管京城
淮南矿业集团朱集东煤矿绞车队
摘要：本本介绍了朱集东矿主井整体结构及电控系统的整体设计，同时把电控系统分成了采用ACS6000交-直-交直接转矩控制的提升传动部分以及提升机过程控制系统两大部分，并详细的介绍了各分系统的功能和运作方式。
关键词：提升电控系统、ACS6000sd、PLC
一、 朱集东矿主井提升系统整体结构介绍
朱集东矿主井车房布置两台JKMD-4.5×4提升机、配套4300KW同步电机、ACS6000传动系统、ABB电控、闸控及高低压供电系统。天轮4台、两套27t双箕斗、钢性罐道八根、信号及装卸载系统两套。装、卸载配套两套1.4米皮带机（电机55kw），10台GLD 2000/5.5/S型给煤机，两套液动换向溜煤装置及两套唐山开诚装、卸载自动化集控设备。
二、朱集东矿主井提升系统中电控系统结构设计
.一）、提升机传动系统设计
朱集东矿主井提升机传动方案采用ACS6000sd交-直-交变频同步电动机直接转矩控制，该系统由ABB公司的研发生产。
1．提升传动系统设计原理分析
1）基于先进的DTC控制理论，转矩响应时间比传统的磁通向量控制或脉冲宽度调制的控制方式快10倍，具有精确的静态速度和转矩控制。如图2所示逆变器的开关状态由电机的核心变量磁通和转矩直接控制。测量的电机电流和直流电压作为自适应电机模型的输入，该模型每25微秒产生一组精确的转矩和磁通的实际值。电机转矩比较器将转矩实际值与转矩给定调节器的给定值作比较，磁通比较器将磁通实际值与磁通给定调节器的给定值作比较。依靠来自这两个比较器的输出，优化脉冲选择器决定逆变器的最佳开关状态。
2）采用IGCT集成化门极换流晶闸管IGCT是专为中压变频器开发的功率半导体开关器件。基于非常成熟的GTO （门极关断晶闸管）技术开发的IGCT，使变频器的设计从根本上降低了复杂程度，提高了效率和可靠性。IGCT 集IGBT （绝缘门极双极性晶体管） 的高速开关特性和GTO（门极关断晶闸管）的高阻断电压和低导通损耗特性于一体。
3）采用ARU有源整流单元允许四象限运行,这使得在整个功率范围内正反两个方向上的再生制动成为可能。ARU在整个运行范围内将功率因数控制为1 ，即使在低速范围也是如此。ARU能随时补偿连接到同一电网的其他负载产生的无功功率。ARU 通过使用预定义，脉冲优化模式减少和消除主电网上的谐波。
4）公共直流母排方式将多组整流器和逆变器都连到同一直流母排上。允许多个传动负载连接到一台变频器上。某一电机制动产生的能量可以通过直流母排传递到其他逆变器上，而不必由整流器担负。
2.提升传动系统选型分析
ACS6000具有极高的可靠性和短暂的维修时间，主要表现在：
1） 成熟的技术：ACS6000采用的IGCT技术是基于成熟的GTO技术。并且IGCT已在中压变频领域内成功的应用了12年。
2）最低的元器件数量：IGCT 的快速开关能力无需缓冲电路。因而所需的功率元件数目更少，运行的可靠性更高。
3） 无熔断器设计：由于采用无熔断器设计，避免使用不可靠的熔断器，因而提高了整体可靠性。
4） 故障诊断系统：综合自诊断监视系统产生精确的故障信息，给出故障类型和故障位置。因而可以对故障进行快速而准确的定位，降低了故障查找的时间。
5）功率电路的简化：功率电路的简化和硬件的模块化设计，不仅形成极高的利用率而且为最小停机时间的维护和维修概念打下了基础，例如：一相模块的更换时间不到一个小时。
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3.提升传动系统电路设计分析
交-直-交变频器主要是先将固定频率和电压的交流电能变换为直流电能，再将直流电能变换为频率和电压符合要求的交流电能，供负载使用如图3所示。变频器中逆变器输出频率和电压均与交流输入电源无关，属于无源逆变，中间电路主要用于系统的滤波。交-直-交变频调速系统的功率因数近似于1，它不仅能够将交流电源的能量转变成直流电能，也可以把直流侧的电能逆变成交流电回馈电网。交流侧的电流波形接近正弦波，谐波电流较校
二）、提升过程控制系统设计
1、 PLC行程控制系统
PLC行程控制系统是整个控制的核心，也是控制系统的大脑，通过获取来自于ACS6000sd传动装置、可编程控制器自身行程控制、装卸载系统、闸控系统、安全回路、绞车司机操作台等的信号。依照提升电控的逻辑要求，对ACS6000sd传动系统、闸控系统以及各种电气设备等进行自动化控制，并显示对应的声光信号。在绞车出现故障时，安全保护装置首先动作，同时自动进行声光报警。
依据现场实际需要，提升系统具备全自动、手动、检修三种模式运行；闸控系统具备自动和手动两种运行方式。只有当提升选择模式与闸控运行方式均为自动状态，方可实现提升机可自动运行的方式。
2、 PLC行程监控系统
PLC行程监控系统是提升安全运行的保护伞，实时对整个提升过程进行全方位监视。其主要包括对传动系统、通讯系统、报警系统、运行监视状态、旁路状态、硬件显示状态、相关技术参数等工况信息进行清晰的反溃同时配合上位机，达到监视、记录整个系统设备的工作动态及提升各个环节运行实时数据；如：提升机电机内部、主轴装置、各个变压器等设备的温度巡检，装卸载实时信号、提升机速度、箕斗深度指示等。
3、装卸载控制系统
主井装卸载系统中，只有装载系统具有自动、手动、检修三种运行模式，卸载为进曲轨方式，到达井口后自动进行卸载操作。同时装卸载信号系统能够实现自动、手动、检修方式。当装载系统及信号系统均选择自动时，装卸载整套系统可实现自动运行。此时只要人员通过绞车房上位机软件可监视、记录整个系统设备的工作动态及各个环节运行实时数据；如：皮带机、给煤机启动或者停止情况，故障实时显示情况，提升信号显示，定量斗、核子秤装载量对比等。另外车房上位机软件系统可生成产量报表并进行相关数据的存储；近几钩提升信号及一周故障信息的记录；同时在上位机上可以模拟监控画面，这样下口给煤机、井下运输皮带机、定量斗、定量斗闸门、定量斗翻板、核子秤以及箕斗停车位等都能实时动态的显示出来；并且在车房通过软件修改可以实现对装载量、超载值等的设定。
4、 HMI（人机界面）系统
通过车房上位机人机界面系统可以对提升机运行时电流、速度、力矩、闸控系统压力的趋势图进行实时的显示和记录。包括因换绳及衬垫磨损后，提升系统显示不准确时，对部分提升参数（速度、滚筒直径等），从而满足正常的提升需要等。同时可以通过上位机实现对提升系统外部的风机、外水冷系统的启、停控制。
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论文作者:管京城
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第22期
论文发表时间:2019/11/26
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