基于6RA80整流裝置的12脈動(dòng)并聯(lián)整流技術(shù)及其應(yīng)用

張志強(qiáng) 周云峰

摘要：文章介紹了采用SIEMENS SINAMICS DCM 6RA80整流裝置，成功應(yīng)用“小控大”12脈動(dòng)并聯(lián)整流技術(shù)，對(duì)雁南煤礦副井提升機(jī)實(shí)施系統(tǒng)改造，并使用DCC“驅(qū)動(dòng)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(yùn)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(guān)鍵詞：SINAMICS DCM；PLC；DCC；6RA80整流裝置；12脈動(dòng)并聯(lián)整流技術(shù) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

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

大雁礦業(yè)集團(tuán)雁南煤礦副井提升機(jī)電控系統(tǒng)于1997年設(shè)計(jì)，2004年投產(chǎn)。傳動(dòng)系統(tǒng)采用16位處理器的SIMADYN-D系統(tǒng)，自動(dòng)化系統(tǒng)采用S5系列PLC裝置。這在當(dāng)時(shí)是非常先進(jìn)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(shè)備故障率不斷加大，備品備件也很難購(gòu)買到，而且價(jià)格十分昂貴，這給正常的生產(chǎn)和維護(hù)帶來(lái)很大的安全隱患和成本負(fù)擔(dān)，因此采用新型且經(jīng)濟(jì)的SIEMENS數(shù)字產(chǎn)品SINAMICS DCM 6RA80對(duì)其進(jìn)行改造，是一種非常優(yōu)異的解決方案。

1 直流提升機(jī)改造方案

雁南煤礦副井提升機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)：提升高度：321m；提升速度：6.28m/s；電機(jī)容量：1250kW；電樞電壓750V；額定電流1928A；勵(lì)磁電壓110V；勵(lì)磁電流229A。對(duì)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(guān)柜利用原設(shè)備，開關(guān)的合/分操作可以分別在原S5-PLC系統(tǒng)或S7-PLC系統(tǒng)中進(jìn)行，兩套系統(tǒng)不能同時(shí)操作。S7-PLC系統(tǒng)采用輸出繼電器無(wú)源接點(diǎn)，作為高壓開關(guān)的合閘及分閘指令。原高壓柜提供給S5-PLC的開關(guān)已合信號(hào)、故障信號(hào)、儲(chǔ)能信號(hào)也都要引入S7-PLC系統(tǒng)，均為無(wú)源接點(diǎn)。如輔助接點(diǎn)不足，采用在高壓柜中增加繼電器的方式進(jìn)行

擴(kuò)展。

1.1.2 整流變壓器。原系統(tǒng)具有2臺(tái)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(guò)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(cè)接入新自動(dòng)化系統(tǒng)給出聲光報(bào)警，并入提升機(jī)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(tái)金自天正公司TCP1系列晶閘管變流柜。每臺(tái)晶閘管變流柜構(gòu)成晶閘管反并聯(lián)的三相整流橋，兩臺(tái)晶閘管變流柜經(jīng)電抗器并聯(lián)后構(gòu)成12脈動(dòng)可逆整流回路。散熱方式為自帶冷卻風(fēng)機(jī)，強(qiáng)迫風(fēng)冷。

1.1.4 傳動(dòng)回路切換。為實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)新-老系統(tǒng)切換，在傳動(dòng)裝置的交流進(jìn)線側(cè)和直流輸出側(cè)設(shè)置電源切換開關(guān)。在星組合角組整流變壓器二次側(cè)設(shè)置2臺(tái)三極切換開關(guān)，在勵(lì)磁整流變壓器二次側(cè)設(shè)置1臺(tái)三相倒換開關(guān)，3臺(tái)交流切換開關(guān)安裝在進(jìn)線切換開關(guān)柜內(nèi)。在電樞整流柜和勵(lì)磁整流柜輸出側(cè)設(shè)置加3臺(tái)直流切換開關(guān)安裝在直流切換開關(guān)柜中。切換開關(guān)均設(shè)置輔助接點(diǎn)，分別引入老系統(tǒng)及新系統(tǒng)中，作為閉鎖回路信號(hào)。

1.1.5 低壓供電系統(tǒng)。原動(dòng)力變壓器及低壓配電柜，為副井提升機(jī)輔助設(shè)備、照明和控制電源供電。電機(jī)的冷卻風(fēng)機(jī)、機(jī)房起重機(jī)、機(jī)房照明、機(jī)房空調(diào)等設(shè)備的供電由原低壓開關(guān)柜供電。新系統(tǒng)提供1臺(tái)低壓配電柜，對(duì)新增液壓制動(dòng)系統(tǒng)、傳動(dòng)裝置、自動(dòng)化系統(tǒng)提供電源。冷卻風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)/停止操作由S7-PLC提供繼電器干接點(diǎn)進(jìn)行控制，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行信號(hào)由干接點(diǎn)引入S7-PLC中。

1.1.6 UPS電源。新系統(tǒng)設(shè)置一臺(tái)UPS電源，作為傳動(dòng)控制系統(tǒng)電源、PLC系統(tǒng)供電電源、井筒開關(guān)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(shè)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(jī)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(dòng)控制柜2套四象限構(gòu)成并聯(lián)驅(qū)動(dòng)的12相主從驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)提升機(jī)主電機(jī)，由于提升電控系統(tǒng)的特殊性，單獨(dú)用一臺(tái)單象限SINAMICS DCM 6RA80提供勵(lì)磁電流，所有的傳動(dòng)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(jī)自動(dòng)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(jī)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(jì)數(shù)器接口，這樣緊湊型的設(shè)計(jì)可以節(jié)省許多I/O模板和高速計(jì)數(shù)器模板。

提升機(jī)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(tái)PLC控制系統(tǒng)完成提升機(jī)的工藝控制，主控PLC主要實(shí)現(xiàn)提升機(jī)操作運(yùn)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(bào)警等功能；監(jiān)控PLC主要實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)運(yùn)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(jì)數(shù)通道通過(guò)裝在與卷筒相連的軸角編碼器的輸出脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，檢測(cè)提升罐籠的實(shí)際位置，進(jìn)行井筒深度的計(jì)算，然后根據(jù)位置速度圖，產(chǎn)生相應(yīng)的速度基準(zhǔn)值，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。考慮到鋼絲繩伸長(zhǎng)和滑繩對(duì)位置檢測(cè)的影響，為保證位置精度，罐籠在減速點(diǎn)之前設(shè)置一個(gè)井筒開關(guān)對(duì)行程檢測(cè)進(jìn)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(jī)的加、減速段及勻速段的速度，并對(duì)超速故障進(jìn)行處理；減速點(diǎn)、停車點(diǎn)等進(jìn)行定點(diǎn)速度監(jiān)視，并對(duì)過(guò)速故障進(jìn)行處理；在提升過(guò)程中通過(guò)接收軸編碼器的信號(hào)，計(jì)算罐籠所在的位置，并在操作臺(tái)的深度指示器顯示。當(dāng)出現(xiàn)故障停車時(shí)，可記憶住罐籠的位置。監(jiān)控PLC通過(guò)位置計(jì)算和井筒開關(guān)信號(hào)，對(duì)過(guò)卷進(jìn)行雙重監(jiān)視，并進(jìn)行故障處理。

監(jiān)控PLC還用于對(duì)鋼絲繩滑動(dòng)的監(jiān)視，當(dāng)出現(xiàn)軸編碼器之間信號(hào)差異過(guò)大時(shí)，發(fā)出故障信號(hào)并實(shí)行抱閘、對(duì)井筒開關(guān)的監(jiān)視、對(duì)液壓站重故障的監(jiān)視、對(duì)安全回路的監(jiān)視、錯(cuò)向監(jiān)視、打滑監(jiān)視、對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的監(jiān)視。

2 計(jì)算機(jī)操作顯示站

2.1 功能說(shuō)明

本系統(tǒng)采用工業(yè)控制機(jī)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)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(shí)時(shí)采集和記錄數(shù)據(jù)外，還可以根據(jù)需要對(duì)主要數(shù)據(jù)以趨勢(shì)圖進(jìn)行記錄，提供維護(hù)人員分析故障產(chǎn)生的原因。

2.2 顯示畫面

主畫面：設(shè)備概況。

狀態(tài)顯示畫面：當(dāng)前提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)及主要參數(shù)、供電系統(tǒng)工作狀態(tài)。

傳動(dòng)系統(tǒng)畫面：整流裝置工作狀態(tài)。

液壓/潤(rùn)滑畫面：液壓及閘控系統(tǒng)狀態(tài)。

故障報(bào)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(yùn)行參數(shù)趨勢(shì)畫面：速度、電流實(shí)時(shí)曲線與歷史

記錄。

各幅畫面都有快捷鍵對(duì)應(yīng)，操作人員可以方便地進(jìn)行切換。

2.3 顯示站配置

工控機(jī)，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(luò)

本系統(tǒng)主控PLC與傳動(dòng)控制設(shè)備、ET200遠(yuǎn)程I/O之間采用標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議PROFIBUS，實(shí)現(xiàn)相互的信息交換。計(jì)算機(jī)操作顯示站與各PLC之間、通過(guò)MPI網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)

交換。

4 提升機(jī)安全回路

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

監(jiān)控PLC安全回路中的各種保護(hù)與主控系統(tǒng)保護(hù)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(dú)立的安全回路，共同實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)運(yùn)行時(shí)的保護(hù)。

5 液壓閘控系統(tǒng)

由于目前使用的液壓站是1997年訂購(gòu)的產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)十多年的使用，現(xiàn)在漏油現(xiàn)象比較嚴(yán)重，且這次改造，新PLC和舊液壓站的接口非常困難，對(duì)安全穩(wěn)定生產(chǎn)有很嚴(yán)重的隱患，需要更換一臺(tái)液壓站，采用洛陽(yáng)中信重機(jī)自動(dòng)化工程有限公司型號(hào)為：TE151A最大工作油壓：14MPa，油箱容積：700L，電機(jī)功率：4×2kW，外形尺寸：1466×1135×1430mm，用途：?jiǎn)螜C(jī)雙泵單站。

液壓制動(dòng)系統(tǒng)由需方采購(gòu)，自動(dòng)化系統(tǒng)具有與制動(dòng)系統(tǒng)之間信號(hào)接口。實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓閘控系統(tǒng)的自動(dòng)、手動(dòng)方式的控制。自動(dòng)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(dòng)方式由司機(jī)臺(tái)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(hào)均為無(wú)源接點(diǎn)信號(hào)。

6 結(jié)語(yǔ)

雁南煤礦副井提升自動(dòng)化控制及全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)改造后所需的費(fèi)用少、工期短，而新系統(tǒng)投入運(yùn)行后，不但降低了因備件難買及設(shè)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(dāng)前提升機(jī)電控系統(tǒng)提供了一個(gè)非常優(yōu)異的解決

方案。

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

（責(zé)任編輯：蔣建華）