礦井研究機電控系統設計方案

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1現場總線網絡應用設計

目前國內由于提升機的各組成設備及控制裝置大多由不同廠家提供，提升機電控成套廠商生產的提升機電控系統主要實現對提升工藝進行控制和監視保護，而與之相關的定量裝載控制(主井配套設備)、井底和井口操車控制(副井配套設備)、提升信號控制、液壓制動控制、輔機控制等系統相對獨立，只進行簡單的閉鎖控制和監視。隨著PLC在上述各控制系統中的應用，特別是網絡通信技術的發展，通過網絡通信將上述控制系統連成一體，形成包括所有提升機組成設備控制子系統的提升機電控系統。目前提升機電控系統中廣泛使用西門子S7系列PLC，具有Profibus－DP外部現場總線接口，因此選用Profibus－DP網絡作為通信方式。Profibus是一種國際化的、開放的、不依賴于設備生產廠商的現場總線標準，適用于工廠自動化車間級監控和現場設備層數據通信與控制，能夠實現現場級到車間級監控的分布式數字控制和現場通信網絡。系統采用3層體系結構，最低層為數據采集系統，從現場各類傳感器設備中采集數據，執行控制指令;第2層為實時信息處理系統，對現場采集的數據進行分類顯示，包括故障記錄、實時顯示、打印等;第3層將數據及其相關信息寫入服務器和數據庫服務器中，對數據進行統計、分析等處理，滿足信息通過網絡與第3層客戶端相連的要求，客戶計算機可通過瀏覽器直接使用和監測現場采集的數據。圖3基于現場總線的分布式提升機控制系統架構基于Profibus現場總線的分布式提升機電控系統，可解決目前提升機電控系統中存在的分散控制導致集約控制能力差、信息傳輸受限、信息采集不完全且不能共享、系統可靠性低、維護量大等一系列問題，減少系統設備間大量的I/O和模擬量電氣連接，在節約成本的同時降低系統故障率和維護費用，在拓展信息量的同時提高控制的有效性和穩定性。

2變頻調速裝置選型設計

大型礦井提升機傳動調速裝置是電控系統的重要組成部分，傳動調速裝置的性能直接關系到提升電控系統的穩定與可靠。目前礦井提升機傳動調速裝置主要采用直流調速和交流調速方案，直流可逆調速方案具有調速連續、機械沖擊小、低速轉矩大等特點，但因直流電動機受結構和制造工藝制約，以及外圍設備多、控制復雜、維護量大等缺點，直流調速方案目前在大型礦井提升機領域的推廣應用逐漸受到限制。與直流傳動系統相比，交流傳動具有效率高、過載能力大、結構簡單等優點，且可做到大容量和高電壓，因此隨著變頻調速控制技術日益成熟，交流變頻調速尤其是同步電動機交－直－交變頻調速成為大型礦井提升機傳動調速的主流解決方案。筆者所設計的千米深礦井提升電控系統電動機容量大，提升速度高，為滿足系統要求，選擇了同步電動機交－直－交變頻調速方案。由于礦井提升要求調速精度高、動態相應快，能夠滿足此要求的變頻裝置多采用二極管嵌位三電平交－直－交變頻調速方式，目前能夠提供此類變頻裝置的主要有西門子公司SM150系列產品、ABB公司ACS6000系列產品及中國礦業大學ASCS系列產品等。其中西門子公司的SM150系列及ABB公司的ACS6000系列都是采用IGCT功率器件，并使用水冷技術，而中國礦業大學的產品采用高壓IGBT功率器件及風冷散熱技術，在控制策略上西門子公司及中國礦業大學采用矢量控制技術，ABB公司采用DTC直接轉矩控制技術，各公司產品在技術水平上各有特點。根據使用單位經費預算及現場技術人員對相關產品的熟悉程度，最終選用一套西門子公司的SINAMICSSM150中壓電壓源型交－直－交變頻器來構成同步電動機全數字變頻調速控制系統。

3結語

根據筆者所述方案對某礦副井提升機電控系統進行設備選型、圖紙設計及軟件程序設計。電控系統經現場安裝調試，并投入試運行，現場運行結果表明，系統控制功能完善、速度曲線平滑、行程準確、安全可靠性高，同時故障診斷管理系統方便了現場維護，易于操作，完全滿足大型現代化礦井安全高效穩定運行的需求。

作者：劉輝 倪文婧 單位：天地科技股份有限公司