ASCS電氣控制系統在礦井提升機的應用

 論文欄目:電氣控制論文     更新時間:2019/6/17 15:59:20   

1ASCS工作原理及技術特點

1.1ASCS工作原理

目前煤礦使用的自適應大功率提升機控制系統由兩部分組成,一是速度調節控制系統,即ASCS(Adjustingspeedcontrolsystem),二是西門子公司研發的PLC控制系統,其主要進行信號收集、處理及交換等任務。ASCS調速系統作為提升機控制系統的核心,其精度、穩定性和智能化程度對于提升機整個控制系統至關重要。ASCS調速系統主要由全控功率變換單元和全控整流單元構成,在提升機運行過程中,針對不同工況采用DSP數字化逆變器進行變頻調速,同時利用電機轉子變頻矢量調速裝置進行提升速度的進一步調節及微量細化。與此同時,在ASCS調速系統中還增加PLC(SIEMENS-300系列)控制系統,該系統不僅提高ASCS調速系統的可控程度,而且額外增加監控、液壓站控制、貨物裝卸載控制等諸多輔助功能。此外,為消除提升系統與供電網絡之間存在的諧波污染,全控整流單元在設計時采用PWM整流控制技術,從根源上大幅消除網側電流諧波。

1.2技術特點

(1)ASCS調速系統的核心裝置選用結構簡單、工作效率高的“背靠背”逆變器(雙三電平變頻器),實現電機轉速數字化調節,雙電機聯合拖動控制。(2)ASCS調速系統實現功能??榛杓?,在大幅度提高系統功能智能化程度的同時降低系統維護成本。在提升機運行過程中,實現全程跟蹤監控,精準停車,提升速度平穩調節。(3)ASCS調速系統的控制可采用手動、半自動及全自動三種方式,全程自由變換。另外,增加系統故障?;つ??,如遇提升故障,系統自動切換至安全回路,避免事故發生增加系統運行的穩定性,提升機控制系統實現雙重?;?。(4)系統強化監測控制界面,增加網絡共享功能,實現提升機的動態運行數據及時傳輸和數據共享分析。

2變頻器的選擇及變頻系統設計

2.1變頻器的選擇

(1)交流型變頻器交流型變頻器可對輸出電壓和頻率進行調節,其工作原理一般是先將交流電變為直流電,然后用電子元件對直流電進行變頻處理,變為交流電。交流型變頻器的優點:①與同類型變頻器相比承擔負載、功率較大;②轉矩特性較好,進一步優化提升機的功能性;③電壓和頻率調節方式簡單,系統運行和調節效率高;④變頻器輔助元器件配套廣泛,價格較低,組合整體性價比高。交流型變頻器的缺點:①對于變頻器輔助元器件而言,雙繞組使用較多系統復雜;②變頻器調節范圍較小,電機參數決定其調節范圍;③輸出頻率一般較低,適用于低速直聯同步電機;④對于電網及系統產生的諧波,無法進行治理,受諧波影響較大。(2)交-直-交電流型變頻器交-直-交電流型變頻器工作原理首先是利用順變器將交流電(有固定電壓和頻率)轉化為可調直流電,然后利用逆變器將已轉化的直流電變為交流電。交-直-交電流型變頻器比交流型變頻器可靠性高,頻率調節范圍大,電網及系統產生的諧波少,受諧波影響程度低。兩電平變頻器是典型的交-直-交電流型變頻器,為滿足礦井提升機控制系統的使用要求,盡可能提高控制系統高度穩定性及安全性,在兩電平變頻器的基礎上,研發大功率穩定全控制器件,最終得到三電平變頻器。電壓輸出波形近似于正弦波,抗干擾,穩定性高,耐沖擊,使用壽命長,故選擇三電平變頻器。

2.2變頻系統設計

選用上述研發的三電平變頻器,基于ASCS調速系統設計全數字同步電動機變頻系統。系統變頻效率高,平均值可達到96%,電機轉動慣量小,功率因素高。此外,電動機變頻系統采用閉環控制技術,將電機轉速與頻率調節統一,避免提升機在運行過程中出現振蕩和失步現象的發生,電壓頻率轉變實現平滑過渡,減少電流沖擊諧波產生。

3PLC控制系統設計

3.1PLC控制柜結構組成

PLC控制柜結構主要由可編程控制器、信號處理器、繼電器等單元構成。根據現場提升機參數及工況,PLC控制柜電源???、CPU???、數字量輸入/輸出???、模擬量輸入|輸出???、高速計算???、通訊??檠≡窠峁綾?所示。

3.2PLC速度控制程序設計

針對提升機在運行過程中,遇到特殊情況需要進行手動操作,人為設定的最大運行速度與提升機實際運行速度存在偏差。此時,提升機在運行過程中可能出現振蕩和失步現象,存在安全隱患。故需要對PLC速度控制系統進設置特定運動曲線,綜合選擇S型速度曲線。PLC速度控制系統的應用使提升機在運行過程無振蕩、失步現場發生,運行過程更加平穩,提高了提升系統的穩定性、可靠性和安全性。

4監控系統設計

基于VisualBasic語言開發了監控系統,該系統承擔了ASCS電氣控制系統所有數據的記錄、監測,工人可以根據不同需要選擇不同界面進行操作。由圖可看出,監控界面的左上角為電樞電流???,正下方為提升機運行速度???,該??榘鑾咄?,提升速度曲線(紅色曲線表示)、系統給定速度曲線(粉色曲線表示)、實際運行曲線(藍色曲線表示);而位于控制界面正中間為提升機的提升距離與提升速度??榍?;而控制界面右側為輔助信息顯示???,各個??榧浼缺舜訟喙賾值ザ澇誦?,提高了系統的可靠性。

5結語

本文對屯蘭礦副井提升機控制系統進行了分析,發現提升機系統在運行過程中存在調速性能差、電能消耗多、動態響應性能差、系統可靠性安全性較低等問題。通過分析ASCS工作原理及技術特點,構建“PLC控制+多數字信號傳遞”的礦井提升機控制系統和信號傳輸系統。ASCS電氣控制系統的應用,使提升機提升速度實現自適應調節,提高了煤礦提升機系統的自動、智能化程度和安全、穩定性。

作者:張燕青 單位:山西焦煤集團有限責任公司

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