提升机全自动电气控制系统.PDF

提升机全自动电气控制系统 凡口铅锌矿 易建湘 Ξ 摘 要本文介绍了凡口矿主井双箕斗提升机引进西门子公司的电控设备的主要电气控 制系统方式及各个环节的先进技术和基本原理。 关键词闭环 励磁 谐波 数字量 凡口铅锌矿主井双箕斗塔式多绳摩擦 轮提升机,主要的机械部分主导轮、 减速箱、 液压站这部分包括电气、 释油站等设备由 西德格哈哈 GHH公司引进。主要的电气 部分主变压器、 主电机、 控制设备、 可编程控 制器、 控制软件、 操作台和大部分控制电缆 由西德西门子公司引进。部分外围设备如 高压柜、 低压柜和电力电缆等国内配套。 西门子公司这套可控硅直流传动系统 采用了S形加速曲线、 力矩予给定及单值调 节、 加速度闭环调节、 提升行程数字化显示、 减速段位置控制以及S5 - 150U可编程控 制器参与系统控制与监视、 管理等先进技 术,使之具有同类系统国外先进水平。 就电气而言,这套系统主要由主回路、 闭环控制、 可编程控制器、 监视回路、 液压制 动、 数字化回路等部分组成。主要的电气控 制柜共15面和主操作台一起安装在电控楼 5楼。为了便于检修,主电机加装了一面辅 助操作台。井下装矿站的控制则由可编程 控制器S5 - 150U的远程控制站ET100U 来完成。 1 主回路 如图1所示,它是采用西勤马的克 schematic回路方式,主变压器1650kVA 接法为 △/△Y型,可控硅变流器采用同 方向串联连接的顺序控制,并采用两套这种 形式进行反向并联实现对电动机电枢电流 正反方向控制从而达到正反转控制,励磁则 采用恒定的它励励磁方式,这种形式的主回 路特点 1可实现12脉动整流两组可控硅整 流桥串联顺序控制来实现限制无功功率的 峰值,改善功率因素。 2减少高次谐波对供电电网的影响。 这种接线方式在一定条件下可获得12脉动 的整流效果,脉动数越多,谐波次数越高,但 幅值却越小,因而对电网的影响也就越小。 3改善拖动系统的特性。这是由于直 流中所含有最低高次谐波幅值减少,使得整 流装置的外特性更接近于连续的、 平滑的直 流,从而改善了系统的静特性和直流电动机 的换向条件。 2 可编程序控制器 它是整个电气系统的中心,在本系统中 是选用西门子公司的S5 - 150U型可编程 序控制器,属高档机型,安装在 GG11柜 内。其主要作用是负责整个系统的控制、 监 53 Ξ 易建湘 工程师 广东仁化 512325 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 视、 管理以及数据处理等。在硬件配置上由 输入模块接口、 输出模块、 主机、 编程器、 ET100和COROS2000组成。 1主机包括4块CPU模块、1块存储 模块、1块CP2000处理器模块、1块编程接 口模块、2块接口模块和1块跳线模块组 成。 图1 主回路图 2输入模块由18块数字量输入模块 和2块模拟量输入模块组成。每个模块24 个输入点,直流24V工作电源,共有48个 模拟量输入口、432个数字量输入点,还可 进行扩展。 3输出模块则由15块数字量输出模 块组成,每块模块24个输出点,直流24V 工作电源,共有360个数字量输出点,还可 进行扩展。 4 ET100U它是可编程序控制器的一 个远距离控制的工作站,安装在井下装矿站 的 W11柜中,负责装矿站的皮带、 电振、 分配车、 计量斗等的控制运行。由1块接口 模块,6块数字量输入模块、10块数字量输 出模块、1块模拟量输入模块等组成。每块 模块8个输入出点,则有48个数字量输 入口、8个模拟量输入口、80个数字量输出 口。 5 COROS2000它是由VDU2000和 COROS2000显示器、 打印机等组成。其主 要作用是显示、 打印故障信息、 数据管理、 整 个提升系统主要部分的静动态模型显示等。 软件是采用界面设计,并与CP2000作为接 口与可编程序控制器进行数据交换,这部分 安装在主操作台上。 6编程器它是与可编程序控制器配套 使用,但不参与控制运行,其主要作用是编 制程序,把程序输入到可编程序控制器中, 并可诊断可编程序控制器的故障,观察各输 入、 输出的运行状态,且可实行强制状态。 编程器的操作系统为PCP/ M - 86支持下 的S5DOS ,使用STEP5编程语言,这种语 言有三种形式控制流程图CSL、 语句表 STL、 梯形图LAD。编程器可把一种形 式编译成另一种表达方式。 7可编程序控制器从软件配置上有系 统程序和用户程序。系统程序装配在4块 CPU模块上随硬件的产品而来。用户程序 是编程器编好程序后输入到可编程序控制 器的存储模块340k ,程序是采用块式结构 形式,共有5种形式组织块OB、 程序块 PB、 功能块FB、 数据块DB、 顺序块 SB 本系统没有使用顺序块。 组织块OB是系统程序和用户程序的 接口,是用户程序的一部分,但只能由系统 程序调用,使用者不能调用,可以编程序。 本系统使用了17个OB块。 程序块PB是写入工艺过程的程序部 分,用于用户程序的结构化。本系统使用了 53个程序块。 功能块FB是用于反复经常的复杂功 能的编程如专用控制器、 报警器、 计算功能 63 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 和调整功能。本系统中使用了34个功能 块。 数据块DB用于存储数据和文本。本 系统使用了66个数据块。 3 闭环系统 闭环系统是整个系统最主要的部分,对 提升机的运行过程起着调节电流和速度、 对 可控硅变流器的触发脉冲的移相控制,顺序 控制和正反向控制等作用。它由电流环、 加 速度环、 速度环和减速段的位置控制所组 成,安装在 GH51柜上。模拟量的调节、 斜坡函数发生器、 积分器等均由西门子公司 的西马定C系列模块组成,具有大规模的 集成电路,使之具有较高的调节精度、 性能 和稳定特性。提升机的运行曲线如图2所 示,加整段12s、 均速段44s、 爬行段8s ,全程 运行76s左右。对提升机来说减速尤为重 要,这里的减速段位置控制具有其特点,减 速段的限制性减速控制特性如图3 ,共分三 段第二段是在62m开始至6m速度控制在 抛物线切线以内;第三段是爬行段是6m至 1m限速在0. 5m/ s以内运行;第四段为停 机段为1m以内按线2运行。 图2 提升机运行曲线 4 液压制动 液压制动其作用是提升机停止时能强 制箕斗不动,在运行时则释放制动闸,在紧 急情况时能确保箕斗平稳停止。电气部分 主要安装在 GH71柜内。制动系统包括 一个压力比例控制阀,一个比例定向控制阀 和一个定向滑阀,该滑阀是在需要紧急制动 时用来迅速进行预制动的。制动共分两个 通道,任一通道均能单独工作并能达到制动 的目的。制动的形式分为两种工作制动和 紧急制动。其中,工作制动是在提升机正常 工作时的正常停机的制动,是通过适当的控 制量来释放的。 紧急制动是在提升机负载条件下不好 和紧急情况下的制动。由于紧急制动会产 生提升机的打滑现象,因此,紧急制动是采 用闭环速度环控制,实现衡减速制动,使 提升机在高速运行中得到适当的减速率而 平滑过渡停机。 5 监视回路 监视回路其主要作用是跟踪监视提升 机在各种状态下的速度、 电流等关键物理量 是否在允许范围,可控硅变流器、 井筒开关、 测速发电机、 电流传感器、 数字化仪等关键 设备是否正常。一旦被监视的某一物理量 或设备出现异常现象,就立即作用于提升机 的安全回路并发出声光报警信号,各种监视 特征如下 1连续速度监视。它是由数字化仪提 供箕斗运行位置而产生一组速度/位置限制 性运行曲线与测速发电机检测的实际速度 比较,实际速度大于曲线速度则接通安全回 路跳闸。 2逐点速度监视。它是在提升机减速 段由三个井筒开关分别为15. 2m、27m、 43. 5m形成三个位置限速点与实际速度比 较,实际速度大于监视点速度则安全回路接 通跳闸。 3连续速度的初始值监视。它是逐点 监视的井筒开关位置产生的一组监视的运 行极限特性曲线与数字化仪产生的运行曲 线比较,后者大于前者则接通安全回路跳 闸。 4测速发电机与闭环控制测速发电机 73 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 互相监视。两者不等则接通安全回路跳闸。 5测速发电机与数字化仪互相监视。 两者通过数/模转换比较,不等则接通安全 回路跳闸。 6反向闭锁,它是给定方向与实际方 向比较,不等则接通安全回路。 7钢绳打滑监视。测速发电机与防滑 测速发电机安装在主导轮上的互相比较, 差值为打滑量,打滑量大于4m则接通安全 回路跳闸。 8井筒开关监视。它是对井筒开关是 否故障的监视。 9井筒计数器脉冲监视。监视用的数 字化仪与行程位置用的数字化仪实际两者 为一体相互比较,不等则接通安全回路。 10装载过量监视。实际电流值与整 定的电流值的比较,前者大于后者则接通安 全回路跳闸。 11给定 实际值监视。它是由电枢 电流和速度的给定值与实际值的比较,不等 则接通安全回路跳闸。 12紧急停车监视。紧急停车是按恒 减速进行的,如实际速度超出恒减速运行曲 线以外则接通安全回路跳闸。 13下放重负荷监视。重负荷下放限 速2m以下,如实际速度大于2m则接通安 全回路跳闸。 14提升机停止时零电流监视。测速 发电机在停止时发出的0信号电流,如过大 则接通安全回路跳闸。 15闭环控制与监视系统的电流转换 器互相监视。电枢回路电流转换器输出分 两路,一路到闭环,一路到监视,两者的值不 等则接通安全回路跳闸。 以上监视回路种类之多,涉及面之广足 以确保提升机的安全运行。它的主要电控 部分集中安装在 GH41柜内,比较和执行 机构 均 使 用 西 马 定C SIMADYNC 6DC30128CC差值信号监视器控制模块, 使之具有运算速度快,精度高等特点。 图3 限制性减速控制特性 6 数字化回路 数字化回路其主要作用是提供提升机 运行的具体位置的数值,供给闭环的控制和 操作台显示行程等,实现远距离控制。主要 构成是通过数字化仪安装在主导轮上对 提升机每运行1cm发出1个脉冲,然后由 数字电路安装在 GH61内的西马定C3 模块进行数据处理。 7 励磁回路 励磁回路是一个由电流环组成的可控 硅变流装置,正常运行为26A ,系统在一般 情况下采用通断励磁电流来起停提升机。 83 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 8 系统的运行方式 系统运行的方式有提升机手动操作包 括检修、 空斗运行和箕斗装矿提升和自动 运行状态以及装矿站的手动操作运行和自 动运行状态。 主井提升机引进设备的技术改造是凡 口矿15万t技改工程的重点项目之一,是 为了提高我矿的生产力。它地处我矿的生 产咽喉,它的引进、 安装、 运行、 维护关系重 大。从1990年4月21日投入运行以来已 经十年多,就目前来看,整个系统除压磁元 件缺一个以外不影响运行 , 利用率达 95 以上,并能够进行提升机自动运行和装 矿站自动运行的全系统无人操作状态,提高 了劳动生产率,为我矿的生产起到关键的作 用。 上接第25页 Q K1W2L K1 K01 n3 / 2 式中,Q 药室装药量; K1 药量系数; K0 标准单位炸药消耗量; W 药包最小抵抗线; L 条形药包长度。 由于地形条件限制了条形药包长度,条 形药包实际长度均小于其最小抵抗线,设计 中采用了拟条形药包,即药量计算时采用药 包最小抵抗线代替条形药包长度,实际装药 量为计算药量均布于药室内。 3. 4 起爆网路 起爆网路采用电雷管引爆复式非电起 爆网路,每个起爆体内用10～15发非电毫 秒差雷管,将其分为两组,分别联接在单独 铺设的两套导爆索起爆网路上。为使同段 药包能准确同时起爆,并增强网路的可靠 性,各硐内同段之间用导爆索串联起来。相 邻排间微差时间控制在200～300ms ,爆破 共分3段。 4 结论 根据爆破录像及爆后现场勘测分析,采 用这种新型的围边条形药包布药方式爆破, 爆破鼓包发展正常,爆破未产生飞石,爆区 岩体完全按设计方向抛出,控制了侧向抛 散,达到了设计预期的目的。爆后,爆区周 围建筑物及设备完好无损。 通过采取分段堵塞技术,同一条形药包 最小抵抗线差值达到35 的围边条形药包 布药方式爆破,在实际工程爆破设计中完全 可以采用,采用这种新型布药方式爆破既可 达到特定的定向抛掷目的,又能有效地控制 其侧向抛掷。 参考文献 1.露天大爆破编写组.露天大爆破.北京冶金工业 出版社,1979 2.边克信.条形药包大爆破设计的几个问题.工程 爆破,1995. 1 93 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.