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金翅嶺金礦2.5米雙罐籠卷楊機 自動控制改造方案 煙臺金建設(shè)計研究工程有限公司 2006年4月20日 招金礦業(yè)股份有限公司金翅嶺金礦傅家礦井2.5米雙罐籠卷揚機控制系統(tǒng)進行升級改造以適應(yīng)當(dāng)今礦山安全生產(chǎn)管理和節(jié)能降耗，提高效率并降低生產(chǎn)成本。本方案為自動化直流驅(qū)動電控，是在夏店金礦全自動卷揚機成功應(yīng)用基礎(chǔ)上控制部分又進一步升級。該方案完全滿足金翅嶺金礦改造升級要求，在單繩卷揚機自動控制領(lǐng)域處于前沿。 一、 方案的內(nèi)容及要求： （1）改造后技術(shù)參數(shù) 雙罐籠提升井：罐籠互為平衡的提升方式。 1．卷揚機技術(shù)參數(shù) 提升高度： m 提升速度： 最大 3.47 米/秒 最大加速度： al=a3=0.70m/s2 停車水平9個 當(dāng)前4個 2．電動機參數(shù)(推薦) 型號Z4－355－32 容量406KW 電壓400V 電流1098A 最高轉(zhuǎn)速n=680轉(zhuǎn)/分 勵磁功率5840W 勵磁電流15A GD2 =52Kg/m 效率＝91.3% 總重＝3500Kg 3．電源條件 主電源：3相，380V，50Hz，電壓波動10%。 容量：大于500KVA,可由礦區(qū)就近提供。 （2）設(shè)計說明 1．我公司提供的所有電控裝置能夠滿足金翅嶺金礦雙罐籠井提升技術(shù)要求，并留有一定的安全富裕系數(shù)和擴充能力。動態(tài)靜態(tài)性能指標(biāo)完全滿足主電機四象限運行的要求。 2． 裝置以全數(shù)字控制制為核心。其中主控PLC與監(jiān)控PLC采用原裝進口西門子公司S7-300系列可編程控制器，控制軟件編制以安全為第一因素，冗余配置保證系統(tǒng)安全可靠運行。 3． 直流電動機驅(qū)動采用ABB公司DCS502B1503-51裝置，額定工作電壓500V，最大20S持續(xù)工作過載2.0倍。 4． 直流電動機勵磁采用ABB公司SDCS-FX2-0016裝置，配進線電抗器。 5． 四象限可逆運行，減速負力可反饋電能，節(jié)電效果是原系統(tǒng)的10－15％。 6． 加減速動態(tài)S曲線調(diào)整，無級平滑調(diào)速，速度控制精度0.1％。 7． 設(shè)電子監(jiān)控器實現(xiàn)對錯向、主控計算機位置、速度和變流器輸出速度全范圍保護。安全回路、位置、速度等關(guān)鍵控制采用硬件電路與軟件冗余結(jié)構(gòu)設(shè)計。 8． 提供所有的程序、程序文檔及支持軟件。 9． 監(jiān)控設(shè)計安全可靠，傻瓜式操作，故障點可在微機中快速查出，維護簡便。 10． 上位機監(jiān)視系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)工控機，軟件采用組態(tài)王6.5編制，能對系統(tǒng)運行狀態(tài)、故障信息、生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行實時采集，產(chǎn)生日、月、年度生產(chǎn)報表，并能夠與組網(wǎng)微機通訊，實現(xiàn)遠程監(jiān)控、故障診斷。 11． 公司電控裝置符合下列文件的規(guī)定和要求： i. 國家有關(guān)電氣設(shè)備質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。 ii. 《金屬非金屬地下礦山安全規(guī)程》（GB16424-1996） iii. 進口電器滿足國際電工委員會IEC標(biāo)準(zhǔn) iv. 《直流傳動礦井卷揚機電控設(shè)備 第二部分晶閘管電控設(shè)備》（JB/T6754.-93） v. 國際現(xiàn)行的電氣制圖標(biāo)準(zhǔn) vi. 《工業(yè)過程測量和控制裝配的電磁兼容性》（GB/T13926-92） vii. 《低壓配電設(shè)計規(guī)范》（GB50054-95） viii. 系統(tǒng)3C國家強制認(rèn)證。 控系統(tǒng)主要技術(shù)方案 1.操作臺 臺內(nèi)主要裝有PROFIBUS總線模塊、電源模塊、音響裝置、繼電器、聯(lián)想計算機等。臺面人性化設(shè)計，司機界面友好，操作簡單舒適。主要有15’液晶屏（用于編程、畫面參數(shù)動態(tài)顯示和故障查找）、數(shù)字深度指示器、高亮度3030光字顯示器、數(shù)字顯示表（電樞電流、勵磁電流、提升速度、液壓站壓力、電機溫度、風(fēng)機頻率）、工作方式選擇開關(guān)等。 操作臺主要完成以下功能 （1） 臺面適用于數(shù)字化操作。上設(shè)輔助設(shè)備的集中開合控制，人工緊急停車裝置，運行方式選擇開關(guān)，手動開車開關(guān)，故障復(fù)位按鈕等組成。 （2）指示當(dāng)前電樞電流、勵磁電流、液壓站壓力、速度、深度、電機溫度、風(fēng)機頻率等參數(shù)值。 （4）設(shè)備工作狀態(tài)光字牌，顯示有裝卸載站設(shè)備運行狀態(tài)、皮帶振動放礦機運行狀態(tài)、去向信號、機房設(shè)備狀態(tài)、提礦方式、翻板位置、急停故障信號等，可隨時觀察卷揚機狀態(tài)。 （5）臺內(nèi)設(shè)電鈴、電子音響等。在開車、經(jīng)過減速點或出現(xiàn)故障時，發(fā)出不同語音信號，提醒司機注意。 （6）整臺設(shè)計綜合考慮各種誤操作，軟件編有各種保護，將誤操作幾率降至最低。 （7）現(xiàn)場人員只要經(jīng)過幾個小時培訓(xùn)，即可全部掌握操作。 （8）全自動提礦，運行時滿足不設(shè)人要求。 卷揚機工作在自動、手動、檢修、過卷回收四種運行方式 自動開車：運行方式開關(guān)撥到自動方式 自動方式按照國外無人值守標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，可以實現(xiàn)全自動運行。 卷揚機轉(zhuǎn)為自動方式后，卷揚機根據(jù)中段信號自動判別信號方向，目的地自動減速到0.1米/秒速度停車。停車精度2cm,可滿足直接上下礦車要求。自動運行時，機房操作臺不需要人工操作。（司機只進行監(jiān)視，不參與任何操作）。 手動開車：運行方式開關(guān)撥到手動方式 開車所需安全條件必須滿足，司機依照操作臺顯示，將上升或下降顯示撥動開關(guān)至爬行（0.1米/秒）、手動給定（0-設(shè)計速度任意調(diào)整）或全速。卷揚機會按選定目的地自動減速，自動停車，中間不需要人工參與。停車后，將開關(guān)撥回。如此循環(huán)開車。（減速停車司機只進行監(jiān)視，不參與任何操作）。 檢修開車：運行方式開關(guān)撥到檢修方式 在條件（無緊停、無報警）滿足時，可無去向信號，按司機開車方向運行（爬行0.1m/s、手動給定0-1m/s任意調(diào)整或全速1m/s）。司機可隨意停車，開車，滿足提升系統(tǒng)檢修需要。 過卷回收：運行方式開關(guān)撥到回收方式 此方式是為卷揚機過卷后復(fù)位用，在此方式下卷揚機只能向非過卷方向開車（0.1m/s，反向開不動車），到達正常位置后，取消該操作。卷揚機共設(shè)每方向設(shè)三道過卷保護。 計算機柜 （1）通過主輪編碼器采集卷揚機位置、速度信息，并與監(jiān)控器位置、速度和變流器速度比較，實現(xiàn)測速元件的相互監(jiān)視保證所采集數(shù)據(jù)可靠。 （2）兩頭獨立的減速校核（電子、機械開關(guān)）三套，對減速過程相互核對，確保減速無誤。 （3）軟件與硬件的冗余設(shè)計，包括各種復(fù)雜的邏輯控制與連鎖，幾十種報警與急停檢測，確保卷揚機安全可靠運行。 （4）裝卸點位置同步，有效消除運行中產(chǎn)生的誤差。位置采用數(shù)字（數(shù)碼管，精確到1cm）和屏顯（液晶）兩套獨立顯示，停車精度2cm。 （5）減速過程由電控實現(xiàn)，中間不需要閘系統(tǒng)參與。計算機控制閘的開啟，不管閘系統(tǒng)出現(xiàn)任何故障，計算機均可將卷揚機停車到安全可靠處。 （6）系統(tǒng)故障停車方式有三種：一級制動、二級制動、完成本次提升后不再開車。 （7）與電子監(jiān)控器數(shù)據(jù)相互比較，無誤后運行。 電子監(jiān)控器： 電子監(jiān)控器有獨立的編碼器，可采集來自電機側(cè)的卷揚機位置、速度，對過卷、錯向、包絡(luò)線、減速點、與主控計算機位置、速度對比和變流器輸出速度對比，在全范圍內(nèi)保護。電子監(jiān)控器硬件電路獨立設(shè)計，即使主PLC發(fā)生故障，監(jiān)控器也可完成卷揚機停車保護。 2.變流器柜 （1） 柜由ABB DCS502B1503-51 全數(shù)字直流調(diào)速裝置和交流進線電抗器(700A)、主電源開關(guān)一個（LG產(chǎn)品）、繼電器、開關(guān)、指示燈端子等組成。完成如下功能： a) 電流、速度雙閉環(huán)控制。加減速平滑“S”型曲線。 b) 具備過載（I2C）、欠壓、超速、電機堵轉(zhuǎn)、過流、過壓、勵磁檢測等多重保護。 c) 變流器進線、出線端均設(shè)專用過電壓吸收裝置。 d) 具備長時間不開車自動將勵磁電流降低60％，有效降低電機溫升，節(jié)省電能。 e) 交流電源設(shè)避雷器。 f) 繼電器 1、強/弱電氣隔離轉(zhuǎn)換 2、控制電路和保護電路 3、硬件與軟件安全回路相互冗余聯(lián)鎖 3．1低壓配電柜 a、 壓配電由總開關(guān)（1200A）、各分項開關(guān)、一臺3KVA 380V/220V/110V變壓器等組成 b、 配1000VAUPS電源1臺作為停電時位置記錄。 c、 設(shè)液壓泵控制、潤滑泵控制各兩套，冗余轉(zhuǎn)換。 d、 風(fēng)機變頻控制，節(jié)電并降低噪音20db。(夏甸無) e、 設(shè)電量變送器，實時采集卷揚機電量并記入生產(chǎn)報表。 3．2濾波補償柜 a、 慮除大部分5、7、11及高次諧波，保證電源清潔。 b、 補償提升級功率因數(shù)至0.90以上，報證系統(tǒng)運行效率最優(yōu)。 c、 吸收電網(wǎng)瞬間高壓脈沖，保護系統(tǒng)電子設(shè)備。 d、 隨卷揚機啟停自動投入切除，有效降低卷揚機啟動電流。 4．井筒開關(guān) （1） 停車開關(guān)4個 （2） 校核檢測開關(guān)（光電漫反）2個 （3） 以上開關(guān)全部選用德國TURCK IP67產(chǎn)品，保證在惡劣條件下可靠工作。 5．中段控制箱 a、 與卷揚機密切集成，信號系統(tǒng)直接操控卷揚機 b、 中段控制箱直接完成換層、對罐、去目的地等控制功能，可不需司機參與。 c、 中段控制箱總線結(jié)構(gòu)，線纜接線最少。 d、 中段箱集成語音報解功能。 e、 鎖罐與安全門連鎖控制功能。 f、 直接顯示罐所在中段及目的中段。 5.上位機 a. 標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)想計算機，P4，80G，512M ，15“彩顯(液晶)。 b. 顯示、記錄卷揚機工作狀態(tài)。對速度、電流、位置、壓力等過程變量顯示或打印其變化曲線，并存儲數(shù)據(jù)。 c. 顯示、打印故障源及故障狀態(tài)，為維修人員提供詳細的故障發(fā)生時間、地點、原因和當(dāng)時運行的數(shù)據(jù)。 d. 統(tǒng)計產(chǎn)量，顯示并打印小時、每班、日、月、年提升礦、廢石量提升次數(shù)。 6．文件資料 1．電氣原理圖 6份 2．設(shè)備接線圖 2份 3．設(shè)備外型尺寸、安裝及布置圖 2份 4．操作使用說明書 3份 5．用戶軟件 1套 6．產(chǎn)品合格證、說明書 1套 三、設(shè)備價格明細表： 見附表 四、產(chǎn)品說明 1、所有繼電器、按鈕、信號燈、轉(zhuǎn)換開關(guān)為施奈德產(chǎn)品，所有空氣斷路器、接觸器、熱繼電器及微型斷路器為韓國LG產(chǎn)品，LED光字牌為上海天逸產(chǎn)品。 2、 井筒開關(guān)均選用德國TURCK進口原裝IP67防護等級開關(guān)，保證惡劣環(huán)境下可靠工作。 3、 設(shè)計符合GB規(guī)范，柜體采用標(biāo)準(zhǔn)型材柜6005001800。設(shè)備集成符合國家強制認(rèn)證，電控柜出廠均貼有3C認(rèn)證標(biāo)簽。 五、服務(wù)承諾 1． 設(shè)備安裝期間我方及時派人指導(dǎo)并解決設(shè)備安裝過程中出現(xiàn)的問題。 2． 所供設(shè)備必須進行出廠調(diào)試檢驗，礦方可派人參加。我們在出廠檢驗時對礦方人員進行技術(shù)培訓(xùn)（約1周），調(diào)試結(jié)束后，再集中對礦方維護人員進行培訓(xùn)。 3． 我方負責(zé)現(xiàn)場調(diào)試，設(shè)備安裝完畢并且具備調(diào)試條件后通知我方進行，礦方配合調(diào)試。 4． 我公司提供兩年的免費售后服務(wù)。 5． 我公司為貴礦提供詳細的技術(shù)文件和資料，以方便貴礦維護，但貴礦應(yīng)負責(zé)保存好資料，并為我公司作好技術(shù)保密，以防流失。 6． 保修期內(nèi)，設(shè)備在運行中發(fā)生故障，我公司人員在6小時內(nèi)到達現(xiàn)場，及時處理以確保不耽誤生產(chǎn)。 7． 我公司服務(wù)人員將定期走訪用戶，即使解決現(xiàn)場運行過程中出現(xiàn)的問題。 8． 對我公司卷揚機提供終身技術(shù)咨詢服務(wù)，保證快捷及時解決用戶生產(chǎn)中的技術(shù)困難。 9．我公司保證以優(yōu)惠的價格在卷揚機使用期內(nèi)提供該設(shè)備同型號的備品、備件。 六、系統(tǒng)對比 以下是卷揚機運行速度圖 最高速度 加速段 減速段 上升 下降 減速段 加速段 1． 真正全過程無級加減速，電流、速度雙閉環(huán)直接力矩控制。對負載力矩變化反映迅速平穩(wěn)。這一點是矢量控制變頻器無法做到的（矢量變頻器最高頻率精度0.01Hz，速度不閉環(huán)）。 2． 允許長時間低速運行，低速運行速度平穩(wěn)，可實現(xiàn)零速運行。電流＝力矩，低速與高速電流相同，低速運行不會造成電機溫度上升。交流電機受轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差率影響，低速時速度電流力矩均處于失調(diào)振蕩狀態(tài)，這點是矢量解耦運算和交流電機轉(zhuǎn)差率無法克服的缺陷。 3． 直流系統(tǒng)四象限運行，負力制動能量反饋電網(wǎng)，系統(tǒng)節(jié)電最高。國內(nèi)變頻器大部分是矢量2象限運行，主要應(yīng)用場合是風(fēng)機泵類負載，卷揚機負力能量變頻器只能通過斬波器流入電阻以熱能方式消耗調(diào)。當(dāng)負力過大時，易出現(xiàn)超速或燒變頻器事故。 4． 專用提升軟件，獨特的齒輪間隙補償功能，能有效降低齒輪沖擊延長減速機壽命。 5． 雖國外直接轉(zhuǎn)距控制四象限變頻器也可以達到與直流傳動相媲美程度，但該類型變頻器造價是直流傳動的6－8倍，如不考慮造價，交流直接轉(zhuǎn)距控制四象限變頻器的傳動也是一個很好選擇。 七、主要技術(shù)特點及在夏店金礦基礎(chǔ)上的升級改進 2． 按標(biāo)準(zhǔn)礦山設(shè)備過壓保護選配過壓保護裝置、濾波補償裝置（改進）。 3． 動態(tài)速度包絡(luò)線和包絡(luò)線自學(xué)習(xí)功能，全運行過程動態(tài)保護。（改進） 4． 兩套獨立PLC分別采集兩套獨立脈沖編碼器，PLC冗余檢測，對運行全程的速度、位置、減速、過卷均采用主控PLC和監(jiān)控PLC互為保護監(jiān)視，可靠性最高，完全能滿足卷揚機在最惡劣情況下可靠停車。 5． 作臺儀表全部實現(xiàn)數(shù)字化，數(shù)據(jù)顯示直觀迅速。（改進） 6． 速虛擬校核與物理位置校核，監(jiān)控器減速驗證（改進），保證卷揚機絕對可靠減速。 7． 系統(tǒng)能在液壓閘發(fā)生嚴(yán)重故障（回油堵塞無機械制動力）時，將卷揚機低速送至安全位置。 8． 減速停車制動閘完全不參與，液壓閘只在停車零速后投入，閘盤與閘瓦磨損極低，壽命大大延長。 9． 數(shù)字深度指示，采樣分辨率2.5mm，顯示控制精度1cm。 10． 開放式網(wǎng)絡(luò)互連，卷揚機運行狀態(tài)、故障、報表等可在礦局域網(wǎng)查看。 LAN 提升機現(xiàn)場服務(wù)器 客戶端 監(jiān)視機 客戶端 客戶端 圖1：網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 11． 通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)遠程故障診斷，可在最短時間解決用戶故障。（新增，需用戶配合） 12． 系統(tǒng)采用國際先進大型多繩卷揚機自動控制工藝，采用西門子300系列PLC做為主控及監(jiān)控計算機、ABB傳動裝置，其他低壓電器件主要器件全部采用采用國外大廠生產(chǎn)，整個電控系統(tǒng)工作穩(wěn)定，故障率低 13． 計算機采用模塊式結(jié)構(gòu)，留有足夠的控制、運算能力，軟件支持IEC61131-3國際標(biāo)準(zhǔn)編程方法，具有良好的開放性和高可靠性。 14． 安全保護功能： 安全保護采用主計算機、監(jiān)控計算機、繼電回路三冗余設(shè)計，卷揚機發(fā)生故障時，每環(huán)節(jié)均能獨立完成停車保護。 系統(tǒng)制動分三級 a立即施閘的緊急停車：提升容器的上下過卷、電源故障、過壓及確相保護、各運行段超速、閘系統(tǒng)故障、變流器故障、錯向、PLC系統(tǒng)故障等。 b 按預(yù)定減速度減速，然后緊急停車：制動油溫高、閘瓦磨損、主電機超溫、變流器超溫、等。 c 本次提升完畢不允許再次開車：潤滑站故障、風(fēng)機故障、（變壓器超溫）等。 具備硬件線安全回路，與PLC軟件安全回路冗余，包括：上下過卷、緊急停車、變流器故障、超速、閘系統(tǒng)故障等。 15． 軟件梯形圖語言中文符號編制，符合現(xiàn)場維修人員習(xí)慣，易于理解學(xué)習(xí)。 16． 動態(tài)卷揚機運行顯示，畫面形象直觀。 17． 強大的報表統(tǒng)計，使生產(chǎn)管理更直接迅速。 18． 新增電量計量統(tǒng)計功能，電量與提礦量共同記錄。（改進） 19． 系統(tǒng)全新徹底摒棄陳舊繼電系統(tǒng)一步到位，符合最新自動化控制潮流。柜體規(guī)劃簡潔實用，占地空間小。該系統(tǒng)是小型卷揚機升級換代步入自控領(lǐng)域首選。