分布式礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和對(duì)礦山資源需求的高速增長(zhǎng)，對(duì)礦山生產(chǎn)技術(shù)提出了越來(lái)越高的要求。礦井提升機(jī)作為礦山進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)的關(guān)鍵設(shè)備之一，其電控技術(shù)的發(fā)展對(duì)促進(jìn)礦井生產(chǎn)效率的提高和安全作業(yè)，無(wú)疑具有極其重大的影響。歷經(jīng)幾十年發(fā)展，我國(guó)的礦井提升機(jī)電控技術(shù)取得了不少的進(jìn)步，但與美國(guó)、德國(guó)等世界發(fā)達(dá)國(guó)家相比，依然存在著很大的差距。目前，發(fā)達(dá)國(guó)家的礦井提升機(jī)電控技術(shù)已全面實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字控制，而國(guó)內(nèi)絕大多礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)還是交流串阻調(diào)速繼電器

2、—接觸器控制和直流晶閘管模擬電子調(diào)速控制系統(tǒng)，效率低下，安全隱患多，嚴(yán)重制約著我國(guó)礦山產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，急需大規(guī)模的技術(shù)改造和更新。 以計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字技術(shù)和通訊技術(shù)發(fā)展為特點(diǎn)的全數(shù)字傳動(dòng)系統(tǒng)，包括全數(shù)字矢量控制式交交變頻、全數(shù)字交-直-交中壓變頻器和全數(shù)字晶閘管傳動(dòng)系統(tǒng)，成為當(dāng)今提升機(jī)電控系統(tǒng)的發(fā)展方向。DCS因其性能高且易于擴(kuò)充、可靠性高，系統(tǒng)冗余大和設(shè)計(jì)靈活等優(yōu)點(diǎn)，得到了迅速發(fā)展，已成為當(dāng)前控制系統(tǒng)的主流。本文正是針對(duì)我國(guó)目

3、前正在服務(wù)的礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)現(xiàn)狀，基于DCS控制思想和結(jié)構(gòu)模式，首次系統(tǒng)的提出了分布式礦井提升電控系統(tǒng)概念及其完整架構(gòu)，并應(yīng)用于龍口梁家煤礦副井提升機(jī)電控系統(tǒng)的現(xiàn)代化改造，以推動(dòng)我國(guó)礦井提升機(jī)設(shè)備的改造和電控技術(shù)的進(jìn)步。 分布式礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)是由基礎(chǔ)自動(dòng)化(傳動(dòng)系統(tǒng))、過(guò)程自動(dòng)化(PLC系統(tǒng))、MMI通過(guò)以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線構(gòu)成工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的局域網(wǎng)構(gòu)成。本文通過(guò)對(duì)龍口梁家煤礦副井提升機(jī)操作工藝和運(yùn)行特性要求的分析，按現(xiàn)場(chǎng)儀表層、裝

4、置控制層、監(jiān)控管理層三個(gè)層級(jí)的基本架構(gòu)，設(shè)計(jì)了獨(dú)立完整的分布式礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)，并著重對(duì)PLC過(guò)程控制系統(tǒng)、全數(shù)字傳動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)做了深入研究。 現(xiàn)場(chǎng)儀表層主要由全數(shù)字傳動(dòng)系統(tǒng)、繼電回路和信號(hào)系統(tǒng)組成，作為變送器和現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器。全數(shù)字傳動(dòng)系統(tǒng)采用電樞反并聯(lián)、邏輯無(wú)環(huán)流反向調(diào)速系統(tǒng)，12P并聯(lián)控制方案，由DCS501B-225A/500V三相全控橋式變流器作磁場(chǎng)，電樞采用2臺(tái)DCS502B-2050A/690V可逆整流橋變流器以

5、主-從方式12P并聯(lián)；通過(guò)對(duì)變流器軟硬件的二次應(yīng)用開(kāi)發(fā)，完成傳動(dòng)系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)和電路邏輯控制編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)12P并聯(lián)驅(qū)動(dòng)、6P橋1/2半載驅(qū)動(dòng)。繼電控制回路主要由主回路、安全回路、液壓制動(dòng)控制回路、操作控制回路、監(jiān)控回路和其他輔助控制構(gòu)成，分別實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)主電機(jī)的驅(qū)動(dòng)、保障系統(tǒng)的安全運(yùn)行和停車(chē)、安全制動(dòng)、操作命令實(shí)現(xiàn)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控功能；信號(hào)系統(tǒng)采集上下井口的各種信號(hào)，實(shí)現(xiàn)提升種類(lèi)指示、顯示、記憶和關(guān)聯(lián)設(shè)施的閉鎖。 裝置控制層由一臺(tái)

6、S7-300傳動(dòng)PLC和一臺(tái)S7-300系統(tǒng)PLC通過(guò)PROFIBUS-DP總線以主站/從站方式構(gòu)成的PLC過(guò)程控制系統(tǒng)組成。作為主控系統(tǒng)，它綜合了全數(shù)字傳動(dòng)系統(tǒng)、上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)、繼電回路及其它各種相關(guān)設(shè)備的信號(hào)和數(shù)據(jù)。經(jīng)對(duì)提升機(jī)的工作、運(yùn)行及驅(qū)動(dòng)模式和各種故障及應(yīng)對(duì)措施的系統(tǒng)分析，通過(guò)對(duì)其控制流程的規(guī)劃和分解，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的PLC程序來(lái)處理上述信號(hào)和數(shù)據(jù)并進(jìn)行控制；從軟件上對(duì)各種信號(hào)實(shí)現(xiàn)多重聯(lián)鎖和安全保護(hù)，使提升機(jī)罐籠運(yùn)行實(shí)現(xiàn)

7、全數(shù)字行程控制和S型運(yùn)行曲線；同時(shí)，為進(jìn)一步改善提升機(jī)運(yùn)行特性，建立了一種理想S型速度曲線數(shù)學(xué)模型及其實(shí)現(xiàn)方法。 監(jiān)控管理層由上位機(jī)MMI系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件組成的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)承擔(dān)，動(dòng)態(tài)監(jiān)控提升機(jī)設(shè)備參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行故障報(bào)警及記錄等；對(duì)應(yīng)用WinCC組態(tài)軟件設(shè)計(jì)的MMI作了簡(jiǎn)單介紹。 該系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)各層級(jí)設(shè)備之間的通訊和系統(tǒng)集成。監(jiān)控管理層通過(guò)MPI實(shí)現(xiàn)與裝置控制層的傳動(dòng)PLC和系統(tǒng)PLC之間的通訊；裝