进口变频器在煤矿机电设备上的应用p.pdf

4 2 煤 矿 安 全 3 8 8 进 口变频器在煤矿机 电设备上的应用 赵广党 ， 肖耀猛 ， 王坚刚 兖州矿业集团公司 杨村煤矿， 山东 兖州2 7 2 0 0 0 摘要 介绍了进口变频器在煤矿机电设备中的应用情况， 对变频器的节能效果及在不同系统中 的实施方案进行 了分析 。 关键词 变频器； 煤矿机电设备； 应用； 节能； 实施方案 中图分类号 T D 6 0 9 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 3 4 9 6 X 2 0 0 7 0 30 0 4 20 3 随着变频调速技术的不断成熟， 变频器特别是 进口变频器在煤矿机电设备上的应用也越来越广 泛， 例如应用于杨村煤矿主提升机、 主要通风机、 井 上井下运输绞车、 皮带软启动等系统中的变频器即 解决了系统节能、 自动控制等问题。本文就变频器 在以上机电设备上的应用情况作以介绍。 1 交流提升机低频拖动 1 ． t 方案 采用 日本 安川 G I MR G 5 A 一1 6 0型 电梯 专用 变频器替代该矿原低频发电机组， 变频器附加三组 制动单元及制动电阻， 将变频器与绞车主控系统 P L C 进行有机组合， 利用 P L C的开关量输出点作 为变频器的“ 运行” 、 “ 停止” 指令， 利用 P L C的 D ／ A 输出 P L C内部速度图 作为变频器的速度给定 ， 安 装于绞车低速轴端的轴编码器的脉冲输出做为变频 器的速度反馈 ， 经变频器进行 P I 调节后 ， 实现主井 提升机的闭环制动和低频拖动。 1 ． 2 系统工作原理 1 速度给定 系统速度给定来 自绞车主控 P I E的D ／ A输出。首先在 P L C内部建立一减速后 的速度包络线 ， 如图 1 所示 。 图 1 减速后速度包络线 其 中A B段为减速制动段， B C段为低速爬行 段， P L C以减速点为基点 即A点 ， 将该包络线以 电流 4 2 0 m A 的形式经 D ／ A模块送到变频器的 控制端子。 2 变频器工作原理 减速点过后， 来 自 P L C D ／ A模块的给定信号加在变频器控制端子上， 变频 器按照给定指令输出一低频电压加在电机定子绕组 上， 定子绕组则产生一低频旋转磁场， 此时由于惯性 的原因， 电机转子速度远远高于低频同步转速， 电机 处于发电制动状态。在制动的同时， 来 自编码器的 反馈信号亦送入变频器控制端子， 变频器对给定、 反 馈信号进行 P I 调节后自动控制制动电流， 始终使绞 车速度与给定速度图保持一致。当电机转子速度等 于或低于低频同步转速时， 绞车 自动转人低爬至提 升终了。 2 主要通风机系统 该系统是以华光电子工业有限公司生产的 S U 一 6 B工业可编程序控制器为控制核心， 以13 本东洋 株式会社产 V F 6 1 智能变频器为执行核心的先进的 机电一体化设计方案。系统配置如下 2 ． 1 主 回路 如图 2 。为确保通风机运行安全 ， 主 回路设计 为低频主回路和工频主回路两部分 ， 低频部分由 1 台 V F 6 1 2 0 0 4智能变频器 和 2台 A B B型低频接触 器组成， 为主要风机 的主运行 回路 ； 工频部分 由两台 工频降压启动器组成， 作为低频系统的后备回路， 用 于低频系统故障时降压启动并全速运行风机。 2 ． 2 控 制 系统 1 S U一 6 B工业可编程序控制器 由 C P U 、 高 速记数模块、 A ／ D模块、 D ／ A模块、 I ／ O模块组成， 用 于完成系统的自动控制和智能保护。 2 风量传感器 将通风机风量信号送至 P L C 的 A ／ D模块， 用以实现系统的风量闭环控制。 3 风门绞车轴编码器 将风门行程转化为数 维普资讯 煤 矿 安 全 2 0 0 7 0 3 4 3 l 羹 送 l 器I I 讽 机 cPul 赣 A ／ 。 I。 ／A [ I／ O 堑 风 感器 哩 塑 图2 主回路框图 字信号送至P L C高速记数模块， 用于实现风门绞车 的精确行程控制。 4 电流变送器 将电机电流信号进行数模转 换后送至 P L C的 A ／ D模块， 用于现风机的过流保 护。 5 前导器电动执行机构 由 P L C控 制 自动开 启， 关闭风机前导器。 2 ． 3系统 功能 1 实现系统的 自动化控制 。当 P L C接到风机 运行指令时， P L C首先判断运行机号 1 或 2 风 机 ， 然后判断系统运行方式 工频或低频 ， 若为低 频方式时则驱动低频接触器吸合， 延时 0 ． 5 S 发出 变频器运行指令， 此时电机由零频率加速启动， 当启 动至设定频率时， P L C控制风门绞车开启通风机进 风门， 然后驱动前导器执行机构打开通风机前导器， 使通风机进人工作状态。若为工频方式时 P L C首 先控制风机降压启动， 当启动电流降至 C P U内部设 定值时停掉降压启动接触器， 吸合运行主接触器， 风 机转入全速运行状态， 3 0 S 后风门及前导器 自动打 开 。 2 实现风量的闭环控制。在风机低频运行过 程中， 风机风量由给定信号控制， 该信号与风量传感 器的反馈信号同时送入 P L C的A ／ D模块， 转换后由 C P U进行 P D调节， 输出信号由D ／ A模块送至V F 6 1 变频器频率设定接口， 调节变频器输出频率， 从而改 变风机转速实现系统风量的闭环控制。 3 实现风机的低频故障转换。P L C在风机低 频运行中自动监测变频器的运行情况， 在变频器出 现故障时， P L C依次执行以下程序 ①停发变频器运 行指令； ②释放低频主接触器； ③关闭风机前导器及 进风门； ④确认低频接触已释放； ⑤降压启动通风 机； ⑥通风机转入全速运行后打开前导器及进风门。 4 电机的过流保护。电流变送器将低频或工 频主回路电流信号转换为标准信号后送至 A ／ D模 快， A ／ D模快将该信号进行模数转换后送入 C P U内 部功能存储器， C P U在每个扫描周期将该数据与内 部电流设定值进行比较， 超过设定值即进行保护。 5 实现风门行程的精确控制。当 P L C开闭风 机风门时， 安装于风门绞车主轴上的轴编码器将风 门行程转换为数字信号送至高速记数模快， 高速记 数模快将该信号译为 B C D码后存入内部存储器， C P U在每个扫描周期将 B C D数据与行程设定值进 行比较， 超出设定值即停车， 控制精度为0 ． 2 m m。 2 ． 4 系统 评价 杨村煤矿南北风井主要通风机改造完成后 ， 在 矿风量需求减少的情况下可实现年节约电费约 1 1 0 万元， 且实现了包括前导器．风门在内的全 自动操 作， 运行稳定可靠， 调速平滑方便， 与国内使用单片 机、 工控机进行改造的类似项目相比， 无论是可靠性 还是参数变更的灵活性都具有其不可比拟的优越 性 ， 可广泛应用于矿井主要通风机的 自动化改造。 3 矸石山及井下绞车系统 3 ． 1电控 系统 变频绞车电控系统可简单地划分为 变频调速 系统 由输入电抗器箱 V F D 1 、 变频器箱 V F D 2 组成 ； P L C控制系统 由P L C控制箱 D S 、 司机台 P A组成 ； 信号系统 L M 。绞车电控系统组 成如图3 所示。 图 3 绞车电控系统图 ／ ， 1 丁 一 一 维普资讯 4 4 煤 矿 安 全 3 8 8 1 变频调速系统。是根据 P L C控制系统发出 的控制指令， 通过对绞车交流拖动电动机的转矩和 频率控制， 来完成对绞车的启动、 加速、 稳速、 减速、 停止等运行过程的控制。交流异步电动机采用了矢 量控制技术后， 使异步电机的调速性能可以与直流 电机相媲美。表现在低频转矩大、 调速平滑、 调速范 围广、 精度高、 节能明显等。 2 P L C控制系统。主要完成绞车从启动、 加 速、 等速、 减速、 爬行到停车的整个过程的逻辑控制； 行程测量、 控制与指示； 故障检测、 报警与保护； 安全 电路及液压站工作制动与安全制动控制等。P L C控 制系统极大地提高了控制系统本身的安全可靠性， 使绞车控制性能和保护性能更加完善； 使控制系统 的硬件组成和线路更加简化； 操作和维护更加容易。 P L C控制系统受信号系统的控制与闭锁。 3 信号系统是根据上下井口或各个中段的生 产情况， 在具备开车条件后， 由各水平信号工以打点 的形式， 通知司机按要求开车， 同时与 P L C控制系 统之间有各种信号闭锁， 可避免因司机误操作造成 安全故障。信号系统内部有严格的逻辑闭锁， 并有 语音对讲和报警功能。 3 ． 2安全 电路 本系统设有一条硬件安全电路和二条软件安全 电路， 这三条安全电路相互冗余与闭锁。三条安全 电路正常时闭合， 出现故障一条断开时， 另二条也同 时断开。三条安全电路从根本上保证了绞车运行的 安全可靠性。以下所描述的故障未注明故障类型的 均属于第一类故障。 1 硬件安全电路故障。交流进线电源分、 手 动紧停、 变频器故障、 上过卷、 ， 下过卷、 制动油泵分、 P L C 1 紧停、 P L C 2紧停。 2 P L C 1 软件安全电路故障。过卷、 等速超 速、 定点超速、 错向、 传动系统故障、 变频器运行故 障、 过流、 堵转、 变频器力矩失败、 变频器故障、 松绳 保护、 手动紧停、 P L C 1 编码器断线、 P L C运行故障、 位置偏差大、 速度便差大、 润滑油欠压。 3 P L C 2软件安全电路故障。过卷、 等速超 速、 定点超速、 限速保护、 P L C 2 编码器断线、 错向、 传 动系统故障、 变频器运行故障、 过流、 堵转、 变频器力 矩失败、 变频器故障、 闸瓦磨损、 主电机过温、 液压站 过温或滤油器堵塞、 液压站油压、 液压站残压过高、 P L C 2编码器断线 、 硬件安全电路闭琐、 P L C 1 软件安 全电路闭琐、 P L C运行故障。 4 主要闭锁功能。安全电路闭锁、 安全电路 复位闭锁、 安全电路与制动油泵闭锁、 工作闸与速度 给定闭锁、 信号系统与控制系统闭锁、 故障与开车闭 锁、 故障与液压站闭锁。 4 胶带输送机软启动系统 变频装置在胶带输送机上的应用主要是为了实 现胶带软起动， 提高重载起动能力， 实现验带等功 能。在杨村煤矿井下东翼二部胶带、 北翼三部胶带、 1 0 8 胶带、 1 0 9 胶带等系统中进行了广泛的应用。主 要特点和功能如下 1 变频器自身具备的过流、 过载、 过欠压、 电 机缺相、 短路、 系统过热等保护可完全取代原系统的 馈电开关； 设有故障记忆功能， 能保留最近 1 0次故 障的功能号码和最后一次故障的参数； 同时因其平 滑的起动性能， 系统中的液力耦合器取消， 采用电机 与减速器直接联接。 2 从调速性能的角度分析， 对于胶带机这样 的恒转矩负载， 可通过变频器的矢量控制使皮带运 行于额定带速的 1 O％ ～ 1 2 0％， 依据煤量的大小自 动调整带速 由系统本身的程序控制完成 外接传 感器或手动调速， 可节能 1 5％ ～3 5％左右。在运 煤高峰期还可稳定运行至额定带速的 1 2 0％， 提高 带速。提高额定带速的 1 5％以上。 3 在检修状态下可实现低速验带。 4 从生产维护的角度分析， 平滑的起动性能 大大降低了起动冲击对胶带输送机械系统的影响， 延长了胶带接头处、 托辊、 滚筒的使用寿命 ， 减少了 维护工时的投入。对于新设计选型胶带可降低胶带 一 个强度标号等级。另外， 由于变频器内的功率器 件均采用进口器件， 外部散热方式采用自冷方式， 使 其成为基本维护设备。 5 灵活的使用方法， 如电机功率不超过 1 0 0 k W 时可 以采用 1台变频器拖动 2台电机或一拖三 ， 大功率的电机如 1 0 0 k V以上采用可以双机同步运 行、 三机同步运行方式， 加入 P L C可编程控制器可 以实现多点分布式电机运行方式， 现场编程来完成。 作者简介 赵广党 1 9 7 1 一 ， 山东邹城人， 工程师， 1 9 9 4 年毕业于山东矿业学院机械工程 系， 现任兖矿集团杨村煤矿 机 电工区区长 。 收稿 日 期 2 0 0 6 0 9 2 4 ； 责任编辑 金丽华 维普资讯