软停车技术在麻家梁煤矿ABB特大型立井提升自动化控制系统中的应用

发布时间：2016-10-12 20:20

  本文关键词：软停车技术在麻家梁煤矿ABB特大型立井提升自动化控制系统中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

中国高新技术企业

吴硕
（同煤浙能麻家梁煤业有限责任公司，山西 朔州 036000）
摘要：随着越来越多的特大型矿井投入开采，各种新型的特大型大功率的提升系统应运而生。在停车时，定子电流给定突然消失，会产生巨大的震动声，给设备带来很大的损伤，通过软停车自动化控制技术，，可以从根本上消除该类问题。文章对软停车技术在麻家梁煤矿ABB特大型立井提升自动化控制系统中的应用进行了探讨。
关键词：软停车技术；立井提升；自动化控制系统；电机；煤矿开采文献标识码：A
中图分类号：TD633文章编号：1009-2374（2016）01-0156-02DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.01.078
1概述
麻家梁矿主井采用两套ABB公司生产的JKMD-5.7×4落地式多绳摩擦式提升机，配套ABB芬兰电机厂生产的低速直联交流同步电动机，型号为AMZ2500 QN16PWB，电机功率7000kW，定子额定电压3150V，额定电流2×668A（双绕组），转子额定电压202VDC，额定电流为639A，额定最大工作频率6.13Hz，额定转速46r/min，定子重48.7t、转子重39t，最大提升速度13.73m/s。制动器为盘式制动器，共14对闸头，56块制动器，采用两台恒减速制动液压站，双独立回油系统，矿井设计年产1200万t。麻家梁矿主井1#、2#两部提升机自安装调试以来，一直存在停车抱闸时发出剧烈震动现象，每日平均提煤500余斗，即每日震动500余次，每年发出震动18万次，停车震动瞬间可达120分贝以上，该震动给电机定转子、闸间隙传感器、液压管路、车房土木工程建筑以及自动化控制柜接线等机电设备造成很大损伤，使其使用寿命大大缩短，设备维护成本大大增加，间接影响了全年煤炭生产，同时设备停车震动声响给提升司机的工作环境造成了噪音污染，严重损伤工作人员的身体健康。
经现场技术人员一年多的反复排查论证，最终确定震动来自电机，即在停车抱闸瞬间传动给电机定转子电流突然消失掉落，从电机电枢发出的震动声，而不是由制动器抱闸时与制动闸盘碰撞发出的声音。
2研究内容
ABB提升系统主要由AHC主控系统、驱动系统、监控系统、液压制动系统、操作维护系统（HMI及操作台）、井筒信号系统组成。
ABB主控系统软件执行提升机运行的逻辑、比较、顺序控制、算术计算、通讯和监测保护功能，根据系统设计要求，通过配置相应的硬件，还可以执行行程控制和通讯功能，主控系统通过Module bus光纤通信与ACS6000传动系统进行通讯。
ABB ACS6000驱动控制系统主要实现速度、电流闭环控制功能及与传动有关的监测保护功能。驱动控制系统一般包括驱动控制、电流控制和励磁控制三部分。驱动控制完成位置控制、速度控制及相关的监测保护功能，该部分接收来自主控系统的控制指令和参数，其程序通过位置控制和速度PID调节处理，向电流控制和励磁控制环节发送电枢电流和励磁电流基准值；电流控制环节完成电流的PID调节处理，并向变流器输出触发脉冲信号；励磁控制环节完成励磁电流的PID调节处理，并向励磁变流器输出触发脉冲信号。
监控系统对提升机系统的重要参数，如速度、位置等，进行计算和监测，提供保护功能，起到主控和驱动保护功能的后背保护功能。
ABB ACS6000是专用于兆瓦级应用场合的模块化中压传动，有着最优的性能和无与伦比的利用率。在麻家梁主提升系统中，采用两套7MW的有源整流ARU系统和两套9MW逆变INU系统双绕组电机的冗余传动模式，输出频率为0～6.13Hz。
ACS600采用模块化设计：有源整流单元（ARU），两套6-脉波自换流电压型变流器（有源整流单元，由相模块、门集供电单元、钳位电路、EMC滤波器、接口板、快速短路检测、抗饱和设备、电压电流检测板组成）；逆变单元（INU），6-脉波自换流电压型逆变器；电容组单元（CBU），直流回路电容；终端单元（TEU），功率电缆的接线终端部分；控制单元（COU），控制系统；水冷单元（WCU），分为内外水冷系统，为功率单元降温；电压限幅单元（VLU），动态的直流电压限幅电路；励磁单元（EXU），6-脉波晶闸管桥。选择适当的ARU脉冲模式，变压器电流将与线电压有相同的相位，这意味着系统的功率因数为1。
ACS6000传动控制采用独一无二的DTC直接转矩控制，能实现精确的转矩和速度控制，转矩响应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，有着最小的转矩波纹。功率开关元件采用最先进的集成门极换流晶闸管IGCT，输出交流电至电机电枢的逆变器的导通与关断由电机的核心变量磁通和转矩直接控制。因此利用主控程序控制，在停车时力矩给定做滤波限幅处理，使电机电枢电流平滑减小为零。
如图1所示，在P45-ACS6000-3传动停车控制程序里编写一个传动力矩控制、速度控制软停车程序，利用传动给定电机力矩百分比绝对值（正反转时力矩有正负，必须加ABS绝对值块使该数据变成正值），同时加10%的余量值（考虑在停车时力矩电流波动），然后将该值扩大10倍，最终经过一个低通滤波器，时间参数设定为0.6s，即在0.6s内将该输入值进行限幅处理，使输入信号有坡度的平滑降为零，将该限幅输出信号传送到传动力矩控制处理其中，最终使电机停车时的给定电流由原来的瞬间降为零变为平滑的降为零，如图3所示。

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通过Drive windows传动控制监视软件，得到未编写软停车程序之前的力矩电流曲线如图2所示，可以看到停车瞬间的电流曲线特性比较硬，几乎直接下降至0A。
添加软停车程序后停车时的力矩、电流曲线如图3所示，力矩电流在停车时平滑下降至0A，曲线特性比较理想，同时再也没有停车“震动”声音。
3应用情况及经济社会效益
（1）自从编写了软停车控制程序后，再也不存在停车时的剧烈震动声音，效果十分明显；（2）从根本上消除了停车震动发出的声响对机电提升设备造成的损伤，同时节约的维护费用以及对延长提升设备使用寿命和保证正常生产所带来的直接及间接经济效益，约为500万/年；（3）在生产管理上更具科学性，进一步完善了提升设备运行控制的智能化、自动化，全面确保公司的安全和高效生产工作顺利开展。该项技术的应用对今后的同煤集团乃至全国特大型立提升系统电控软停车力矩电流控制程序逻辑编写以及设计有极大的参考及借鉴价值。
作者简介：吴硕（1988-），同煤浙能麻家梁煤业有限责任公司大型设备一队电气队长，助理工程师，研究方向：自动化。
（责任编辑：蒋建华）

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本文编号：138669