基于6RA80整流裝置的12脈動并聯(lián)整流技術及其應用

張志強 周云峰

摘要：文章介紹了采用SIEMENS SINAMICS DCM 6RA80整流裝置，成功應用“小控大”12脈動并聯(lián)整流技術，對雁南煤礦副井提升機實施系統(tǒng)改造，并使用DCC“驅(qū)動功能圖”把行程控制載入其中，這樣減少了硬件配置、提高了運行效率、節(jié)約了成本，為今后提升控制系統(tǒng)提供了一種非常適用的解決方案。

關鍵詞：SINAMICS DCM；PLC；DCC；6RA80整流裝置；12脈動并聯(lián)整流技術 文獻標識碼：A

中圖分類號：TN313 文章編號：1009-2374（2016）17-0044-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.17.020

大雁礦業(yè)集團雁南煤礦副井提升機電控系統(tǒng)于1997年設計，2004年投產(chǎn)。傳動系統(tǒng)采用16位處理器的SIMADYN-D系統(tǒng)，自動化系統(tǒng)采用S5系列PLC裝置。這在當時是非常先進的控制方式，但是隨著使用年限的增加和產(chǎn)品的更新?lián)Q代，原系統(tǒng)的設備故障率不斷加大，備品備件也很難購買到，而且價格十分昂貴，這給正常的生產(chǎn)和維護帶來很大的安全隱患和成本負擔，因此采用新型且經(jīng)濟的SIEMENS數(shù)字產(chǎn)品SINAMICS DCM 6RA80對其進行改造，是一種非常優(yōu)異的解決方案。

1 直流提升機改造方案

雁南煤礦副井提升機技術數(shù)據(jù)：提升高度：321m；提升速度：6.28m/s；電機容量：1250kW；電樞電壓750V；額定電流1928A；勵磁電壓110V；勵磁電流229A。對原系統(tǒng)的改造方案確定如下：

1.1 供電方案

1.1.1 高壓供電系統(tǒng)。高壓開關柜利用原設備，開關的合/分操作可以分別在原S5-PLC系統(tǒng)或S7-PLC系統(tǒng)中進行，兩套系統(tǒng)不能同時操作。S7-PLC系統(tǒng)采用輸出繼電器無源接點，作為高壓開關的合閘及分閘指令。原高壓柜提供給S5-PLC的開關已合信號、故障信號、儲能信號也都要引入S7-PLC系統(tǒng)，均為無源接點。如輔助接點不足，采用在高壓柜中增加繼電器的方式進行

擴展。

1.1.2 整流變壓器。原系統(tǒng)具有2臺1050kVA 6kV/740V電樞整流變壓器，本次改造利用原電樞整流變壓器，通過新增配的切換柜將交流電源引入新系統(tǒng)。變壓器溫度檢測接入新自動化系統(tǒng)給出聲光報警，并入提升機控制系統(tǒng)的閉鎖回路。

1.1.3 晶閘管整流柜。電樞回路采用2臺金自天正公司TCP1系列晶閘管變流柜。每臺晶閘管變流柜構(gòu)成晶閘管反并聯(lián)的三相整流橋，兩臺晶閘管變流柜經(jīng)電抗器并聯(lián)后構(gòu)成12脈動可逆整流回路。散熱方式為自帶冷卻風機，強迫風冷。

1.1.4 傳動回路切換。為實現(xiàn)傳動新-老系統(tǒng)切換，在傳動裝置的交流進線側(cè)和直流輸出側(cè)設置電源切換開關。在星組合角組整流變壓器二次側(cè)設置2臺三極切換開關，在勵磁整流變壓器二次側(cè)設置1臺三相倒換開關，3臺交流切換開關安裝在進線切換開關柜內(nèi)。在電樞整流柜和勵磁整流柜輸出側(cè)設置加3臺直流切換開關安裝在直流切換開關柜中。切換開關均設置輔助接點，分別引入老系統(tǒng)及新系統(tǒng)中，作為閉鎖回路信號。

1.1.5 低壓供電系統(tǒng)。原動力變壓器及低壓配電柜，為副井提升機輔助設備、照明和控制電源供電。電機的冷卻風機、機房起重機、機房照明、機房空調(diào)等設備的供電由原低壓開關柜供電。新系統(tǒng)提供1臺低壓配電柜，對新增液壓制動系統(tǒng)、傳動裝置、自動化系統(tǒng)提供電源。冷卻風機的啟動/停止操作由S7-PLC提供繼電器干接點進行控制，電動機運行信號由干接點引入S7-PLC中。

1.1.6 UPS電源。新系統(tǒng)設置一臺UPS電源，作為傳動控制系統(tǒng)電源、PLC系統(tǒng)供電電源、井筒開關電源。為保證提升電控系統(tǒng)失電后，不造成系統(tǒng)數(shù)據(jù)混亂，設置在線式UPS電源，容量為3kVA。

1.2 全數(shù)字控制系統(tǒng)

副井提升機電控系統(tǒng)由原有的“SIMADYND+S5PLC”改造為“6RA80+S7PLC控制+行程控制”。其中傳動控制柜2套四象限構(gòu)成并聯(lián)驅(qū)動的12相主從驅(qū)動裝置，驅(qū)動提升機主電機，由于提升電控系統(tǒng)的特殊性，單獨用一臺單象限SINAMICS DCM 6RA80提供勵磁電流，所有的傳動裝置都掛在Profibus-DP網(wǎng)上，便于控制和數(shù)據(jù)

交換。

1.3 PLC控制系統(tǒng)

副井提升機自動控制系統(tǒng)采用西門子S7 314-6CH04-0AB0 CPU，構(gòu)成安全、可靠的提升機控制和監(jiān)視系統(tǒng)。S7-300 PLC集成了一部分I/O，還集成有高速計數(shù)器接口，這樣緊湊型的設計可以節(jié)省許多I/O模板和高速計數(shù)器模板。

提升機的操作與控制必須具有很高的安全性及可靠性，因此本系統(tǒng)采用兩臺PLC控制系統(tǒng)完成提升機的工藝控制，主控PLC主要實現(xiàn)提升機操作運行、行程控制閘控系統(tǒng)控制、繼電器安全回路控制、液壓站控制和重要故障的顯示、報警等功能；監(jiān)控PLC主要實現(xiàn)對提升機運行狀態(tài)的安全監(jiān)視、軟件安全回路控制，從而構(gòu)成高可靠性控制系統(tǒng)。

1.3.1 主控PLC。主控PLC用CPU集成的高速計數(shù)通道通過裝在與卷筒相連的軸角編碼器的輸出脈沖進行計數(shù)，檢測提升罐籠的實際位置，進行井筒深度的計算，然后根據(jù)位置速度圖，產(chǎn)生相應的速度基準值，驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)?？紤]到鋼絲繩伸長和滑繩對位置檢測的影響，為保證位置精度，罐籠在減速點之前設置一個井筒開關對行程檢測進行直流校正。

1.3.2 監(jiān)控PLC。監(jiān)控PLC主要用于連續(xù)監(jiān)視提升機的加、減速段及勻速段的速度，并對超速故障進行處理；減速點、停車點等進行定點速度監(jiān)視，并對過速故障進行處理；在提升過程中通過接收軸編碼器的信號，計算罐籠所在的位置，并在操作臺的深度指示器顯示。當出現(xiàn)故障停車時，可記憶住罐籠的位置。監(jiān)控PLC通過位置計算和井筒開關信號，對過卷進行雙重監(jiān)視，并進行故障處理。

監(jiān)控PLC還用于對鋼絲繩滑動的監(jiān)視，當出現(xiàn)軸編碼器之間信號差異過大時，發(fā)出故障信號并實行抱閘、對井筒開關的監(jiān)視、對液壓站重故障的監(jiān)視、對安全回路的監(jiān)視、錯向監(jiān)視、打滑監(jiān)視、對傳動系統(tǒng)的監(jiān)視。

2 計算機操作顯示站

2.1 功能說明

本系統(tǒng)采用工業(yè)控制機，通過網(wǎng)絡對現(xiàn)場設備進行數(shù)據(jù)采集，以圖形的方式在彩色監(jiān)視器上顯示。除可以實時采集和記錄數(shù)據(jù)外，還可以根據(jù)需要對主要數(shù)據(jù)以趨勢圖進行記錄，提供維護人員分析故障產(chǎn)生的原因。

2.2 顯示畫面

主畫面：設備概況。

狀態(tài)顯示畫面：當前提升機運行狀態(tài)及主要參數(shù)、供電系統(tǒng)工作狀態(tài)。

傳動系統(tǒng)畫面：整流裝置工作狀態(tài)。

液壓/潤滑畫面：液壓及閘控系統(tǒng)狀態(tài)。

故障報警畫面：第一故障及故障顯示。

安全回路畫面：安全回路工作狀態(tài)。

運行參數(shù)趨勢畫面：速度、電流實時曲線與歷史

記錄。

各幅畫面都有快捷鍵對應，操作人員可以方便地進行切換。

2.3 顯示站配置

工控機，主流配置。

19寸嵌入式工業(yè)顯示器

WINCC系統(tǒng)軟件，通訊卡。

3 系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡

本系統(tǒng)主控PLC與傳動控制設備、ET200遠程I/O之間采用標準通訊協(xié)議PROFIBUS，實現(xiàn)相互的信息交換。計算機操作顯示站與各PLC之間、通過MPI網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)

交換。

4 提升機安全回路

主控PLC安全回路接入系統(tǒng)故障信號、高壓柜故障信號、傳動控制系統(tǒng)故障信號、液壓站閘控系統(tǒng)故障信號、過卷信號、操作臺急停、不允許開車信號、信號系統(tǒng)急停信號等組成。

監(jiān)控PLC安全回路中的各種保護與主控系統(tǒng)保護作用基本相同，主控安全回路和監(jiān)控安全回路組成兩套相互獨立的安全回路，共同實現(xiàn)對提升機運行時的保護。

5 液壓閘控系統(tǒng)

由于目前使用的液壓站是1997年訂購的產(chǎn)品，經(jīng)過十多年的使用，現(xiàn)在漏油現(xiàn)象比較嚴重，且這次改造，新PLC和舊液壓站的接口非常困難，對安全穩(wěn)定生產(chǎn)有很嚴重的隱患，需要更換一臺液壓站，采用洛陽中信重機自動化工程有限公司型號為：TE151A最大工作油壓：14MPa，油箱容積：700L，電機功率：4×2kW，外形尺寸：1466×1135×1430mm，用途：單機雙泵單站。

液壓制動系統(tǒng)由需方采購，自動化系統(tǒng)具有與制動系統(tǒng)之間信號接口。實現(xiàn)對液壓閘控系統(tǒng)的自動、手動方式的控制。自動方式根據(jù)開車指令并與速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜力矩給定配合，分別給出松閘、貼閘皮和施閘油壓。手動方式由司機臺上的閘控手把調(diào)節(jié)油壓。電控系統(tǒng)與液壓閘控系統(tǒng)接口信號均為無源接點信號。

6 結(jié)語

雁南煤礦副井提升自動化控制及全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)改造后所需的費用少、工期短，而新系統(tǒng)投入運行后，不但降低了因備件難買及設備老化等故障而影響生產(chǎn)的情況，而且減少了日常維修量，大大提高了生產(chǎn)效率，為當前提升機電控系統(tǒng)提供了一個非常優(yōu)異的解決

方案。

參考文獻

[1] 孟梅，邢衛(wèi)宏，賈明慧，任久春，趙晶，殷久昌.五龍煤礦1#提升機數(shù)字化改造[J].冶金自動化，2011，（S2）.

[2] 何鳳有，譚國俊.礦井直流提升機計算機控制技術[M].徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2003.

[3] 鄒成學，王家寶，王勇.謝橋副井電控系統(tǒng)數(shù)字化改造[J].礦山機械，2003，（7）.

[4] 周佩華，王峰.呂家坨煤礦老主井提升機電控系統(tǒng)的數(shù)字化改造[J].工礦自動化，2004，（4）.

作者簡介：張志強（1981-），男，神華大雁公司雁南煤礦工程師，研究方向：礦山提升機工業(yè)自動化控制。

（責任編輯：蔣建華）