矿井提升机电控系统概述.ppt
矿井提升机电控系统概述,矿井提升机电控系统简介,一、提升机电控系统发展,矿井提升机电控系统简介,中信重工是中国最早从事提升机产品设计、制造的企业，60十年来为矿山行业提供了数千台套提升机设备，是国内唯一一个机、电、液专业齐全，能够自主为用户提供成套提升机设备的企业。数十年来，我们在提升机机、电、液三个专业积累了丰富的设计、制造和调试经验，经过几代中信重工人的不断开拓和探索，我们能够为广大用户提供各种成熟、先进的提升机成套解决方案和产品。目前，我们可以为用户提供直流传动电控系统、低压交-直-交变频调速电控系统、三电平型中压交-直-交变频调速电控系统、级联型（功率单元串联）高压交-直-交变频调速电控系统、交-交变频调速电控系统、交流转子串电阻提升机电控系统、远程诊断系统、提升机智能闸控系统等多个系列，数十种电控产品。,矿井提升机电控系统简介,矿井提升机电控系统调速系统的发展过程：,转子串电阻调速,直流调速,交交变频调速,低压交直交变频调速,三电平型中压交直交变频调速,级联型高压交直交变频调速,矿井提升机电控系统控制系统的发展过程：,继电器及模拟电路系统,单PLC系统,主、从双PLC系统,主、从PLC冗余控制系统,矿井提升机电控系统简介,交流转子串电阻提升机电控系统：国内引进苏联第一套提升机电控系统即交流转子串电阻调速系统，并至上世纪90年代还大量使用，属于有级调速，负力时调速性能更差，无法实现低速运行。需要辅助设备来实现减速制动和实现低速爬行，整体来说调速性能差、电阻能耗较高，系统效率低。司机操作水平要求较高，系统复杂且设备多，随着交流变频调速的快速发展，交流转子串电阻调速已经基本淘汰。,矿井提升机电控系统简介,直流提升机电控系统：在提升机直流传动调速系统的发展历史上，上世纪70年代前以电动机-发电机组方式来改变电枢电压调速为主，因为它系统过于复杂，效率较低，在可控硅技术发展成熟后该方式被完全淘汰，目前直流电气传动系统均以可控硅实现电枢调压调速，因提升机属于恒转矩负载，目前国内提升机直流电气传动基本都采用磁场恒定，电枢可逆的电气传动方式。,矿井提升机电控系统简介,交流变频提升机电控系统：交流变频电气传动系统早期以交交变频调速为主，常用于大功率交流同步电动机。上世纪末至今，随着全控型功率器件如IGBT、IGCT、IEGT等产品的不断研制应用，交交变频逐渐减少，提升机行业中交直交变频逐渐占据主导地位。,矿井提升机电控系统简介,矿井提升机电控系统简介,二、提升机电控系统硬件组成,矿井提升机电控系统简介,矿井提升机电控系统基本构成由：控制系统、高低压供电、电气传动系统、传感器、上位监控系统等五部分组成。以一套直流提升机电控系统举例：,矿井提升机电控系统简介,2.1、提升机电控系统硬件组成-控制系统简介,矿井提升机电控系统简介,国内提升机控制系统在90年代以前还是继电器和模拟电路系统，硬件结构复杂、可靠性较低，使成套系统自动化程度低、安全可靠性较差，目前，因为提升机安全要求较高，继电器系统国家已经强制淘汰。现在主要采用主、从PLC组成网络化的控制和监视保护系统。采用PLC控制系统，可以通过软件替代很多外部继电和模拟电路，更加灵活、可靠，效率更高。采用PLC控制系统真正提高了提升机自动化程度，能轻易实现自动开车、半自动开车等运行模式。也可以更容易实现更全面、更精确的安全保护。PLC品牌和产品众多，提升机行业使用最多的是：西门子S7-300、S7-400、三菱FX2N等系统PLC。少数用户可能根据习惯使用其他品牌PLC，例如AB、施耐德等。考虑到安装调试的便利性，我们不推荐其他品牌PLC，特别是时间较紧的改造项目（因为考虑到程序的转化和调试的熟悉程度）。,矿井提升机电控系统简介,S7-300主从PLC网络图,目前提升机最常用PLC控制形式,矿井提升机电控系统简介,S7-400主-S7-300从PLC网络图,矿井提升机电控系统简介,S7-400主从PLC网络图,矿井提升机电控系统简介,PLC冗余控制系统示意图,S7-300软冗余PLC网络图,矿井提升机电控系统简介,S7-400硬冗余PLC网络图硬冗余切换时间最短，成本最高,矿井提升机电控系统简介,PLC冗余系统由A和B两套PLC控制系统组成。A系统为主时，B系统为备用，当主系统A运行是出现故障，控制系统会自动切换到备用系统B当中执行，这时，B系统为主，A系统为备用。这种切换过程是包括PLC电源、CPU、通讯网络和IM153接口模块的整体切换。系统运行过程中，即使没有任何组件出错，操作人员也可以实现手动的主备系统切换，这种手动切换过程，对于控制系统的软硬件调整，更换，扩容非常有用。,*,*,矿井提升机电控系统简介,2.2、提升机电控系统硬件组成-高、低压配电简介,矿井提升机电控系统简介,高压供电：通常由高压开关柜、整流变压器组成，其组成由电气传动形式决定。高压开关柜形式较多，电压等级多为6KV/10KV两种，提升机使用最多的高压开光柜型号包括:GG-1A、KYGG、KYN28、KYGC等。GG-1A、KYGG等型号高压开关柜在一台柜内集合了双进线开关、真空断路器和微机综合保护，用于双回路进线，一路馈出的场合。例如：6脉动直流提升机电控系统、低压及高压交直交变频提升机电控系统、转子串电阻提升机电控系统等。KYN28、KYGC等型号高压开关柜以一组形式出现，通常包括2台进线柜、多台馈出柜、1台PT保护柜，每台进线柜和馈出柜都配有真空断路器及微机综保。馈出柜根据馈出路数可以配置。通常用于12脉动直流提升机电控系统、中压交直交变频提升机电控系统、交交变频提升机电控系统等。如提升机电控系统中要求有辅助变压器用于控制系统低压供电的，通常也采用KYN28、KYGC等型号高压开关柜。,矿井提升机电控系统简介,KYN28高压开关柜,整流变压器,整流变压器多为环氧树脂浇注整流变压器和干式整流变压器，环氧树脂浇注整流变压器性能更好，价格略高。,矿井提升机电控系统简介,低压配电设备的组成：,矿井提升机电控系统简介,矿井提升机电控系统简介,矿井提升机电控系统简介,矿井提升机电控系统简介,矿井提升机电控系统简介,矿井提升机电控系统简介,矿井提升机电控系统简介,矿井提升机电控系统简介,2.3、提升机电控系统硬件组成-电气传动系统简介,矿井提升机电控系统简介,直流提升机电控系统-电气传动 直流电气传动目前均采用磁场恒定，电枢换向的形式，可控硅装置整流，速度、电流双闭环控制，常用的可控硅整流装置有西门子公司6RA70直流调速装置和ABB公司DCS800直流调速装置，电枢整流采用反并联三相整流桥，即有两组可控硅桥，正、反向运行均可以整流，也可以实现重物下放状态下的发电回馈制动。另外还有改装方案，只用一台小装置引出脉冲触发线和检测线，带动国产功率柜。目前市场上广泛应用的是6RA70小装置的改装。我们在此方面的技术也非常成熟，使用情况良好。改装方案对于功率越大的直流电动机相对于原装方案其价格更低，备件更便宜，维修更方便。缺点是柜子数量增加，占地面积增大，性能及稳定性略差。,矿井提升机电控系统简介,三相可控硅反并联整流回馈桥,矿井提升机电控系统简介,三相可控硅整流桥,矿井提升机电控系统简介,单相半控整流桥,矿井提升机电控系统简介,电气传动（-直流提升机电控系统）,6脉动直流电气传动主回路图,矿井提升机电控系统简介,电气传动（-直流提升机电控系统）,串联12脉动直流电气传动主回路图,矿井提升机电控系统简介,电气传动（-直流提升机电控系统）,并联2脉动直流电气传动主回路图,矿井提升机电控系统简介,电气传动（-直流提升机电控系统）,先并后串12脉动直流电气传动主回路图,矿井提升机电控系统简介,采用ABB DCS800的串联12脉动调速柜：,矿井提升机电控系统简介,采用ABB DCS800的并联12脉动调速柜：,矿井提升机电控系统简介,采用西门子6RA70的6脉动调速柜：,矿井提升机电控系统简介,国产功率柜：,矿井提升机电控系统简介,提升机交直交变频调速电气传动：交直交变频系统分为三部分：交流变直流侧（整流端），中间环节(电容或者电感,采用电容为电压源型变频器，采用电感为电流源型变频器）、直流变交流侧（逆变端）。,AFE有源前端,矿井提升机电控系统简介,矿井提升机电控系统简介,矿井提升机电控系统简介,矿井提升机电控系统简介,提升机交直交变频调速电气传动：直流变交流侧（逆变端）：通过改变输出频率调节电动机运行速度。提升机电动状态时将直流侧能量输送到交流电动机，提升机发电状态时将交流电动机能量反馈到直流侧，再通过变频器整流侧反馈回电网或消耗到制动电阻上。逆变端的控制一般采用矢量控制技术或者直接转矩控制技术，V/F压频比控制技术启动性能较差，应用到提升机上性能较差。根据经验，采用速度传感器闭环控制在重载启动时的启动性能也要优于采用无速度传感器矢量控制性能要好。,矿井提升机电控系统简介,低压交-直-交变频电气传动主回路图（整流单元）,矿井提升机电控系统简介,低压交-直-交变频电气传动主回路图（整流回馈单元）,矿井提升机电控系统简介,低压交-直-交变频电气传动主回路图（AFE单元）,矿井提升机电控系统简介,采用西门子6SE70低压交直交变频柜,矿井提升机电控系统简介,采用VACON低压交直交变频柜,矿井提升机电控系统简介,西门子6SE71 AFE低压交直交变频柜,矿井提升机电控系统简介,级联型高压交直交变频电气传动,矿井提升机电控系统简介,高压交-直-交变频电气传动主回路图（AFE功率单元串联型）,矿井提升机电控系统简介,高压交-直-交变频电气传动主回路图（AFE功率单元串联型）,矿井提升机电控系统简介,高压交-直-交变频电气传动主回路图（AFE功率单元串联型）,矿井提升机电控系统简介,10KV级联型高压变频器电压向量图,矿井提升机电控系统简介,高压交-直-交变频电气传动主回路图（AFE）,矿井提升机电控系统简介,一相有2个单元退出运行（例如损坏A4,A5），系统自动旁路A4,A5，通过新的旁路技术（中心点偏移)可以80%对称输出电压。可减少某些场合下突然停机造成的损失。,高压交-直-交变频电气传动单元旁路功能,矿井提升机电控系统简介,级联型高压交-直-交变频柜：,矿井提升机电控系统简介,三电平中压交直交变频电气传动,矿井提升机电控系统简介,中压三电平交-直-交变频电气传动主回路图（AFE）,矿井提升机电控系统简介,ABB ACS6000中压交直交变频柜（此照片为用于双绕组交流同步电动机),矿井提升机电控系统简介,西门子 SM150中压交直交变频柜（此照片为用于交流同步电动机),矿井提升机电控系统简介,交交变频电气传动,矿井提升机电控系统简介,提升机交交变频调速电气传动系统：交交变频电气传动采用可控硅整流回馈，主电机通常是交流同步电动机，电压等级一般在1.5KV及以下，交交变频产生的谐波较大，建议加装谐波治理设备，交交变频系统功率因数较低，加之一般采用交交变频电气传动的提升机功率都较大，所以需要考虑无功补偿设备。目前国内交交变频采用双绕组电机的较多，可以实现类似于直流串联12脉动的效果，即在一个绕组的供电系统出现问题时，可以实现全载半速的运行。,交-交变频电气传动主回路图,矿井提升机电控系统简介,交-交变频电气传动柜（国产功率柜）,矿井提升机电控系统简介,交-交变频电气传动调节柜（西门子）,矿井提升机电控系统简介,矿井提升机电控系统简介,转子串电阻调速电气传动,矿井提升机电控系统简介,交流转子串电阻提升机电控系统-电气传动 用于提升机6KV,10KV,380V交流异步电动机调速，电动机运行时定子通6KV,10KV,380V电。转子回路串电阻，通过调整转子回路串入电阻的阻值，实现速度的调整。转子回路电阻阻值的调整通过真空开关或者可控硅开关。一般低压380V为5级、高压6KV,10KV为8级、10级电阻。所以属于有级调速。在重物下放（即发电状态）时，转子回路串入的电阻必须完全切除，此时电动机处于略高于额定转速运行，如果电阻不完全切除，提升机将超速。不同提升工况会影响调速的性能，需要分别对待，需要加入动力制动或者低频装置配合才能满足提升机需求。与其他类型提升机电控相比，其操作更加复杂，特别是副井提升机，工矿复杂，司机开车水平要求较高，实现全自动开车更困难。而其他类型提升机电控均可以实现简单操作。交流转子串电阻调速价格很低，但性能较差，已经属于淘汰产品。,矿井提升机电控系统简介,交流转子串电阻提升机电控系统-电气传动,矿井提升机电控系统简介,2.4、提升机电控系统硬件组成-传感器简介,矿井提升机电控系统简介,传感器：是提升机电控系统非常重要的组成部分，用于检测速度、深度、温度及其他运行数据，是实现逻辑控制、自动化运行、安全保护等功能不可缺少的重要部分。这些传感器的机械接口也非常重要，决定了传感器数据的准确性和传感器的使用寿命，直接影响提升机的使用性能。在提升机设制造前，必须协调好主电机和提升机主机上的各种传感器接口。,欧姆龙编码器,HUBNER编码器、测速机,国产ZYS测速机,矿井提升机电控系统简介,松绳开关,井筒磁开关,极限过卷开关,闸检测开关,模拟量油压变送器,矿井提升机电控系统简介,2.5、提升机电控系统硬件组成-上位监控系统简介,矿井提升机电控系统简介,上位监控系统：硬件：1、工控机+液晶显示器 2、触摸屏软件：PLC编程软件、上位监控 软件（如WINCC）除调试时作为程序修改调试工作外（安装编程软件），平时可以通过形象的画面显示和记录提升机运行状态和数据。还可以通过监视程序逻辑状态，来判定一些故障的原因。,研华工控机,操作台触摸屏,矿井提升机电控系统简介,提升机上位监控画面,矿井提升机电控系统简介,2.6、提升机电控系统硬件组成-成套提升机电控系统配置举例,6脉动直流提升机电控系统通用配置,串联12脉动直流提升机电控系统通用配置,高压交-直-交变频提升机电控系统通用配置,矿井提升机电控系统简介,三、电能质量简介,谐波治理及无功补偿：AFE有源前端结构的高性能提升机电气传动系统，例如中压三电平交直交变频、AFE低压交直交变频、级联型高压交直交变频，这些电气传动系统功率因数高，谐波小，基本都符合国家电能质量的相关标准，不需考虑谐波治理和无功补偿装置（对于大功率提升机来说，这非常重要，因为功率越大，对电网的影响就越大，谐波治理和无功补偿装置也需要非常大的投入）。对于电网接入点短路容量较大的矿山，如果采用直流传动和非AFE的低压交直交变频传动，中小功率的提升机谐波影响基本是不超标的（可以通过计算来确认其谐波是否超标）。但如果网内类似设备过多则会造成谐波和无功的较大超标和影响，但可以在矿变电站集中进行治理，这样比较经济和合理。大功率的直流传动电控系统可以加装5次、7次滤波通道和11次高通滤波通道来就地消除谐波，而无功补偿可以在上一次矿变电站实现，这是最经济的方案，占地面积也比其他方式小。高端方案是采用SVG或SVC型无功补偿和滤波装置，但价格较高且占地面积较大，且系统维护也需要较大的人力和物理。交交变频常用于大功率交流同步电动机，功率因数低，谐波大且不规律，因电机功率大，对电网影响就大，可以采用SVC等无功补偿和谐波治理装置。,矿井提升机电控系统简介,节能：以往与用户交流的时候，有些用户提出要采用变频调速系统，原因是变频调速系统节能，甚至一些厂家推销人员会告诉用户，几年就能把买提升机电控的钱给节省回来。举个例子：煤矿主风机，采用变频调速以后非常节能，这是因为采用变频调速，风量需求小时，变频器可以控制输出电机功率减小来调节风量，而老式风机，是靠调节挡风板来调节风量，而电机总是在满功率工作的，多余的风量被挡风板给浪费掉了，所以在风机上采用变频调速确实非常节能。转子串电阻系统的改造，例如改造为单元串联型高压交直交变频，因为转子串电阻系统在调速过程中，需要将转差功率转变为热能在电阻上消耗掉，特别是重物提升过程中最明显，这些热能就是浪费掉的能量。而改造后通过变频器调节速度，确实更节能。变频调速中采用回馈方式和采用制动单元+制动电阻方式也是不同的，采用制动电阻将发电状态的能量以热能的方式消耗掉，与回馈回电网比较，也是相对不节能的，特别是副井提升机，下放重物情况较多，发电状态比较多。,矿井提升机电控系统简介,节能：直流调速系统出现较早，变频调速系统出现后，对比直流调速系统，其功率因数较高，且交流电动机维护更容易，所以是推广的方向。在节能方面，直流调速和变频调速都可以通过调节输出电压实现无极平滑的调速，也都可以实现发电状态下能量回馈到电网，所以在节能方面相差不大。直流调速功率因数低，需要电网在输送有功功率时，还要输送无功功率，在电能传输无功过程中会有一点损耗，功率因数低，也涉及供电公司会罚款的问题，但目前矿山变电站通常都有无功补偿及谐波治理装置，可以解决这个问题。,矿井提升机电控系统简介,矿井提升机电控系统简介,三、提升机电控系统选型,提升机电控系统的选型：提升机电控系统选型可以根据用途、主电机功率、预算等情况来选择最合适的电控系统。实际上我们选择提升机电控系统通常是在不同的电气传动系统的选择。主电机功率500KW以下的提升机电控系统可以选择的种类较多，目前常见的是直流6脉动、低压交直交变频、功率单元串联型高压交直交变频。,矿井提升机电控系统简介,提升机电控系统的选型：主电机功率500KW-1000KW的提升机常见的是直流6脉动、直流12脉动、功率单元串联型高压交直交变频。因为提升机是频繁过载的设备，经常会遇到重物提升或重物下放，所以在选择变频器或直流装置的时候，通常都需要考虑较大的余量，使装置不至于经常工作在极限状态，才能使装置有较长的使用寿命。这个功率段的直流电动机，有高速电机，也有低速直连电机，采用直流6脉动最经济，也可以满足使用需求，但如果需要考虑装置故障时的开车，以及减少谐波，则可以采用直流12脉动。功率单元串联型高压交直交变频器也完全满足这个功率段需求，主电机通常是高速的交流异步电动机，初期投入与直流12脉动相近，优点是功率因数高、谐波污染符合国家相关标准。缺点是功率单元数量较多，故障率相应较高。这个功率段也可以采用低压交直交变频，但主电机功率较大时，低压变频器就需要并联才能满足要求，价格较高。,矿井提升机电控系统简介,提升机电控系统的选型：主电机功率1000KW-2500KW之间的提升机常见的是直流12脉动。直流调速系统价格最低，调速性能最好，特别是在1000KW-2500KW功率之间的提升机，通常采用低速直连电动机，如果采用直流调速和采用交直交变频相比较，初期投入相差2-5倍。这个功率段的直流12脉动系统，如果在上一级矿变电站有无功补偿和谐波治理装置，则完全可以消除直流12脉动的谐波和无功问题，如果没有，通过计算谐波等数据，则可以决定是否加装一套无功补偿和谐波治理装置。如果采用国产功率柜，则初期投入可以更低。直流调速装置非常成熟，使用量较大，备品易找到，备品备件价格很低，技术人员也很熟悉，调试和维护方便。这个功率段也有采用三电平中压交直交、交交变频、功率单元串联型同步机交直交变频等方案，但价格都很高，一般按订单生产。备品备件价格高，系统复杂，维护力量要求高。功率器件目前需要进口，及时性也是问题。,矿井提升机电控系统简介,提升机电控系统的选型：主电机功率2500KW以上的提升机，特别是3000KW-5500KW之间及以上的提升机，常见的是交交变频和三电平型中压交直交变频，少量有国产功率单元串联型高压交直交变频或三电平中压交直交变频。这个功率段属于大型提升机，多数用户要求采用高端设备，以前多为全套进口如西马格、西门子或ABB公司产品，由于国内机械及闸控技术不断提高，现在部分也采用如我公司的机械和智能闸控系统，电控系统主要技术仍然是采用西门子或ABB公司引进产品为主。交交变频发展很成熟，既可以全套引起西门子公司SL150产品，也可以选择国产化，控制器采用进口产品，可控硅功率柜国产，因为国产可控硅已经非常成熟，这样成套初期投入大大降低，备品备件更容易获得，且价格较低。中压交直交以西门子SM150和ABB ACS6000为主要代表，只要功率器件是ABB IGCT，在大约2004年以后开始主要推广，相对于交交变频，他谐波污染小，功率因数高。交交变频通常要附加一套无功补偿和谐波治理装置才能在电能质量标准方面达到中压交直交的水平。,矿井提升机电控系统简介,提升机电控系统的选型：转子串电阻系统的改造：转子串电阻系统都是高速交流异步电动机，电压通常是6KV或者10KV，最好的改造方案是功率单元串联型高压交直交变频，因为它谐波小、输出波形最好，可以用于普通的绕线式电机，这样可以不用更换主电机，减少了投入和改造时间。,矿井提升机电控系统简介,夏勇波-中信重工自动化公司自动化所电话：18637992842邮箱：,
