伟创AC80矢量变频器在矿井提升机完整变频电控方案

一、用途及适用范围

矿井提升机是机、电、液一体化的大型机械，是矿井生产的咽喉，其运行安全性直接影响着矿井的生产能力和人员、设备的安全。我公司生产的TS-V100型交流变频提升机电控装置适用于交流绕线式异步电动机传动的单绳缠绕式矿井提升机和多绳摩擦式矿井提升机，可以与新安装的提升机配套，也适合对提升机电控的技术改造。

电控设备适用于以下使用场所：

a．海拔高度不超过1000米，如超过这个海拔高度，元器件在功率、容量方面应按海拔高度的增加，适当降容使用，并考虑一些元器件的安全爬电距离等的安全参数；

b．使用环境温度不高于40℃，不低于–10℃；

c．相对湿度不超过85%；

d．在没有导电尘埃及对金属和绝缘有破坏性的气体；

e．在无剧烈振动、颠簸的场所；

f．没有强磁场作用；

g．特殊使用场合必须在定货时提出，如要求防爆、防水等要求。

二、基本结构与技术参数

变频器型号：AC60/AC80系列；控制电机型式：交流绕线式异步电动机或鼠笼式异步电动机；

控制电机容量：75kW～550kW；电机电压等级：AC380V、AC660V、AC1140V；

提升速度显示：0～99.99m/s；深度指示显示：0～9999.9m；

制动油压显示：0～9.99MPa；制动正压力显示：0～9999.99KN；

三、系统主要特点

根据提升机的特点，采用无速度传感器矢量控制技术的变频器（AC80系列）对交流电机进行调速，启动、停车及加减速，具有平稳，节能、免维护的优点。

加减速过程0～50Hz平滑调节，无功冲击较小，功率因数高。全程无极调速，无机械冲击，延长机械设备使用寿命。

采用了全数字速度、电流、位置闭环控制使提升机在任意速度下运行稳定可靠并保持较高的运行效率。

操作和安全保护系统选用两套不同配置的三菱公司的FX2N系列PLC，两套PLC互为冗余控制。主辅PLC之间相互通讯及监视，操作过程实现双线控制方式，对提升机运行关键的信号（如速度、容器位置、安全、减速、过卷等等）均采用多线制保护，互为监视。

PLC操作控制系统能完成提升机手动、半自动、检修、验绳、应急及下放重物控制等各种运行方式的控制要求等。控制系统根据提升容器的位置与去向之间的距离及提升种类，自动选取最大的运行速度，提高系统的运行效率。

手动运行：司机根据信号系统情况，通过速度给定器件主令控制器控制提升机在额定速度以下任意速度运行，自动减速、自动准确停车，同时要受到行程控制器的限制。

半自动运行：在半自动运行逻辑具备条件时，司机根据系统情况通过按钮开车，让提升机完成一个提升循环，并具安全联锁；具有自动选择去向，确定运行速度等功能，自动加速、自动减速、自动准确停车。

检修、验绳和下放重物：检修速度：0.3～0.5m/s。检修时可手柄（0.3～0.5m/s）或按钮开车（0.5m/s）。可根据现场情况设计控制方式。

应急控制：在任何运行方式下出现紧急情况，司机通过急停按钮（脚踏开关）实施急停操作。

故障开车：在PLC部分控制电路出现故障情况下，提升机能实现低速应急开车，速度<1.0m/s，并且具有《煤矿安全规程》规定的保护。

具有三条安全保护回路，其中，软件安全回路两条、硬件安全回路一条，关键环节采用三重或多重保护，比如过卷、超速等。多条安全保护回路之间互相冗余，保证矿山设备的高效、安全运转。轻重故障具有声、光报警或预报警。安全回路执行继电器为双继电器。

各子系统通过网络进行数据和信号交换实现网络化集中控制，使整个系统的外接线大量减少，整个电控系统的外部连线少于100芯，节省了安装工期及费用。

系统具有远程诊断功能，通过电话网络对本提升机电控系统的各个输入口、输出口以及中间参量进行观察、分析，能够在较短的时间内确定故障的原因并找到相应的解决办法，有利于与现场使用人员的技术沟通以及快速地处理故障及问题。

采取必要的硬件、软件的抗干扰措施（隔离、滤波、合理的结构及布线），确保整个系统不受电磁、供电电源的干扰，并对其它设备不产生危害性的干扰。

经过优化设计，使设备的性能更加强大，硬件包括接线更加整洁，如原来由继电器进行隔离的线路均由光电隔离完成，使继电器数目减少到最少的必要程度。

控制台结构形式：喷塑面板、模块化组件、组合式结构，美观并且便于维修；柜体颜色：浅陀灰；控制台为全密闭，防护等级高于IP54。

针对极端情况下的液压制动失效，具备主动和被动安全保护相结合的多重保护措施：

作为主动安全保护手段之一，可提前发现事故隐患。采用压力传感器对液压系统的油路情况进行动态检测，检测值进入PLC，并可以显示出出油路回油情况，防止因为出油、回油导致的油路堵塞情况。

具有零速电气安全制动保护功能：作为被动安全保护手段，在满足《煤矿安全规程》要求的前提下，当出现安全制动时，同时具有电气安全制动功能，在零速电气安全制动的作用下，提升容器会往较重的方向作脉动式向下滑行。避免故障扩大，最大程度地减小故障损失。

安全保护分为三类：

第一类，严重故障：立即断开安全回路实施安全制动；

第二类，较严重故障：先减速到1m/s后实施安全制动，但如果发生第一类故障立即实施安全制动；

第三类为轻故障：允许一次开车，本次运行结束后不维修好不能再次开车；

第一类严重故障包括：等速过速、限速过速、包络线超速、爬行段超速、高低压电源故障、过流、变频器故障、错向、PLC故障、过卷、急停操作、网络通讯故障、操车联锁、两套测速组件同时损坏、井筒开关失灵、主回路失压、速度比较错误、残压高、电机温度过高等等；

第二类重故障包括：机械深度指示器失效、松绳保护、编码器位置偏差过大、制动油路故障（油压过高、堵塞）、闸瓦磨损、主回路过压或接地或欠压等等；

第三类轻故障：测速组件损坏、润滑温度高、润滑油压高/低、电机温度报警、弹簧疲劳、闸盘偏摆、风机失压等等。

14）良好的拖动性能

采取滤波措施，谐波电流较小，满足GB/T14549国标要求。

可调斜率的加减速度给定值设定。

起动防冲击控制(“Ｓ”化曲线给定)，在启动制动的过程中使钢绳振动最小，加、减速度变化率（限制钢丝绳振动的冲击限制值）≤0.4m/s2

预置起动力矩并与液压制动器的油压曲线形成可靠闭锁，防止起动时容器倒转。

预置停擎置力矩并与液压制动器的油压曲线形成可靠闭锁，防止停车时容器倒转。

具有过电流、堵转、过速、绝缘检测等几十种完善的保护。

采用变频矢量控制技术，实际速度紧跟预定速度变化，速度图从等速段向减速段、减速段向爬行段过渡的平滑性好，与直流电动机拖动的矿井提升机相比，具有更优的调速性能。

启动力矩可达150％，通过力矩补偿，在这基础上还可增加30％～50％额定力矩，因此，重载零速启动平稳，这是现有同类技术所不具备的特性。

具有很好的堵转特性，堵转电流可以随意设定，并且实际电流值不会超过设定值；

具有强大的内部软件故障以及外部线路故障的诊断功能，在诊断到故障的情况下，装置首先自动停止工作，防止故障进一步扩大，同时，进行准确的故障报警。

四、系统功能

1．控制功能

a.根据提升工艺控制要求及信号系统发出的信号指示，控制提升机的启动、运行、减速、停车等过程，运行平稳可靠。

b.实现提升机的半自动或手动运行，满足提升机控制工艺要求及各种安全联锁保护的要求。

c.实现提升机的行程监视和位置闭环控制，具有完善的深度、速度显示及控制功能。

d.实现提升机工作的PLC控制，硬件配置简单，软件编程灵活，调试方便且维护量小。系统动静性能好，具有良好的闭环性能。

e.设计更加合理，机电配合更加协调，整机可靠性高。

f.提高了矿井提升机运行的安全可靠性和控制技术的水平，对降低设备的故障率，提高生产效率，减轻操作人员的劳动强度发挥着重要的作用。

2．安全保护及联锁功能

安全回路闭锁了提升机的运行条件，只有当外部设备运行正常，具备开车条件后，才允许提升机运转；安全回路闭锁了提升机的全部重故障保护信号，故障一旦发生，提升机立即进行紧急制动；对于提升系统出现的轻故障，允许完成本次提升，待排除故障后，提升机方可继续运行。

3．完善的综合后备保护功能

a.利用双路光电编码器实现对提升机的运行速度及位置的数字化检测和控制，提高系统的控制精度及可靠性。

b.安全回路双冗余，至少有一路软件安全回路，一路硬件安全回路。

c.PLC部分检测电路出现故障无法用PLC开车的情况下，可以应急进行低速简易开车并具有必要的安全保护。

d.一路速度及深度检测有问题而另一路正常的情况下，可以用PLC进行限速开车。

e.自动发出位置信号，如减速、停车、定点、过卷信号等，重要的点如减速点、过卷等有两路以上共同起作用。

f.有深度指示器失效保护、运行方向错误保护、松绳保护或钢绳滑动保护、减速检测保护。

g.速度、深度有完全独立的两路，并进行相互比较，比较时间间隔不大于1秒，速度、深度值不正确的情况下，会采取必要的阻止事故扩散的措施。

五、性能特点

伟创电气TS-V100型交流变频提升机电控装置具有多重保护措施，系统运行稳定，传动平稳，环境噪音低，效率高，运行安全可靠，且安装调试简单方便，非常适合新矿井提升机的配套及旧设备的升级改造。自TS-V100型交流变频提升机电控装置面世以来，现已批量的应用在矿井提升机上，客户反馈良好，对该套装置体现出来的性能给出了高度的评价。