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发电机组55KW通风机;
低压配电屏一组;
直流牵引整流柜、开关柜一组;
稀油站。
4.5m平台设备有:
4000KW同步电动机——3600KW直流发电机组;
75KW/65KW同步机励磁机组;
GFC型6KV高压开关柜一组;
直流电源、信号屏一组;
20/5t桥式起重机。
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3、主井6KV配电室
主井6KV配电室位于主井井塔楼的西南侧,1999年提升机电气传动系统改造时
建成,用于晶闸管变流系统的6KV配电。
6KV配电室分为高压室、变压器室、滤波电抗器室三部分。
室内安装的主要设备有:
ZS7—2500KVA、6/0.75KV整流变压器二台;
ZS7—100KVA、6/0.45KV整流变压器一台;
JYN2—10手车式高压开关柜十台;
滤波电抗器九台;
低压配电屏一台;
交流屏一台;
直流屏二台;
信号屏一台。
4、主井提升机电控系统的现状
6提升机于1985年投入使用,电控系统由上海机电设计院设计,上海电气设备成套厂制造。
提升机电控系统采用电枢换向、直流发电机组──电动机变流传动系统,由磁放大器──电机放大机二级放大构成电流、速度闭环调节系统,自动化过程控制部分为传统的继电器——接触器控制。
1999年对提升机电控系统的传动部分进行了改造,由冶金部北京自动化研究院负责设计和设备配套。
改造后的电气传动系统为晶闸管供电、磁场换向全数字控制直流传动系统,自动化控制部分保留原继电器——接触器控制不变。
改造后保留发电机组变流传动系统,通过开关切换与晶闸管供电直流传动系统形成备用;
自动化控制部分通过开关切换为两套传动系统共用。
目前提升机电控系统存在的主要问题是:
(1)自动化控制部分继电器——接触器控制,存在着故障率高、可靠性差等问题;
(2)由于晶闸管供电直流传动系统设备选配的原因,最大提升速度为9m/s,不
能达到原设计提升能力。
二、提升机的主要技术参数
1、提升系统主要技术参数
单箕斗带平衡锤提升方式。
箕斗自重31t,一次提升矿石34t。
平衡锤重48t。
首
绳:
6根、d=39.5mm三角股钢绳,单位自重6.58kg/m;
尾绳:
3根、扁尾绳,单位自重13.16kg/m。
最大静张力93.5t,最大静张力差17t。
—2—
2、主电动机
型号:
ZD—215/34额定功率:
3200KW额定电压:
1000V额定电流:
3420A
额定转速:
500r/min额定励磁电压(他励):
110V额定励磁电流:
56A
冷却方式:
强迫风冷
3、卷筒直径:
4m。
减速器传动比:
8.33。
4、液压站(二台):
电机功率:
4/5.5KW(PLC电控)。
5、提升机运行条件和速度图
(1)提升机工作方式:
自动、手动。
(2)提升机提升高度:
720m。
(3)提升机工作水平:
井口(井塔楼的三层平台);
井下-472m水平。
(4)提升机速度图
V(m/s)
9m/s-0.8m/s2
0.8m/s24m/s-0.8m/s2
-0.25m/s2
0.5m/s
50.9561.741.040.09.94.00.5h=708m
11.362.46.310.04.48.02.0t=104.4s
6、晶闸管直流传动系统
(1)主回路及励磁回路
主回路采用两台2500KVA整流变压器(接线分别为Δ/Δ—12和Δ/Y—11),连接到两台1500A不可逆晶闸管变流柜,构成12相整流电路,整流柜输出经快开和电抗器后并联通过切换柜、主开关对主电动机电枢供电。
晶闸管变流柜额定输出电流:
3600A,最大输出电流:
7200A。
晶闸管变流柜最大输出电压:
850V。
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励磁回路采用一台100KVA整流变压器(接线为Δ/Y—11),联接到由12只晶闸管构成的三相桥反并联可逆整流电路,励磁变流柜输出通过切换柜对主电动机励磁绕组供电。
励磁回路强励倍数为4.5倍。
励磁变流柜额定输出电流:
600A,最大输出电流:
1200A。
励磁变流柜最大输出电压:
550V。
(2)全数字控制系统
采用德国原AEG公司的全数字控制器ISA—D,系统由二块MCU032模板、二块SRE032模板、四块BIO032模板、一块NG4模板、三套触发器、一块PMB总线板及机箱构成。
MCU032作为通用处理模板,可进行编程,完成速度环、电气联锁、工艺联锁、故障报警、与SRE032通讯等功能。
SRE032模板分别完成主回路二个电流环的控制,并产生脉冲移相和脉冲控制信号;
励磁电流环的控制,并产生励磁脉冲移相控制信号;
励磁的控制信号由MCU032产生。
NG4为电源模板,提供5V;
±
15V;
+24V电源。
各模板之间通过PMB总线进行数据交换。
触发器由脉冲形成和脉冲放大二块模板构成,由同步信号、脉冲移相信号及脉冲控制信号共同作用产生触发脉冲。
三、改造方案设计
根据主井提升机电控系统的现状,拟定以下两种方案供讨论后选定。
方案一:
在保持现有提升机电控系统现状的条件下,对自动化控制部分进行改造。
采用可编程序控制器为核心,形成独立于继电器——接触器控制的自动化控制系统,与现有的晶闸管供电、磁场换向全数字控制直流传动系统衔接,构成一套相对独立、完整的电气控制系统。
改造后,继电器——接触器控制、直流发电机组──电动机变流传动系统与可编程序控制器控制、晶闸管供电、磁场换向全数字控制直流传动系统,为两套相对独立的电气控制系统(主电动机、液压站、稀油站、通风机等需切换),两套电气控制系统互为备用。
—4—
该方案改造工程量小、投资少。
存在的主要问题是提升机的最大运行速度(受晶闸管供电直流传动系统的限制)为9m/s,提升能力只能为现有水平。
如果目前的提升能力能够满足今后的生产要求,应优选这一方案。
方案二:
如提升机的最大运行速度9m/s不能满足今后的生产要求,应考虑在保留继电器——接触器控制、直流发电机组──电动机变流传动系统的前提下,按提升机原设计提升速度11.75m/s装备一套完整的可编程序控制器控制、晶闸管供电、全数字直流传动系统。
改造后,新旧两套电控系统相对独立(主电动机、液压站、稀油站、通风机等需切换)、互为备用。
两套电控系统在电气上都能满足11.75m/s提升速度的要求。
该方案改造工程量大、投资费用高(除切换柜、直流快开保留外,原晶闸管传动系统电控装置拆除),是为必须满足250万t提升能力而提出的备选方案。
四、电控改造技术要求(按方案一编制)
1、基本原则
(1)安全
满足《冶金地下矿山安全规程》对矿井提升机的各项安全保护要求,并根据实际使用工况增加相应的保护功能。
电控设计和设备配套严格遵守GB50070—94《矿山电力设计规范》、MT5021—1997《煤矿地面多绳摩擦轮提升系统设计规范》、JB/T6754.2—93《直流传动矿井提升机电控设备》及相关的国家、行业标准。
(2)可靠
选择高性能的进口或国产电气装置和元件,除安全必须的继电器、接触器外,尽量实现无触点控制,使系统的结构更加简单、合理,故障率更低。
(3)技术先进
采用目前国内先进的电气自动化控制技术,高质量、高精度地实现提升机各种工艺控制,并考虑将来功能扩展的接口,具备远程数据传输、诊断技术形成功能。
2、技术要求
采用可
编程序控制器为核心,形成独立于继电器——接触器控制的自动化控制系统,与现有
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的晶闸管供电、磁场换向全数字控制直流传动系统衔接,构成一套相对独立、完整的电气控制系统。
新系统与继电器——接触器控制、直流发电机组──电动机变流传动系统互为备用。
(1)控制系统
采用以两套可编程序控制器为核心、上位机监控的自动化控制系统,与现有的全
数字晶闸管传动系统衔接,实现以下控制功能。
不同运行方式下可调斜率加减速度给定值的设定;
起动防冲控制(“S”形曲线);
提升机工艺控制;
速度闭环控制;
电流闭环控制;
转矩(电枢电流)值(含最大值、电流截止特性)设定。
由两套PLC完成相关的控制、监视及保护。
PLC1与PLC2之间通过网络通讯、I/O进行相互监视。
PLC1采用S7—400型,PLC2采用S7—300型。
PLC1主要完成提升系统的各种相关信号采集、系统的全部控制功能、显示功能以及监视保护功能。
——行程控制;
——提升控制及中间闭锁;
——安全回路:
PLC与继电器冗余;
——工艺信号控制与联锁;
——超速监控;
——错向监控;
——转矩(电流)监控(包括主电机电流截止);
——速度包络线监控;
——逐点速度监控(上下终端各3点);
——钢丝绳滑动监控;
——衬垫磨损监控;
—6—
——电源故障监控;
——可调闸制动油压监控;
——输出深度指示信号;
——与行程监控系统冗余;
——故障诊断、显示、打印;
——完备的通讯功能。
PLC2主要以行程控制为核心,同时对PLC1的运行进行监视,并冗余式完成提升系统重要环节的监控和保护。
——自动速度跟踪,生成提升包络线;
——滑绳和超速监控;
——全程位置(包括减速点、停车点、过卷)、速度监控;
——指示罐笼准确位置;
——参数设定读取便捷;
运行精度≤2㎝;
(2)操作方式
设置自动、手动开车方式。
同时设置手动方式下的检修、应急(PLC故障)、水平慢动开车方式。
——自动操作:
系统准备就绪,司机接到开车请求信号后,将运行方式选择开关置于自动,操作自动开车按钮,提升机进入自动运行,自动运行过程中通过装、卸矿点的操作限位和允许开车开关实现对提升机的起、停控制,形成提升机运行和装卸矿的全过程自动化控制。
司机可通过自动解除按钮来解除自动运行状态。
——手动操作:
系统准备就绪,司机接到开车请求信号后,将运行方式选择开关置于手动,通过手柄操作来控制提升机的运行,停车则通过装、卸矿点的操作限位来实现。
——检修方式:
手动操作,用于检查钢丝绳和井筒检修,提升速度不大于0.5m/s;
——应急方式:
PLC故障时的手动操作方式。
提升速度不大于2m/s;
——水平操作:
手动操作方式下,两终端水平慢上、慢下操作,速度0.5m/s;
紧急停车操作;
设置允许开车闭锁。
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(3)保护系统
提升机的各种安全保护必须符合《冶金地下矿山安全规程》和《煤矿安全规程》的要求,并应覆盖提升机的工艺要求。
安全回路要由PLC1、PLC2及硬件回路相互容错来完成。
故障类别及安全保护措施:
Ⅰ类故障:
该类故障出现时,立即触发安全回路动作,进行紧急安全制动。
包括下列故障:
——提升机过卷;
——提升机超速(等速段超速15%;
减速段超速10%);
——错向运行;
——制动油压故障;
——液压站油泵失电;
——主电动机失磁;
——主电动机励磁回路过电流;
——电枢回路过电流;
——电枢回路过电压;
——直流快速开关跳闸;
——直流主开关跳闸;
——起动电流超时;
——变流器故障;
——调速装置故障;
——速度传感器故障;
——高压电源系统故障;
——控制、操作电源故障;
——提升机运行时载轨未复位;
——提升机运行时计量斗闸门及卸漏槽未关闭;
——监控器失灵;
—8—
——司机台紧停操作;
——装、卸载操作台紧停。
Ⅱ类故障:
该类故障出现时,提升机立即按速度图规律自动减速,当速度下降到1m/s时,速度给定切到零值,制动器制动停车。
——闸瓦磨损超限;
——闸弹簧疲劳;
——闸盘偏摆;
——钢丝绳滑动超限;
——尾绳故障;
——提升机及深度发送装置操作限位开关失灵;
——“自动”状态运行时,紧停后未完成调零;
——“自动”状态运行时,主电动机轴承过热;
——“自动”状态运行时,主电动机温度过高;
——“自动”状态运行时,主令手柄不在零位;
——“自动”状态运行时,直流操作电源接地;
——深度发送装置调零电机保护开关跳闸;
——直流主回路接地;
——主电动机励磁回路接地;
——按下司机台Ⅱ类故障停车按钮。
Ⅲ类故障:
该类故障出现后,同时发出声光警示信号,提示司机必须注意排除,并示故障排除的可能性决定立即停车还是提升一次完毕后再停车。
——主电动机温度过高;
——主电动机轴承过热;
——整流变压器温度过高;
——变流器冷却风机故障;
——主电动机冷却风机故障;
——整流变压器冷却风机故障;
——电抗器冷却风机故障;
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——6KV高压母线接地;
——直流操作电源接地;
——制动油温过高、过低;
——上位机故障。
除以上保护外,自动状态运行时,箕斗在装载点及卸载点停留时间过长,由警铃发出提示声讯;
手动状态时,箕斗通过两终端第一减速点由警铃发出警示声讯,提醒司机注意。
(4)司机与提升机系统界面
提升机司机通过司机操作台和上位机与提升系统对话。
司机操作台:
根据使用单位建议,操作台为整体式。
(含两把座椅和计算机台)
司机正前方为指示台,设置自整角机传动的圆盘式深度指示器和数字式深度指示
器两种深度指示。
数字式深度指示器有粗指示和精指示两种显示。
用于指示罐笼在井筒中的位置;
光字牌信号灯,用于显示提升系统的运行状态和各类故障;
各种仪表,用于指示电网电压、电枢电压、电枢电流、励磁电压、励磁电流、给定电压、提升速度和液压站比例阀电流、压力等。
司机左侧为闸控台,设置闸控手柄(进口);
工作方式、过卷复位等转换开关;
紧停、事故停车、事故音响解除、复位等操作按钮。
司机右台为速度控制台,设置速度给定手柄(进口);
快开分合闸、主开关分合闸、制动油泵、润滑油泵、冷却风机、允许开车、自动方式、手动调零等操作按钮。
上位机:
工控机:
CPU:
奔4,2.0G,256M内存,40G硬盘,光电鼠标,Windows2000操作系统,MPI卡及相关Wincc组态软件,21英寸纯平彩显。
激光打印机。
显示画面:
——提升系统工作状况动、静态显示;
——电源监视动、静态显示;
——传动系统相关动、静态显示;
——制动系统相关动、静态显示;
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——深度指示及位置信号动、静态显示;
——提升速度、制动油压动态曲线显示;
——电枢电压、电枢电流、励磁电压、励磁电流动态曲线显示;
——主电动机温度显示;
——整流变压器温度显示;
——提升机运行全过程(包括装、卸载)状态显示;
——各类故障诊断、报警显示;
——事故追忆及操作记录显示;
(事故记录保存不少与10天,操作记录保存不少于2个班次)。
3、新老电控系统切换和系统改造含概的其他内容
(1)新老电控系统切换
主电动机电枢回路、励磁回路的切换利用原有的切换装置,自动化控制部分的切
换重新设计、配套切换柜来完成。
控制系统的切换包括以下内容:
——主电动机冷却风机;
——液压站;
——稀油站;
——测速发电机;
——主电动机测稳元件;
——主电动机轴瓦电接点温度计;
——深度发送装置(包括:
自整角机、接点、调零装置);
——闸盘、闸瓦保护开关;
——速度保护离心开关;
——直流主开关的操作、控制;
——与电枢回路相关联的控制部分;
——装、卸矿点操作、连锁、控制部分;
(2)系统改造的其他内容
原机组传动系统的高压开关柜、直流主开关等的操作电源为硅整流电容储能;
晶闸管传动系统为镉镍电池直流屏,本次统一改造为免维护蓄电池直流屏。
—11—
装矿、卸矿、分矿、传输皮带的电视监控,由小官庄铁矿电视监控系统(维简计划)统一考虑、形成。
五、相关的配置
1、低压、辅助电源系统(低压柜、继电柜)
低压电源为380V三相四线制。
所配置的低压配电柜采用双回路受电,柜内设有
过电压保护装置(包括电涌保护器)和过电流等保护。
满足下列配电要求:
——电控系统本身所需的各种电源;
——深度发送装置所需的各种电源;
——液压站制动系统所需的各种电源;
——稀油站电源;
——冷却风机电源;
——测速发电机的励磁电源;
——免维护蓄电池直流屏电源;
——照明电源;
——制动系统要求的UPS电源等;
——留有6个备用电源回路。
断路器、接触器、继电器选用施耐德公司产品;
主操作回路110V直流电源、24V直流电源采用SIEMENS公司进口电源。
其他元器件选用进口或国内优质产品。
2、程控柜(主PLC,S7—400)
设有为PLC模板供电的直流净化电源,UPS电源等。
PLC主要装有:
——电源模块;
——CPU模块;
——计数器模块;
——DO模块;
—12—
——AI模块;
——AO模块;
——DI模块;
I/O模块留有10%余量。
3、控制柜(从PLC,S7—300)
安装控制系统中的控制和转换接口电路。
包括应急方式开车的控制回路;
PLC控制信号的隔离电路;
与调节和控制相关的操作回路和数字监控器等。
4、传感器
测速发电机采用原有的直流测速发电机。
轴编码器采用增量式光电编码器(日本进口)。
过卷开关和两终端水平停车开关选用机械(重锤式)限位开关;
油压传感器采用压力变送器。
其它温度、闸间隙等的传感器由设备供货方按照精度高、安装维护方便、工作可靠、耐久的原则进行配置。
5、免维护蓄电池直流屏
交流双电源输入,具有互备互投装置;
充电模块设计采用N+1冗余配置,统一接口方式,智能控制提供数据通讯接口;
控制母线由单独模块供电,并由充电模块和蓄电池提供热备份;
具有遥控、遥测、遥信、遥调功能;
蓄电池选用德国“阳光”,电池容量100Ah。
6、其它技术要求
留有对矿区局域网的标准接口,能向矿区局域网传递运行、生产数据。
六、技术准备及对配套厂家的技术服务要求
1、技术准备
改造方案讨论通过,经批准后,由公司生产设备部负责起草相关的招标文件。
小官庄铁矿负责提供以下技术资料:
(1)主井提升机电控原理图(机组传动系统);
(2)主井提升机晶闸管传动系统电气原理图;
(3)主井提升机液压站电控原理图;
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(4)主井提升装、卸矿系统电控原理图;
(5)新、老电气传动系统调试整定数据;
(6)设备配套厂家需要提供的其他技术资料和数据。
2、对配套厂家的技术服务要求
(1)免费负责设备安装指导、现场调试和试运转期间的技术支持;
(2)质保期内对所提供产品实行三包;
(3)设备投入运行后,每年定期到用户现场进行一次免费设备技术诊断;
(4)长期提供备件和技术支持;
(5)免费提供技术培训,使用户能够正确使用、维护设备和排除故障;
(6)提供以下技术文件和资料:
电气系统图4份
电气原理图4份
电气接线图4份
柜内元件布置图4份
使用说明书4份
调试报告书4份
PLC竣工程序4份
应用软件2套
全部程序的备份光盘2套
外购单机设备的出厂资料、证明文件、使用说明书和维修手册。
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