长了提升机的使用寿命，特别是易于实现提升系统的自动化，从而有效地改善了提升系统的性能，提高了设备的提升能力和工作效率。

机械制动就是利用机械闸进行提升机的减速制动。

机械制动比较简单，不需要很多设备。

但是这种制动方式闸、瓦间磨损比较严重，并且机械冲击大，显然就增加了机械的维修量。

一般只用于福利部大地生设备或作为辅助停车制动之用。

总之，从几种制动方式看来，各有利弊，反接制动的经常使用将引起转子电阻过热，正因为这个原因而大大的限制了这种制动的使用。

而低频制动初期的费用较高。

虽说动力制动不仅需要用直流电源，而且不能解决爬行问题，但其制动能量消耗小，制动平稳，在矿井提升机上应用最广泛，因此选用动力制动.。

我们本次的设计在制动上选择了动力制动，但是为了安全，我们设计的系统中在使用动力制动的同时，加入了

机制动（机械抱闸）安全保护。

矿井提升的动力制动，对于提升机安全运转和减轻机械闸的负担，有着重要的意义。

特别是对于具有下放重任的副井尤为重要，早期国内声喊的动力制动电源装置为电扩大机控制的电动发电机组，近年来TKD系统又采用了

磁放大其控制的电动发电机组。

这两种系统在技术性能、安装维护、经济指标等方面均存在较严重的缺点，因此目前已逐步被可控硅动力制动电源装置所代替。

我们本次设计使用的动力制动系列是KZG系列的（三相可控硅半波控制的闭环制动系统）。

有第一预备级：

作用：

1•啮会齿轮，紧钢丝绳；2•空截验钢丝绳；

有第二预备级：

作用：

完成出加速。

加速度的图表为：

初加速、主加速、等速、减速、爬行、停车

图1-2加速度流程图

1）加速阶段：

当为正力时，采用电动加速。

下放有负力时若负力值较小，可考虑自由加速，并配合使用机械闸。

但负力值较大，自由加速的加速度不能满足速度图要求时，则需采用动力制动加速。

加速阶段一般都不实现闭环调节，而是按时间、速度、电流、行程等为函数，逐步短接转子附加电阻，使提升主电动机从零速升至全速。

2）等速阶段：

当为正力时，采用电动运行方式。

下放有负力时，一般应采用发电制动运行方式。

但在特殊情况下，如下放人员或低速下放重物，以及当加速阶段采用动力制动加速。

而等速阶段运行距离不长时，也可采用动力制动。

3）主减速阶段：

当系统力值为零时，应采用自由滑行。

当为正力时，一般采用电机加机械制动的方式进行减速。

有负力情况下，则按前述控制系统的选择原则选用动力制动或低频控制。

4）爬行阶段；当为正力时，有电动脉冲运行，低频控制及微机拖动等方式。

当为负力时，则有动力制动运行方式及低频控制，根据所选之控制系统而定。

2.反接制动

反接制动就是在异步电动机运转过程中，将电机定子中的三相电流任意对调，则

旋转磁场方向与以前相反，其速度与旋转磁场的相对速度为n+n,方向与原来方向相

同，此时的电磁转矩与转子运动方向相反，其到制动的作用，此时电机处于制动状^态0

反接制动主要使用的场合有：

用于减速停车的场合，优点是比较简单比切效果好，不需要改变电动机的接线方式和增加设备，用于紧急停车。

缺点是能量消耗大，在制动过程中不仅将机械系统中的能量（位能和动能）通过电机变为电能消耗在转子电路中，而且，有相当大一部分能量通过电机钉子传到转子回路当中，有部分也消耗于电阻之中。

经常使用这种制动方式，将引起转子电阻过热，并且在制动瞬间，由于钉子磁场旋转方向、转子转向核旋转磁场相反，会使记协的传动部分受到冲击，容易循坏机械设备。

3•低频制动

低频制动的工作原理：

提升容器到达减速点时，低频发电制动减速将自动投入，提升电动机的50Hz工频电源由2.5Hz5Hz的三相低频电源所替换，实现提升电动机的低频发电制动。

司机应随提升机运行速度的降低，用主令控制逐段切除电动机转子回路的外接启动电阻，达到调节制动电流获得较好的制动效果的目的。

低频制动的特点：

1）减速阶段可以较准确地按给定的速度图运行，同时还节约电能、制动性能好、安全可靠。

2）有低频发电制动减速到低频爬行是自然过渡的，不需要进行任何助线路的转换。

而动力制动只能解决制动减速，不能解决爬行问题，采用动力制动时在爬行阶段需要小电机（微机）拖动装置或采用脉冲爬行•

3）在低频电源供电时，提升电动机可以自然特性上按电动或发电状态连续、低速、稳定运行，因而，可以安全可靠地涌来检查和根环钢丝绳、检查和修理井筒、更换提升水平、低速下放和提升重物等。

低频制动的特性曲线:

100

90

80

S

Ns1

X

60

50

10

-M

M-3低频制动的特性曲线

ICM3

40

30

20

第2章提升机电控系统的主要组成

rI

2.1主回路

直流电源

图2-1主回路示意图

主回路用于供给提升电动机电源，实现失压，短路，过电流保护，控制电动机的转向和调节转速。

主回路示意图：

主回路为直接接于、8oV^流电网的三相桥式半控整流电路，共阴组为三只可控硅

ZK

「、…宀，、kNl

止控制角接近180°E管轮流导通的失控现象。

KN1A

ZL.直流输入端接有续流二极管汕3ZL，以防可控硅换相失败，从而有可能形成一只可控硅导通而三只二极

ZK，共阳组为三只整流二极管ZL

整流桥的交流侧设置有阻容吸收电电路并联在整流元件的两端的阻容吸收装置侧设置有阻容吸收电

RD用于整流元件的过流保护。

过流继电器

^~C

2.2

，〜RC和硒堆X作为过压保护。

〜RC作为换相过电压保护。

直流臂上的快速gLj作为直流側的过电流保

和硒堆X作为过电压保护。

设置于

每一桥

二曲

r器

子

高

提升电动机的定子绕阻经高压换向器由正转接触器

熔断护。

RR

clcl

高压真空换向器,与6kv高压电源相连,高压

kM2反转接触器KM3用于控制电动机正反转和电源的通断。

三

||

相6KV高压经1#隔离刀闸（或2#隔离刀闸），油断路器，正向真空接触器KM2.1（或反向真空接触器KM2.2）,线路接触器KM2.3接于电动机的定子绕组侧。

提升时，三相6KV---1#隔离刀闸（或2#隔离刀闸）---油断路器---正向真空接触器KM2.1---线路接触器KM2.3---电动机定子绕组；下放时，三相6KV---1#隔离刀闸（或2#隔离刀闸）---油断路器---反向真空接触器KM2.2---线路接触器KM2.3---电动机定子绕组.当发生短路，过负荷，欠电压保护性断电时，由高压油断路器实现动作。

当需要投入动力制动时，制动电源经磁力制动接触器（KM3.1），真空制动接触器（KM3.2）接于电动机定子绕组侧。

2.3转子回路

外接八段电阻，在加速和动力制动过程中，有8个双向晶闸管分段切除，来改变电动机的启动和制动特性，以满足提升机对速度的要求，并限制转子电流。

2.4辅助回路

辅助回路用于对辅助设备及控制回路进行供电与控制，辅助回路由三相电源

（380V）双回路供电，辅助回路所带的负荷有可控硅动力制动电源装置（由QF1,SB2.3控制）制动油泵电动机（M1,M2由QM5.2,SA6.1,SB2.9控制）润滑油泵电动机（M3,M4由QM5.3,SA7.1,SB2.7控制）控制回路电源（由QM5.1,SB2.11控制），由SB2.11接点的闭合来接通KM5.1接触器线圈的电源回路，再由KM5.1的主触点来接通220V电源与两相380V电源。

两相380V电源通过原边为380V副变为220V的变压器为操作台PLC供电，220V电源通过磁共振稳压器输出稳定的220V电源，然后①通过原边220V副边是110V的变压器（TC5.3）为自整角机提供电源；②通过原边为220V副边为24V的变压器（TC5.4）再通过电路板AP5.0,电容版AP5.1为电磁阀G5丶G6供电；③通过电路板AP5.0为测速发电机提供110V电源；④通过原边为220V副变为110V为井筒磁开关和井下操作台供电。

2.5安全保护回路

在提升机电控线路中,设有必要的保护和连锁装置,当正常工作状态遭到破坏时,安全回路中的触点段开安全接触器回路,使安全