提升机电控系统
一、提升机控制系统组成
本系统装置适用于煤矿等行业的提升机控制。对现在沿用的TKD系统进行技术改造或控制设备更新尤为适用。          
(1)使用范围
① 环境温度         -5℃-+40℃
② 相对湿度          不超过90%(+20℃)
③ 其周围环境空气中没有导电尘埃和绝缘材料的气体和微粒,无爆炸性气体和煤尘;
④ 没有剧烈振动、冲击的场所
⑤ 没有高温、结霜、雨淋的场所
二、矿井提升机控制系统的功能
(1)手动和半自动功能
系统有手动和半自动两种运行功能,在半自动状态下,提升机的启动由主令手动给定速度,等运行到变坡点后通过司机按半自动运行按钮实现半自动运行,半自动运行时等速、减速及停车按预先设定的速度图运行;在手动状态下,提升机在操作司机的控制下运行。
(2)半自动验绳、半自动检修运行功能、应急开车方式
验绳时提升机的速度由PLC数字输出给变频器一个恒速(0.37m/s)运行命令,设备的起停和方向由司机操纵主令手柄控制。
半自动检修运行时,提升机的速度由PLC数字输出给变频器一个恒速(0.37m/s)运行命令,设备的起停和方向由司机操纵主令手柄控制。
应急开车只用在有一套PLC系统发生故障时运行。此时系统完全由一台PLC控制且各种保护具备,绞车能在限定的速度(0.37m/s)下由司机手动完成本次提升。
(3)测速及容器位置指示
安装在提升机上的两个轴编码器输出的数字脉冲与主电动机的转速成正比,一个用于提升机速度和行程的显示,另一个用于速度保护,两个轴编码器相互监测,如果一个失效,将切换到另一个进行提升机速度和行程的显示和速度保护。
(4)保护及联锁功能
① 首次上电或故障时安全继电器断电后,只有提升机在主令零位紧闸位才能再次接通安全继电器,当有故障时安全继电器断电后,配合液压站安全阀使提升机实现一级或二级制动;,工作闸继电器及制动油泵等控制回路断电,使制动油压降为零。
② 任何情况下,只有提升机在主令零位紧闸位才能接收到开车信号,只有当司机接到开车信号后,才能起动提升机使其运行。
③ 当提升过程中发生润滑油压力过高、过低,润滑油温高、液压站油温高时、上位机和操作台上均有相应的一次提升故障信息显示,点亮相应信号灯,告知司机可以完成本次提升工作。当故障解除后才允许司机进行下一次提升工作。
④ 当提升机因发生故障在中途停车,工控机上有相应的故障信息显示,排除故障后允许司机选择方向开车。
⑤ 全矿停电时,由PLC保证提升机能实现二级制动,并作好提升机的后备保护。
⑥ 盘式制动器的工作制动力矩可调,紧急制动(安全制动)能产生二级制动,避免机械冲击力,活卷筒和死卷筒的制动机构能单独作用。
(5)自学习功能
在不知道电动机必要参数时,可用自学习功能自动地设定电动机参数。变频器能自动设定电动机铭牌范围的电机参数,由此从变频器专用电机到通用电机都可以进行矢量控制运行,使电动机最大限度地发挥作用。
(6)直接转矩控制功能
控制系统实时检测电机轴上的负载力矩,根据负载力矩的大小控制变频器的输出电流,使输出力矩满足负载力矩的要求,转矩控制精度为±4%。
(7)PID控制功能
使用PID控制功能可以实现反馈控制。所谓反馈控制,是用检测装置将检测出的值进行反馈,使变频器的输出频率(电动机的转速)与指令目标一致的控制方式。
(8)零伺服控制功能
控制系统在零伺服控制有效时,可以使电动机在转速为零的状态下也能产生200%以上的转矩,这一功能特别适用于位势能负载的控制。
(9)低噪声功能
由于输出回路采用IGBT功率模块和高载波频率正弦波SPWM控制方式,使电动机发出的噪声大大降低。
(10)监视功能
使用数字操作器可监视频率指令、输出频率、输出电流、电动机转速、输出电压指令、主回路直流电压、输出功率、力矩指令、输入端子的状态、运行状态、软件编号。
(11)、能量再生及回馈功能
当电动机所传动的位能负载下放时,电动机将处于再生发电制动状态;或当电动机从高速到低速(含停车)减速时,电机也处于再生发电状态,传动系统中所储存的机械能经电动机转换成电能。为了使再生能量能回馈到电网,通过控制直流母线电压,采用有源逆变技术,将再生电能逆变为与电网同频率同相位的交流电回送电网,从而实现制动,这种回馈制动的优点是能四象限运行,电能回馈提高了系统的效率。
(12)、故障监视及记录功能
   应用可编程序(PLC)控制技术和通讯技术,配合精度高、稳定性好的旋转编码器、无触点感应式电位器、霍尔传感器及闸瓦磨损开关,对电机、滚筒及天轮等提升机的各种运行工况及参数进行采集、处理、显示、存贮,使提升机不仅具有良好的启动、停车、调速和功率平衡等功能,而且能监测设备各部位的运行情况,对松绳、断绳、深度指示器失效、过速及闸瓦磨损等不正常状态进行保护,显示和记录故障类型,具有完善的保护和自诊断功能。
(13)、运行方式
本系统共有三种运行方式可供选择:正常运行(人力推车阶段:40M,0.37m/s;减速段:a=0.29m/s2,19.5M,减速时间10S,爬行段:0.37M/s,20m                                  )
三、安全回路
    安全回路设计的好坏,是衡量对提升机的保护及不发生跑车事故的重要标志。新系统将安全回路设计成双安全回路,即系统的安全回路有两套,一套由PLC构成(“软”安全回路),另一套为继电器直动安全回路(“硬”安全回路)。提升机的保护分两种,一种是在发生故障时立即实现一级或二级安全制动;另一种是在发生故障时可以完成本次提升循环,不能进行下一个提升循环的二次不能开车保护。   
安全回路的保护由以下几个部分组成:
1、主令控制手柄零位联锁
2、工作闸制动手柄联锁
3、制动油超压保护
4、主电源断电保护
5、后备保护
6、变频故障
7、过卷保护
8、机械闸瓦磨损保护
9、调绳联锁保护
10、  LC软安全回路控制
²  纸质滤油器全堵塞
²  等速超速保护
²  减速段过速保护
²  爬行段超速保护
²  运行状态监测
²  溜车故障
²  制动泵故障
²  润滑泵故障
²  深指失效
²  编码器失效
²  PLC故障
²  松绳故障
四、电气制动
在变频调速系统中,降速的基本方法是通过逐渐降低给定频率来实现。在频率下降过程中,电动机将处于再生制动状态(发电机状态),使电动机的转速迅速地随频率的下降而下降。
在再生制动过程中,例如提升机下放重物的运行过程,转子绕组切割旋转磁场,转子的电动势增大,电动机实现再生制动,电能反馈到电网中,这样不仅增大了制动转矩,而且节省了能源。
五、特点
1、    降低能耗
传统提升机TKD控制系统采用转子串接电阻调速是根据转子串接电阻值的大小,通过操作人员同时施加机械闸,利用机械制动和电机拖动的合成特性来的到要求的速度。这样做,不仅耗电量大,闸瓦磨损快,而且操作人员工作非常紧张,安全性、可靠性差。变频调速是通过改变电机定子电源频率的方法,无需制动闸的参与就可获的所需的速度。电机的功率与电源的频率成正比,即:P∝f,可见,改变电源频率既实现了调速又节约了电能。实际测试节约35%以上。
2、改善运行性能
矿井提升机是一种大型的机电设备,惯性比较大,传统TKD系统中转子串接电阻调速是有级调速,在加减速时有较大的机械冲击,一方面使系统运行不平稳,一方面增加机械部分维修的工作量,减少提升机械的使用寿命。采用新TKPF变频调速时,频率从最小到最大可以连续变化,实现无级调速,通过PID控制及参数调整,可在最小频率时输出最大转矩,获得良好的低频特性、稳定的低速爬行和平滑的调速性能,最大限度的减少了惯性带来的电气和机械冲击,使系统在整个过程中平稳运行。
3、能量回馈
当电动机所传动的位能负载下放时,电动机将处于再生发电制动状态;或当电动机从高速到低速(含停车)减速时,电机也处于再生发电状态,传动系统中所储存的机械能经电动机转换成电能,转子串接电阻调速系统是将这部分能量在电阻上消耗掉。为了使再生能量能回馈到电网,通过控制直流母线电压,采用有源逆变技术,将再生电能逆变为与电网同频率同相位的交流电回送电网,从而实现制动,这种回馈制动的优点是能四象限运行,电能回馈提高了系统的效率,节能效果更为显著。
4、系统保护记忆
   应用可编程序(PLC)控制技术和通讯技术,配合精度高、稳定性好的旋转编码器、无触点感应式电位器及霍尔传感器,对电机、滚筒及天轮等提升机的各种运行工况及参数进行采集、处理、显示、存贮,使提升机不仅具有良好的启动、停车、调速和功率平衡等功能,而且能监测设备各部位的运行情况,对松绳、断绳、深度指示器失效等不正常状态进行保护,显示和记录故障类型,具有完善的保护和自诊断功能。可对最后三次提升的信号及状态进行记录,以备事后巡查。便于对事故的原因进行科学的分析,避免事故重复出现,使提升机处于安全高效的运行状态。同时,有助于引导提升司机正确操作、提高维护质量。
5、直接转矩控制改善低频特性
   普通变频器虽然可以输出较低的频率,但输出力矩小,特性较软,应用于提升位能负载时,起动瞬间总要溜车。采用特殊的软件编程,实时监测电机轴上的负载力矩,应用直接控制技术,实现闭环调节,改善低频特性,即使在输出0Hz的情况下,也能输出200%的负载力矩,达到了在整个运行过程都能输出满足负载要求的力矩。完全避免了重载坡起时溜车现象。

 
七、矿井提升机控制系统的操作步骤
1、开车前的准备工作
1)    将操作台上的制动手柄拉到紧闸位,主令手柄置于停止位,总电源开关顺时针打到位。
2)    合电源柜内电源开关CAI(电源互投装置),观察面板上的电压表三相电压是否正常。
3)    合电源柜内的空气开关。若三相电压正常方可按下电源柜面板上的变频送电按钮,给变频柜送电。
4)    给变频柜上电:将变频柜控制回路隔离开关由“OFF”打至“ON”位,观察三相电压是否正常,将主回路隔离开关由“OFF”打至“ON”位,将变频器启动开关由“0”位打至“2”位,持续2秒后松手,变频器冷却风机起动。将开关打至“1”位,并按控制面板上的“RESET”键复位PPCC LINK故障
5)    合动力柜内两相控制回路空气开关以及UPS进线空气开关和UPS控制回路空气开关,合润滑油泵和制动油泵主回路空气开关,将面板上的制动油泵选择开关和润滑油泵选择开关打至相应的位置。
6)    按UPS开机键1秒以上UPS先进行自检,面板上的批示灯从下到上逐一熄灭,几秒后逆变批示灯等这证明UPS已启动。
7)    将操作台内的两相控制回路空气并关合上,再将操作台面板上的控制回路电源开关打至“顺时针”位,给操作台上电。
2、开车
(1)听到开车信号后,分别按下操作台面板上的制动泵启动和润滑泵启动按钮,启动制动泵和润滑泵,观察其指示灯是否点亮,油压表显示压力是否正常。油压正常才允许开车。
(2)向前推动司机操作台主令手柄,随即向前推动司机操作台制动手柄至半松闸位置(即左手柄置中间位),此时提升机低速起动。司机观察无异常现象后,将制动手柄向前推到底,使制动闸全松开,然后向前将主令手柄推到位,同时观察速度显示数字表,使绞车加速至等速运行。
(3)司机听到减速铃响后,将右手柄逐渐向后拉,同时观察速度显示数字表,使绞车减速慢速运行。
(4)司机观察深度指示器,确认提升容器接近停车位置时,将右手柄向后拉到底,然后将左手柄向后拉到底,提升机停车,一个提升循环结束。
(5)按下制动油泵停止按钮、润滑油泵停止按钮,提升机处于制动状态。一次提升过程结束,下次提升重复(1)——(5)。
(6)  停车期间,司机离开操作位置时必须做到:将制动闸手把、主令手把置于零位。
3、开车操作中的注意事项
(1)起动过程分两个阶段,一个阶段叫初加速,另一个阶段叫主加速。在初加速阶段中由于串车要过道岔,故提升机速度不能太大,要控制在1.0m/s以下,待串车驶过道岔,进入直道后方能开始主加速。主加速使提升速度增大到最大提升速度(3.4m/s)。
(2)  随时注意观察以下几点:
① 电流、电压、油压、速度、深度等各种仪表的指示。
② 深度指示器指针位置和移动的速度。
③ 触膜屏、信号盘的信号变化情况。
④ 各运转部位的声音。
⑤ 各种保护装置的声光显示。               
⑥ 滚筒上绳的排列情况和出绳的松驰情况。
(3)在运行中出现下列现象之一时,应当即将主令手柄拉回零位,用工作闸制动,进行中途停车。
① 电流过大,加速太慢,起动不起来;
② 运转部位发生异响;
③ 出现情况不明的意外信号;
④ 过减速点不能正常减速;
⑤ 出现其它必须立即停车的不正常现象。
(4)运行中出现下列情况之一时,应立即按下急停开关进行紧急停车。
①  工作闸操作失灵;
②  接到紧急停车信号;
③  接近正常停车位置,不能正常减速停车;
④  出现其它必须立即停车的故障。
4、调绳操作
(1)  将司机操作台“调绳开关”旋至调绳位置(逆时针旋90 ),“四通阀”开关6AK扳至接通位置,此时安全回路断电,提升机处于制动状态,合上10AK开关,离合器合上信号灯点亮。
(2) 启动制动油泵,将司机操作台左手柄向前推,观察制动油压表,使油压升至2.94-3.43mp,调绳离合器打开,当“离合器打开”信号灯点亮时,表示调绳离合器完全打开。
(3)  司机按正常提升方式开动提升机,此时活卷筒制动,固定卷筒转动,直到固定卷筒上的提升容器到达所需位置,抱闸停车。
(4)  断开“四通阀”开关,将“调绳开关”旋至调绳位置,合上10AK开关,合上“五通阀”开关7AK,将司机操作台左手柄向前推,调绳离合器开始合上,当离合器完全合上时,“离合器合上”信号灯点亮,所有调绳过程结束。
(5)  断开“五通阀”开关,断开“10AK开关”,将“调绳开关”旋至正常提升位置(顺时针旋90 ),系统恢复到正常提升状态。
5、 调整闸瓦间隙操作
(1)将调绳转换开关打到调闸瓦间隙位置,解除安全制动和闸瓦磨损之间的联锁。
(2)起动制动油泵。
(3)  合上安全阀开关8AK,使电磁阀G3通电,为固定卷筒松闸做准备,此时游动卷筒处于紧闸状态。
(4)  将制动手把推到全松闸的位置,使压力油进入电磁阀G3控制油路上的固定卷筒,制动器松闸,此时可对固定卷筒的闸瓦进行调整,调整完毕后,制动手把拉到紧闸位置,固定卷筒处于紧闸位置。
(5)  将安全阀开关8AK打到停止位置,使电磁阀G3断电,使电磁阀G3’通电,为游动卷筒松闸做准备。
(6)  将制动手把推到松闸的位置,游动卷筒松闸,此时可对游动卷筒的闸瓦进行调整,调整完毕后,将制动手把拉到紧闸位置,游动卷筒处于紧闸位置,到此两组制动器闸瓦间隙已调整完毕。
(7)  将调绳转换开关打到正常工作位置。
(8)  调整闸瓦间隙时,提升容器必须在车场的位置。
 
 
 

2010-05-15

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