穩(wěn)車群變頻調(diào)速集控系統(tǒng)科研成果報(bào)告資料

1、穩(wěn)車群變頻調(diào)速集控系統(tǒng)科研成果報(bào)告中煤第五建設(shè)公司第五工程處二00八年十二月目 錄A 、項(xiàng)目來(lái)源B 、任務(wù)C 、目的D、 具體內(nèi)容E 、項(xiàng)目實(shí)施F 、結(jié)論A、項(xiàng)目來(lái)源井筒開(kāi)掘及安裝中使用的作業(yè)吊盤多為多臺(tái)穩(wěn)車共同提升，穩(wěn)車所配的電機(jī)均為交流繞線式或鼠籠式結(jié)構(gòu)，控制較為復(fù)雜且不規(guī)則，存在調(diào)速不均的狀況，特別是對(duì)穩(wěn)車群工作需要集中控制運(yùn)行的系統(tǒng)就更是困難，無(wú)法使其平衡運(yùn)行，每上下動(dòng)一次吊盤都需要再進(jìn)行獨(dú)立調(diào)平，費(fèi)時(shí)費(fèi)工，減慢了施工速度；同時(shí)，由于是幾臺(tái)穩(wěn)車同時(shí)直接啟動(dòng)或轉(zhuǎn)子加電阻啟動(dòng)，不僅要使用容量較大的低壓變壓器，而且對(duì)電網(wǎng)沖擊較大，對(duì)設(shè)備損害大，容易造成故障率高的現(xiàn)象。因此尋找一種更加便捷、更

2、為經(jīng)濟(jì)、更為安全的控制方法就成了當(dāng)務(wù)之急。通過(guò)與中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐州飛燕機(jī)電設(shè)備有限公司協(xié)商，我們確定采用“穩(wěn)車群變頻調(diào)速集控系統(tǒng)技術(shù)”解決這個(gè)難題。B、任務(wù)成立穩(wěn)車群變頻調(diào)速集控系統(tǒng)項(xiàng)目課題組，穩(wěn)車群變頻調(diào)速集控系統(tǒng)科研方案由中煤第五建設(shè)公司第五工程處制定，報(bào)公司審批后由第五工程處負(fù)責(zé)實(shí)施。C、目的通過(guò)該項(xiàng)目研究試驗(yàn)主要解決以下問(wèn)題：1、對(duì)穩(wěn)車群進(jìn)行集中控制，使多臺(tái)穩(wěn)車所懸吊的施工吊盤在井筒中能平穩(wěn)上下移動(dòng)，并自動(dòng)調(diào)平；2、穩(wěn)車實(shí)現(xiàn)變頻軟啟動(dòng)，減少啟動(dòng)時(shí)的峰值功率損耗,工頻運(yùn)行時(shí)功率因數(shù)由0.85左右提高到變頻運(yùn)行時(shí)功率因數(shù)0.95以上,功率因數(shù)提高了就節(jié)省了電能并改善了電網(wǎng)的供電質(zhì)量。3、 穩(wěn)

3、車實(shí)現(xiàn)變頻軟啟動(dòng)，減少電動(dòng)機(jī)啟停對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的沖擊,延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。 4、 實(shí)現(xiàn)變頻軟啟動(dòng)，避開(kāi)直接啟動(dòng)形成的強(qiáng)大電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊，使供電系統(tǒng)不致過(guò)大壓降，保障同一供電線路上其他設(shè)備正常運(yùn)行。5、解決多臺(tái)穩(wěn)車工頻啟動(dòng)時(shí)噪音過(guò)大的問(wèn)題。D、具體內(nèi)容第五工程處于2008年3月開(kāi)始就這一課題與中國(guó)礦業(yè)大學(xué)飛燕機(jī)電有限公司合作研發(fā)，并于2008年8月研發(fā)的該產(chǎn)品在山西霍爾爾赫煤礦主井井筒裝備進(jìn)行試驗(yàn)，并獲得成功 E項(xiàng)目實(shí)施1、穩(wěn)車群變頻調(diào)速集控系統(tǒng)原理及使用1.1 設(shè)計(jì)思路和總體技術(shù)方案（按井筒裝備施工中吊盤穩(wěn)車一般用四臺(tái)為例）測(cè)四臺(tái)穩(wěn)車實(shí)際運(yùn)行距離、速度參數(shù)、實(shí)現(xiàn)多臺(tái)穩(wěn)車集中控制，對(duì)各穩(wěn)車進(jìn)行超速

4、、過(guò)速、過(guò)卷、減速點(diǎn)、方向閉鎖保護(hù)。速度行程測(cè)量采用高精度增量軸編碼器實(shí)現(xiàn)。運(yùn)用TP170A觸摸屏動(dòng)態(tài)顯示運(yùn)行參數(shù)，設(shè)置報(bào)警值。1.2工作原理多穩(wěn)車平衡控制采用行程控制方案，以一臺(tái)穩(wěn)車實(shí)際行程距離作參數(shù)，其它幾臺(tái)車與其相比較，進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)節(jié)，手動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)人為觀察觸摸屏上各穩(wěn)車實(shí)際運(yùn)行距離，調(diào)節(jié)相應(yīng)電位器，改變電機(jī)運(yùn)行速度，使其平衡；自動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)行時(shí)控制PLC，將各穩(wěn)車運(yùn)行距離的偏差值通過(guò)網(wǎng)絡(luò)（數(shù)字量RS485數(shù)據(jù)傳輸格式）或者是模擬量（4-20ma標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)）傳遞給變頻器，從而控制變頻器輸出頻率，改變電機(jī)運(yùn)行速度，使之同步。1.2.1單機(jī)變頻控制柜：選用進(jìn)口矢量控制變頻器作為控制核心，實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)

5、矩/速度控制，變頻器外置制動(dòng)電阻（柜內(nèi)放置）。能控制兩臺(tái)電機(jī)（穩(wěn)車主電機(jī)、油泵電機(jī)）及制動(dòng)電磁鐵，既能單機(jī)輸出控制單臺(tái)穩(wěn)車又能配合系統(tǒng)總控柜，作聯(lián)機(jī)集控同步運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)低速軟起動(dòng)、變頻調(diào)速、能耗制動(dòng)功能，顯示單機(jī)運(yùn)行頻率、電流、工作狀態(tài)；系統(tǒng)總控柜：采用可編程序控制器，檢測(cè)穩(wěn)車實(shí)際運(yùn)行距離、速度參數(shù)，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)穩(wěn)車集中控制，對(duì)各穩(wěn)車進(jìn)行超速、過(guò)速、過(guò)卷、減速點(diǎn)、方向閉鎖保護(hù)。速度行程測(cè)量采用高精度增量軸編碼器實(shí)現(xiàn)。運(yùn)用西門子公司PLC顯示運(yùn)行參數(shù)，設(shè)置報(bào)警值。1.2.2集控方案：（1）最高工作頻率限制在50Hz以內(nèi)，保障恒轉(zhuǎn)距調(diào)速；（2）負(fù)力吸收采用變頻器制動(dòng)單元外置制動(dòng)電阻能耗制動(dòng)；（3）設(shè)置工

6、頻旁路運(yùn)行切換功能，保障設(shè)備變頻改造過(guò)程中建井施工的正常進(jìn)行；（4）多穩(wěn)車平衡控制采用行程比較控制方案，以一臺(tái)穩(wěn)車實(shí)際行程距離作參考，其他三臺(tái)車與其相比較，進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)節(jié)（鋼絲繩在井筒中的伸縮量被認(rèn)為一致），手動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)人為觀察觸摸屏上各穩(wěn)車實(shí)際運(yùn)行距離，調(diào)節(jié)相應(yīng)電位器，改變電機(jī)運(yùn)行速度使之平衡，自動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)行時(shí)控制plc將各臺(tái)穩(wěn)車運(yùn)行距離的偏差值，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)（數(shù)字量RS485數(shù)據(jù)傳輸格式）或者是模擬量（4-20ma標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)）傳遞給變頻器，從而控制變頻器的輸出頻率，改變電機(jī)的運(yùn)行速度，使之同步。平衡控制過(guò)程中不管是手動(dòng)調(diào)節(jié)還是自動(dòng)調(diào)節(jié)都是以一臺(tái)車參數(shù)為基準(zhǔn)，其他幾臺(tái)車作相應(yīng)調(diào)整，對(duì)于穩(wěn)車群整體運(yùn)

7、行速度，則是靠人為調(diào)整到基準(zhǔn)車而定。該方案的關(guān)鍵點(diǎn)是從動(dòng)穩(wěn)車的跟隨調(diào)節(jié)問(wèn)題，調(diào)節(jié)頻率過(guò)高可能會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)車群平衡調(diào)速系統(tǒng)震蕩，調(diào)節(jié)頻率過(guò)低可能會(huì)引起同步性差，選擇一種合適的調(diào)節(jié)頻率是該項(xiàng)目的關(guān)鍵所在?？刂葡到y(tǒng)PLC及應(yīng)用軟件說(shuō)明總控柜裝置PLC應(yīng)用軟件選用西門子（Siemens）MicrowinV4.0 sp3標(biāo)準(zhǔn)版編程軟件開(kāi)發(fā)完成。STEP7標(biāo)準(zhǔn)版編程軟件只配置了3種基本的編程語(yǔ)言：梯形圖（LAD）、功能塊圖（FBD）和語(yǔ)句表（STL）,系統(tǒng)的應(yīng)用軟件是利用梯形圖（LAD）和語(yǔ)句表（STL）共同完成的。編制應(yīng)用軟件之前，首先要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行以下步驟的硬件組態(tài)：（1）系統(tǒng)組態(tài);（2）CPU的參數(shù)設(shè)置;

8、（3）模塊的參數(shù)設(shè)置完成以上設(shè)置后，即可根據(jù)系統(tǒng)的工藝流程要求，確定程序結(jié)構(gòu)，編制相關(guān)的功能程序。系統(tǒng)的程序結(jié)構(gòu)圖OB1：主程序FC1：1#基準(zhǔn)穩(wěn)車數(shù)據(jù)處理FC2：高速計(jì)數(shù)子程序FC11：初始化子程序FC3：檢 修 子 程 序FC4：開(kāi)關(guān)量處理子程序FC5數(shù)據(jù)保存子程序 FC8：4#穩(wěn)車數(shù)據(jù)處理FC7：3#穩(wěn)車數(shù)據(jù)處理FC6：2#穩(wěn)車數(shù)據(jù)處理FC9：系統(tǒng)通訊處理子程序FC10：故障報(bào)警子程序軟件子程序說(shuō)明(1) OB1:主程序該段程序是系統(tǒng)主程序。其功能是在整個(gè)程序運(yùn)行過(guò)程中，循環(huán)調(diào)用其它子程序。(2) FC1:1#基準(zhǔn)穩(wěn)車數(shù)據(jù)處理該段子程序的主要功能是對(duì)基準(zhǔn)穩(wěn)車參數(shù)進(jìn)行采集處理，核定穩(wěn)車群運(yùn)

9、行關(guān)鍵點(diǎn)。該段子程序使用語(yǔ)句表語(yǔ)言編制。(3) FC2:高速計(jì)數(shù)子程序該段子程序主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)各軸編碼器測(cè)量數(shù)據(jù)的處理。(4) FC3:檢修子程序該子程序主要完成在檢修狀態(tài)下，沒(méi)有任何閉鎖關(guān)系的單一控制。(5) FC4:開(kāi)關(guān)量處理子程序（允許多機(jī)組同時(shí)運(yùn)行）該子程序主要功能是：處理機(jī)組范圍內(nèi)外所有開(kāi)關(guān)量及相互閉鎖關(guān)系管理工作。(6) FC5: 數(shù)據(jù)保存子程序（在機(jī)組運(yùn)行及各種停機(jī)停電狀態(tài)下）數(shù)據(jù)保存程序執(zhí)行工作運(yùn)行、正常停機(jī)、故障停機(jī)、緊急斷電、用戶設(shè)置、錯(cuò)誤操作等狀態(tài)下參數(shù)記憶。(7) FC6FC8: 2#-4#穩(wěn)車數(shù)據(jù)處理子程序分別處理各機(jī)組工作過(guò)程中系統(tǒng)數(shù)據(jù)。(8) FC9: 系統(tǒng)通訊數(shù)據(jù)

10、處理子程序該數(shù)據(jù)子程序主要功能是：實(shí)現(xiàn)各機(jī)組數(shù)據(jù)匯總，觸摸屏數(shù)據(jù)傳遞，并負(fù)責(zé)傳遞報(bào)警參數(shù)。(9)FC10：故障報(bào)警子程序功能是設(shè)置報(bào)警參數(shù)、報(bào)警數(shù)值比較、報(bào)警輸出。(10)FC11: 初始化處理子程序該數(shù)據(jù)子程序主要功能是：高速計(jì)數(shù)功能初始化、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)初始化、通訊環(huán)節(jié)初始化。變頻器的選用變頻器的容量： 變頻器的容量及選型,大體上從以下幾個(gè)方面考慮：穩(wěn)車提升系統(tǒng)具有恒轉(zhuǎn)矩特性,重載啟動(dòng)，變頻器的容量應(yīng)按運(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)的最大工作電流來(lái)選擇。即INI Mmax式中，IN為變頻器額定電流；I Mmax為電動(dòng)機(jī)的最大工作電流，變頻器的過(guò)載能力通常為1.5倍/1min，這只是對(duì)于在電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)或制

11、動(dòng)過(guò)程才有意義，不能作為變頻器選型的最大電流來(lái)考慮。因此，在選擇變頻器容量時(shí)，應(yīng)比變頻器說(shuō)明書中的配用電動(dòng)機(jī)容量加大一檔，并應(yīng)具有無(wú)反饋矢量控制功能。使電動(dòng)機(jī)在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)，具有真正的恒轉(zhuǎn)矩，滿足負(fù)載特性要求。1.2.5制動(dòng)問(wèn)題：穩(wěn)車屬位能負(fù)載，從穩(wěn)車的運(yùn)行工況可以看出，穩(wěn)車在減速或定位停車時(shí)，應(yīng)選擇相應(yīng)的制動(dòng)單元（制動(dòng)斬波器）及制動(dòng)電阻，使變頻器直流回路的泵升電壓UD保持在允許范圍內(nèi)（在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)是通過(guò)不斷地降低頻率來(lái)減速得。隨著頻率的下降，電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速也下降，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)速超過(guò)了同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組因正方向切割磁力線而處于再生制動(dòng)狀態(tài)。再生的電能反饋給直流回路，這種狀況

12、下產(chǎn)生的電壓稱為泵升電壓。）。這樣可通過(guò)電阻制動(dòng)，有效地實(shí)現(xiàn)電機(jī)的制動(dòng)和減小減速時(shí)間，保證吊盤就位的可靠性。當(dāng)變頻器的中間直流電路的電壓超過(guò)特定的極限值，制動(dòng)斬波器和制動(dòng)電阻就開(kāi)始工作。1.2.6控制與保護(hù)：穩(wěn)車吊盤提升是建井生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，因此拖動(dòng)控制系統(tǒng)系統(tǒng)應(yīng)保持絕對(duì)安全可靠。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較為惡劣。因此，系統(tǒng)的故障檢測(cè)和診斷應(yīng)完善。對(duì)于變頻器自身故障由故障報(bào)警輸出點(diǎn)驅(qū)動(dòng)，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，接點(diǎn)斷開(kāi)，控制回路斷開(kāi)，立即關(guān)閉機(jī)械抱閘，以防止穩(wěn)車下滑。變頻電路選用具有起重機(jī)應(yīng)用宏程序的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)車的零位保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、行程極限保護(hù)并實(shí)現(xiàn)各種故障監(jiān)控及報(bào)警。參與控制的系統(tǒng)PLC實(shí)現(xiàn)變頻改造的全方位

13、運(yùn)行控制、閉鎖、信號(hào)傳遞、保護(hù)投入等功能。通訊、信號(hào)和視頻整合進(jìn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)視頻的有效存儲(chǔ)。2、關(guān)鍵技術(shù)探討與研究2.1節(jié)能效益：工控各行業(yè)大量使用變頻器，其節(jié)能效益已顯而易見(jiàn)。穩(wěn)車變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)際使用后，可通過(guò)實(shí)測(cè)或根據(jù)其靜態(tài)特性，作出其轉(zhuǎn)速對(duì)功率的特性曲線，通過(guò)特性曲線可分析出設(shè)備單位時(shí)間內(nèi)的功耗情況，準(zhǔn)確給出設(shè)備節(jié)能量值。2.2運(yùn)行效益：由于穩(wěn)車實(shí)現(xiàn)變頻軟啟動(dòng)可減少啟動(dòng)時(shí)的峰值功率損耗并減少電動(dòng)機(jī)啟停對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的沖擊,延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，從電網(wǎng)角度看，工頻運(yùn)行時(shí)功率因數(shù)為0.85左右,變頻運(yùn)行時(shí)功率因數(shù)達(dá)到0.95。因此,即使同樣是滿負(fù)荷運(yùn)行,變頻運(yùn)行時(shí),高壓輸入電流明顯比工頻運(yùn)行時(shí)小,這

14、有利于節(jié)能和設(shè)備安全運(yùn)行，改善了電網(wǎng)的供電質(zhì)量。實(shí)現(xiàn)變頻軟啟動(dòng)同時(shí)又能避開(kāi)直接啟動(dòng)強(qiáng)大電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊，使供電系統(tǒng)不致過(guò)大壓降，保障同一供電線路上其他設(shè)備正常運(yùn)行。2.3工作效益：采用變頻和工頻旁路互換備用運(yùn)行方式，當(dāng)變頻器故障時(shí)，電機(jī)可投工頻旁路，電機(jī)工頻定速運(yùn)行，不影響設(shè)備運(yùn)行，保證了機(jī)組的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。完善的監(jiān)控和可靠性措施提高了系統(tǒng)工程科技含量和工作效率。可編程序控制器（PLC）、人機(jī)界面與變頻器的聯(lián)合使用在很大程度上降低了設(shè)備的故障率，減小了設(shè)備的維修費(fèi)用，節(jié)省了勞動(dòng)力，改善了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。3、該技術(shù)在山西霍爾辛赫煤礦主井井筒裝備中，于08年9月 20日開(kāi)始安裝井筒裝備,于11月5 日

15、結(jié)束，共節(jié)約8 天。4、綜合效益計(jì)算：4.1電能計(jì)算：4.1.1按工頻啟動(dòng)消耗在電阻上或轉(zhuǎn)子上能量與變頻啟動(dòng)時(shí)相比霍爾辛赫副井深520M，共130道梁，按原施工方法施工一道梁吊盤要停兩次，安裝完井筒裝備正常段要停260次，吊盤在井筒內(nèi)上或下一次平均要停100次左右，用吊盤下電纜4根、下尾繩2根，穩(wěn)車電機(jī)是37KW電流為70A，吊盤穩(wěn)車四臺(tái)，鼠籠電機(jī)啟動(dòng)電流額定電流47倍，取5倍，啟動(dòng)時(shí)間為812秒，取10秒節(jié)省的電能為E1=1.73×0.38×70×4×5×10×260100×2×（42）100/3600=3988KWh4.1.2電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)由0.85提高到0.95時(shí),都按最大功率計(jì)算由于電流增大消耗在導(dǎo)線上功率大概為:霍爾辛赫副井穩(wěn)車用電70000KWh，四臺(tái)吊盤車用電約50000KWh節(jié)省的電能為E2=50000(1/0.85-1/0.95)=6192KWh節(jié)余電費(fèi) E