绞车高压变频.docx
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绞车高压变频
全数字交直交高压变频调速电控系统技术说明
一、总体说明
1、提升机全数字交直交变频调速电控系统符合下列文件的规定和基本要求：
（1）《煤矿安全规程》（2006版）。
（2）进口电气设备遵守国际电工委员会IEC标准。
（3）现行国家电工委员会及其它有关标准。
（4）《矿山电力设计规范》GB50070-94
（5）《JB4263-86交流传动矿井提升机电控设备技术条件》
（6）《煤矿地面多绳摩擦式提升系统设计规范》MT5021-1997
（7）《金属非金属地下矿山安全规程》GB16424-1996
（8）《低压配电设计规范》GB50054-95
（9）《工业过程测量和控制装置的电磁兼容性》GB/T13926-92
（10）《3-35KV交流金属封闭开关设备》GB3906-91
（11）《快速瞬变干扰实验》IEC61000-4-4
（12）《浪涌抗扰性实验》IEC61000-4-5
（13）《直流传动矿井提升机电控设备第二部分晶闸管电控设备》（JB/T6754.2-93）
（14）《干式变压器》G通用技术条件》GB11022-91
（15）《旋转电机定额和性能》ZBC55－2000
（16）《高压开关设备通用技术条件》GB11022
（17）电控装置的静动态性能指标完全满足提升机四象限运行工矿的要求，在电网电压波动+15%范围内，能实现恒转矩提升并满足一定的过载能力和安全系数。
（18）电控装置电磁兼容性符合IEC801并能够承受提升机和通风机运行时的地坪振动。
（19）安全回路和安全监视等关键电路采用冗余结构设计。
（20）井筒电气设备满足防尘、防水、防爆要求。
（21）电控系统采用原装进口双PLC（SIEMENS公司S7300系列）控制。
（22）变频装置采用6KV系列高压变频器。
2、高压变频器技术参数
高压变频器容量：
320KW，额定电压：
6KV，输入频率：
45-50HZ输入功率因数：
额定负载下>0.97效率：
额定负载下>0.96
3、提升机主传动交流电动机技术参数
额定功率：
475KW
额定转速：
738r/min
定子额定电压：
6KV
定子额定电流：
37.5A
电动机技术要求：
——电机绝缘等级为B级，工作方式S1。
——电机防护等级IP23，安装形式IM1001。
——冷却方式：
——电机允许短时过载电流为2倍额定电流，历时60秒。
——主电机配光电编码器一个，用于变频器的闭环控制。
二、电控系统设计及电控设备成套范围
本套提升机电气设备及其控制系统主要包括：
高压柜、全数字交-直-交变频柜、高压电动机、电源柜、计算机柜、操作台、上位监控装置以及电控系统内控制设备仪表及其辅助设备等。
Ø供配电系统：
●高压供配电系统—高压开关柜
●低压供配电系统—低压配电柜
Ø全数字交流高压变频调速系统：
Ø网络化操作控制系统：
网络化操作台
Ø上位计算机监控系统：
工业控制计算机
Ø传感器：
轴编码器、井筒开关等
1、提升机电控系统总体设计方案
矿井提升机采用6KV交流异步电动机拖动，提升机能够按照预定的速度图要求实现平滑的起动、加速、匀速运行、减速、爬行、制动和停车。
TKD-BP型电控系统（该电控系统通过了原国家机械工业部组织、原国家煤炭部参加的部级鉴定），并根据矿井实际情况作相应的修改。
1.系统设计选用空间矢量控制的高压变频调速系统，该变频器功率因数为>0.95，对电网无谐波污染，为绿色环保产品，并能在恶劣电网环境中运行，抗干扰能力强，带有必须的各种保护功能。
低速运行时，不仅输出额定转矩，而且具有一定过载能力。
2.操作、监控和安全保护系统选用西门子S7-300原装可编程控制器,采用双套可编程控制器系统（一主一从）,可编程控制器的I/O模块留有20%的备份。
3.主控计算机应用软件能完成提升机手动、半自动、检修、及手动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。
——手动操作：
在提升机房设司机操作台对提升机实施手动操作。
司机可通过手柄控制提升速度从0至最高运行速度范围内连续可调，同时速度要受到操作方式和行程控制器的限制，实现自动减速。
——半自动操作：
在半自动运行逻辑正常时，司机可通过按钮或信号工打点开车，让系统完成一个提升循环；具有自动选择去向，确定运行速度等功能。
——检修运行：
只允许手动操作，用于检查钢丝绳。
最高速度为0.5m/s（大小可调），司机通过手柄能够实现0～0.5m/s速度的连续可调。
在任何运行方式下，司机通过急停按钮或脚踏开关实施急停操作。
4.故障开车功能（紧急停车）
——在计算机、监测系统出现局部故障时，提升机能实现低速故障运行，速度<2m/s，完成本次提升，并且具有符合《煤矿安全规程》规定的保护。
同时可实现故障未排除，启动提升机信号被锁定，无法启动提升机。
——在PLC、监测系统控制软件检测有故障而硬件及连接无故障时，可以通过旁路工作方式以旁路软件故障将本次运行结束。
5.慢动控制方式（需要信号系统提供慢上、慢下、停车信号速度0.1m/S）
——司机根据信号工的信号通过按钮完成上、下慢动。
6.计算机操作站配置研华工控机、彩打、键盘、鼠标、19寸CRT显示器（或液晶显示器），对提升机运行状态、参数、故障进行监控、打印和数据存储,可实现人机通信。
主斜井提升信号系统与主控制系统采用总线通讯方式进行信息交换。
打印机记录所有的报警信号和操作信号及生产报表，并具备硬拷贝功能。
显示、打印采用中文系统。
7.整个电控系统的各部分可以通过网络进行数据和信号交换。
整个电控系统采用网络化、人性化设计，充分考虑现场的安装，尽量简化安装和维护，因此整个系统采用新技术，使整个系统的外接线大量减少，系统最终接线大约在150芯线左右。
其他特点及要求：
——全中文化标识：
所有指示、操作、执行等元件标识全部中文化，使操作维护人员无须查看图纸，任意元件的控制作用一目了然。
——柜内照明：
所有单柜内均安装照明设备，照明电源独立供电，便于安装和维护。
——PLC除替代JKM电控中的部分单元继电器，如：
测速回路中的速度继电器，方向继电器、错向继电器等，还可实现可调闸闭环控制，、全行程速度保护，还能准确给出减速点、精针投入、过卷点，解除二级制动点等的位置信号，作为后备保护用。
——在实现可调闸速度闭环的过程中，可调闸模块与PLC共同起作用，并且互为备用。
——光电编码器与测速机相互监视、互为备用。
——全矿停电情况下，控制系统能配合液压制动系统，实现二级制动，并可靠停车。
——参数设定或整定比较容易，使调试及维修工作更加简单方便。
2、电控设备成套范围及技术说明
2.16kV高压开关柜
双回路隔离开关进线，配电动操作机构，用真空断路器进行线路保护及控制；设有电压表及指示灯指示电压，设有电流表指示负载电流，仪表及灯安装在柜面上，便于观察；设有功率表，指示负载功率情况；
设有综合保护。
设有必要的机械、电气连锁及闭锁；
2.3全数字高压交直交变频调速柜
2.3.1基本要求
（1）变频装置为直接高-高结构，6KV直接输出。
（2）变频装置为电压源型。
（3）变频器装置逆变主电路拓扑采用多电平串联形式。
整流用移相变压器采用柜体封闭的干式变压器,H级绝缘，户内安装，带温度保护。
（4）变频器装置整个系统在出厂前进行整体带负荷测试，以确保整套系统的可靠性。
（5）变频装置制造商以通过ISO9001质量保证体系认证。
（6）变频器装置能在下列环境下正常工作：
最大湿度不超过95％（20℃时相对湿度变化率每小时不超过5%）,且不凝霜、不结露；运行环境温度－10℃～＋45℃，海拔1000米以下;无腐蚀性气体。
（7）在0-100％的调速范围内，变频系统不加任何功率因数补偿的情况下输入端功率因数达到0.95。
（8）变频装置保护电机不受共模电压及dv/dt应力的影响。
（9）变频装置的功率单元为模块化设计，方便从机架上抽出、移动和更换，所有单元可以互换。
（10）变频装置输出符合IEEE5191992及中国供电部门对电压失真最严格的要求，高于国标GB14549-93对谐波失真的要求。
（11）变频装置对电网反馈的谐波也符合IEEE5191992及中国供电部门对电压失真最严格的要求，高于国标GB14549-93对谐波失真的要求。
（12）变频装置输出波形不会引起电机的谐振。
（13）变频器效率达到98％以上，变频装置整个系统的效率（包括隔离变压器等）在重载时达到96％以上。
（14）在距离变频装置1米的范围内任何一个方向进行测试，所测试的变频装置噪声不超过80分贝。
（15）变频装置对电网的波动有较强的适应能力，在－20％～＋15％电网电压波动时，可满载输出。
（16）变频装置必须与电控柜配合，由电控柜操作，绞车的各项保护由电控柜来实现。
（17）在整个频率调节范围内，被控电动机保持正常运行。
在最低输出频率时，能输出相应的电流。
在最高输出频率时，能输出额定电流或额定功率。
（18）采用36脉冲三相全桥整流，确保不对电网产生污染。
（19）变频装置设有以下保护：
过电压、过电流、欠电压、短路保护、超频保护、失速保护、变频器过载、电机过载保护、半导体器件的过热保护。
保护的性能符合国家有关标准的规定。
（20）变频装置设有交流输出电压、输出电流、输出频率、输出功率等参数的数据显示。
（21）变频装置包括以下几种开关量信号和模拟量信号。
开关量输入：
变频器高压就绪、急停、抱闸、上提、下放等信号
开关量输出：
变频器运行、变频器故障等信号
模拟量输入：
速度给定
模拟量输出：
输出频率、输出电流
（22）开关量的外部接点全部为无源接点，开关容量为交流220V、5A，模拟信号全部为4～20mA。
（23）变频装置控制系统采用数字处理器，具有远方操作和就地监控。
在就地监控方式下，通过变频器上的显示屏显示，就地控制窗口采用全中文WINDOWS操作界面，彩色液晶显示屏，全中文显示。
投运后用户需软件升级，我们有偿提供技术支持。
（24）变频装置带故障自诊断功能，能对所发生的故障类型及故障位置提供中文指示，能在就地显示并远方报警，便于操作人员和检修人员能辨别和解决所出现的问题。
（25）频率分辨率0.01Hz。
（26）变频器具有过载能力150％连续；200％，1分钟；220％，1.5秒钟。
（27）变频器可在输出不带电机的情况下进行空载调试。
2.3.2设备技术要求
（1）变频器带有自诊断显示，运行中可观察输出电流、电压、频率、转速等参数。
（2）在运行环境温度下，变频器精度满足模拟量输入，输出信号±0.25%
（3）I/O类型（提供足够的回路、点数以满足控制、报警、保护，并有备用余量）
ⅰ、模拟量输入：
4-20mA（接地或不接地）最大输入阻抗为250Ω。
ⅱ、模拟量输出：
4-20mA具有驱动回路阻抗小于500Ω负载能力。
ⅲ、开关量输出：
开关量输出模件具有电隔离，隔离电压≥250V。
（4）本装置由24个功率单元组成，每相由8个功率模块串联而成。
2.3.3机柜和接线
（1）变频装置机柜的外壳防护等级，室内为IP20。
（2）机柜门采取一定的措施，提高抗射频干扰（RFI）的能力。
（3）机柜设计满足电缆由柜底引入的要求。
（4）外壳有接地镙栓，屏内元件可靠接地。
（5）柜内元器件的安装整齐美观，考虑散热要求及相邻元件之间的间隔距离。
（6）变频装置内部通讯采用光纤连接，提高了通讯速率和抗干扰能力，变频柜内强电信号和弱电信号通讯分开布置，以避免干扰。
（7）变频器对本体控制系统的就地控制柜无谐波影响。
（8）柜体尺寸（宽*高*深）5400*2320*1200。
（9）柜体内加装防尘过虑网。
2.3.4几点说明
（1）可全速提升，但是加减速度只能是在0.7m/s2左右。
（2）用途说明：
用以改变鼠笼式异步电动机的频率和电压，实现调速运行。
变频装置的容量足够满足电机的加速和等速运行。
（3）零速启动力矩能够达200%以上的额定力矩；
（4）PID速度和电流双闭环控制；
（5）速度调节精度达1：
100以上；
（6）启动防冲击的“S”化速度给定；
（7）制动能量回馈电网；
（8）四象限运行；
（9）具有自换向,脉冲式整流；
（10）故障自诊断功能。
2.4低压辅助电源柜
双回路进线，为提升机、室内照明及检修等电控系统的辅助设备提供380V/220V电源供电，另有4路备用。
并配有UPS不间断电源，以便在主电源故障情况下，能够使提升机实现可靠的安全制动；为计算机提供电源，保证计算机的运行和数据保持，柜面装有电压测量仪表及各电源回路工作灯指示，很方便的指示电源柜带电情况及进线电压。
控制电源和不间断电源要求：
提升机电控系统的控制电压必须稳定可靠。
对提升机的闭环调节、监控及闸控系统配置容量不低于1KVA的USP电源，当主电源故障时，能确保提升机安全停车。
2.5上位计算机监控系统及PLC控制系统
采用西门子S7-300系列PLC；双PLC工作，一台为主PLC，另一台为从PLC，主PLC负责提升机的主程序及系统管理，从PLC负责深度指示。
整个系统有主有从，互有分工，相互监视，从而确保提升机的安全运行。
上位计算机监控系统及PLC控制系统的要求：
1）选用西门子S7-300系列的可编程控制器,I/O点冗余20%。
2）主控计算机应用软件能完成提升机手动、半自动、检修、慢动、紧急停车。
3）低爬等运行方式的控制要求。
4）监视提升系统各路电源。
5）完成提升机运行工艺要求的控制功能。
6）实现对调速系统速度给定的控制。
7）实现提升机液压制动系统控制功能，两套可调闸控制环节（软件与硬件冗余）。
8）实现完善的保护功能，对于全速超速、井筒两端减速段超速、上下过卷等安全保护具有多重保护。
同时，还能完成定点速度监视、井筒开关监视、电机温度检测、闸瓦磨损与弹簧疲劳等监控与保护功能。
过卷开关应设置机械式及感应式（磁开关）各一套。
9）实现连续速度包络线监测保护和逐点速度监测保护功能。
实现数字行程给定功能，定位精度≤|2|cm，并实现数字行程罐位显示，在井筒内设置同步开关对光电编码器进行同步校正。
10）实现PLC故障状态下的低速故障开车功能。
11）保护功能按下列三类设置：
——立即施闸的紧急停车。
——首先按设定减速度减速，然后紧急停车。
——完成本次提升后不允许再次开车的功能，即一次提升。
12）完成提升机位置控制，保证提升机安全运行。
13）主控计算机的故障自诊断功能。
14）可在线或离线修改用户程序。
15）实现上位机监控功能。
16）安全回路（软件与硬件冗余）：
现场安全事故信号采用继电器隔离后进PLC，利用PLC内部安全回路和外部继电器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。
如：
过卷、15%超速、减速过速保护，2m/s井口限速等保护。
17）闸控系统：
——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。
18）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。
19）
编制相应的软件将生产过程中的数据提取并存储到上位机数据库当中，以备矿井生产管理系统的使用。
2.6上位监控系统1套
1）平板电脑（触摸屏）内嵌于操作台中带鼠标、键盘、彩色喷墨打印机一台等。
2）具有与PLC通讯接口，通过键盘对提升机电控系统进行编程。
实时画面可显示提升机的速度，提升深度、故障，以及各幅画面的切换。
3）软件部分
①上位机监控软件分为服务器（可组态画面）和客户端版，并作技术说明。
②上位机监控软件基于简体中文版WINDOWS2000server版环境下运行，主要对PLC进行控制算法和逻辑组态的软件。
编程软件可以功能图块（FDB），梯形图（LD），指令表（STL），结构化文本（ST）等多种方法编程，即可离线又可在线进行组态。
③监控画面汉化，其功能包括：
多窗口PID图，报警画面，趋势图，指导画面，控制画面，参数修改画面，故障诊断等各种监视画面。
画面刷新时间小于1秒。
4）上位监控软件实现：
——提升系统动静态画面生成（如提升过程动态，显示速度动态曲线，电枢电流动态曲线，提升容器位置动态显示等）。
——井筒开关动作情况记忆及显示。
——故障自检显示、报警，能显示故障发生位置、时间、原因等，对系统重要参数如速度、电流、电压及运行状态进行实时检测，对重要的参数，如速度图可存盘并保留至少一周（根据硬盘容量而定）。
——各类报表生成（班报、日报、月报、年报）历史记录。
具体画面包括：
1）安全回路监视
2）实时速度图、电流曲线
3）PLC状态监视
4）液压系统监视
5）各路模拟量的监视
6）提升容器的位置指示
7）提升种类、信号监视
8）报表功能
9）故障纪录
10）历史事件查询
11）其他（可根据用户要求而定）
5）有远程通讯及远程诊断功能
2.7其他特点及要求：
——全中文化标识：
所有指示、操作、执行等元件标识全部中文化，使操作维护人员无须查看图纸，任意元件的控制作用一目了然。
——柜内照明：
所有单柜内均安装照明设备，照明电源独立供电，便于安装和维护。
——PLC除替代JKM电控中的部分单元继电器，如：
延时回路时间继电器、测速回路中的速度继电器，方向继电器、错向继电器等，还可实现可调闸闭环控制，、全行程速度保护，还能准确给出减速点、精针投入、过卷点，解除二级制动点等的位置信号，作为后备保护用。
——在实现可调闸速度闭环的过程中，可调闸模块与PLC共同起作用，并且互为备用；
——光电编码器与测速机相互监视、互为备用；
——全矿停电情况下，控制系统能配合液压制动系统，实现二级制动，并可靠停车；
——参数设定或整定比较容易，使调试及维修工作更加简单方便。
除常规保护外，还应具有下述保护（均含相应的检测元件）：
——深度指示器断轴保护；
——减速点后备保护；
——井口2m/s限速保护；
——错向保护；
——给定方向记忆保护；
——二级制动解除保护；
——减速段超速保护；
——松绳保护；
——自动换向；
——安全回路由PLC内部和外部AC回路串联实现；
2.8司机操作台1套
采用分体式操作台，操作台上装有指示灯、仪表、选择开关、按钮、音响设备。
能实现提升机运行的各种控制工艺的要求，及满足操作方式选择、信号显示、运行状态显示、故障显示和报警等要求；并具有打印记录功能，确保安全运行。
与从PLC采用远程通讯方式完成各种信号的传输。
同时，对重要信号保证软、硬件同时传递。
——元器件布局合理，箱体结构符合人体工程学。
——操作台上装有控制部件主要有：
主令操作手柄、制动操作手柄、工作方式选择开关、控制按钮、能实现提升机运行的各种控制工艺要求。
——仪表主要显示的内容：
罐位数字深度指示器（精针显示罐位的实际位置）、提升速度、电机电流、低频电流、制动油压、可调闸毫安表、高压电源电压等。
——组合指示灯内容包括：
提升机运行状态指示、信号指示和安全状态指示两大类。
在操作台的一侧放上位机及其显示设备。
——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。
——操作台形式选用：
三体式，扇形结构。
2.9TCK系列磁性感应开关1套
用于完成控制与保护功能，停车、减速、定点检测、同步等开关选用非接触式高可靠、高精度的TCK系列磁性感应开关，过卷开关另设一套机械式LX4开关。
——TCK系列磁性感应开关（自制，专利产品、防爆、防水、防尘）
——磁铁（自制，专利产品、防爆、防水、防尘）
2.10轴编码器2台
一台用于行程及速度控制，一台用于行程及速度的监控比较，一台用于传动装置的闭环控制。
三、关键件选型要求
3.1采用西门子生产的最新产品系列；
3.2变频器为提升机专用高压变频器；
3.3其它器件多采用引进技术，国内专业厂家生产的优质产品；
四、进度及服务承诺
4.1我公司根据基本参数以及技术要求、JB4263-2000交流传动矿井提升机电控设备技术条件，负责全套电控系统设计及供货；
4.2合同生效后4周内，我公司向用户提供电气原理图、控制柜台面设备布置图、端子图、外部接线图、说明书等全套技术资料壹份，并同时给设计院提供上述全套技术资料壹份；合同生效后一周内提设备的外形及安装尺寸。
4.3电控装置出厂前我公司对需用户进行为期一周的技术培训。
4.4用户条件具备后，我公司立即派人到现场负责指导安装及调试并同时进行第二次现场技术培训。
5.变频器的功率模块现场备用一块，保修期外费用由甲方承担。
五、成套供货范围详见明细表（附表）
全数字交直交变频电控设备供货清单（主井）
序号
名称
技术说明
数量
备注
1
高压开关柜
双进线一出线、含真空、计量及保护
1台
中信
2
高压提升机专用变频器
KW
1台
国内先进
3
低压电源柜
负责该提升机房低压供电,内含SIEMENSET-200远程I/O（20%备用）
1台
中信
4
操作台
SIEMENS公司PLCS7-300系列,主、从双PLC，含数字量、模拟量及高速计数模块，预留信号系统接口。
新型分体式操作台，数字式深度指示器，仪表显示电压、电流、油压等参数
1套
中信
5
上位监控系统
平板电脑，彩色喷墨打印机，键盘，鼠标。
1套
6
编码器
欧姆龙
2台
日本
7
测速发电机
1台
上海
8
不间断电源
在线式UPS、1KVA（装在柜内）
1台
山特
9
限位开关
LX4-12S
2台
上海
10
井筒磁开关
TCK-1T（防水防尘防爆防潮）
1套
专利产品
全数字交直交变频电控设备供货清单（副井）
序号
名称
技术说明
数量
备注
单价
1
高压开关柜
双进线一出线、含真空、计量及保护
1台
中信
6
2
高压提升机专用变频器
500KW
1台
国内先进
82
3
低压电源柜
负责该提升机房低压供电,内含SIEMENSET-200远程I/O（20%备用）
1台
中信
5
4
操作台
SIEMENS公司PLCS7-300系列,主、从双PLC，含数字量、模拟量及高速计数模块，预留信号系统接口。
新型分体式操作台，数字式深度指示器，仪表显示电压、电流、油压等参数
1套
中信
19
5
上位监控系统
平板电脑，彩色喷墨打印机，键盘，鼠标。
1套
3.5
6
编码器
欧姆龙
2台
日本
0.6
7
测速发电机
1台
上海
0.3
8
不间断电源
在线式UPS、1KVA（装在柜内）
1台
山特
0.2
9
限位开关
LX4-12S
2台
上海
0.1
10
井筒磁开关
TCK-1T（防水防尘防爆防潮）
1套
专利产品
1.2
合计：
洛阳中重自动化工程有限责任公司
提升设备全数字交流变频电控系统
升级会员 