矿井研究机电控系统设计方案

1现场总线网络应用设计

目前国内由于提升机的各组成设备及控制装置大多由不同厂家提供，提升机电控成套厂商生产的提升机电控系统主要实现对提升工艺进行控制和监视保护，而与之相关的定量装载控制(主井配套设备)、井底和井口操车控制(副井配套设备)、提升信号控制、液压制动控制、辅机控制等系统相对独立，只进行简单的闭锁控制和监视。随着PLC在上述各控制系统中的应用，特别是网络通信技术的发展，通过网络通信将上述控制系统连成一体，形成包括所有提升机组成设备控制子系统的提升机电控系统。目前提升机电控系统中广泛使用西门子S7系列PLC，具有Profibus－DP外部现场总线接口，因此选用Profibus－DP网络作为通信方式。Profibus是一种国际化的、开放的、不依赖于设备生产厂商的现场总线标准，适用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制，能够实现现场级到车间级监控的分布式数字控制和现场通信网络。系统采用3层体系结构，最低层为数据采集系统，从现场各类传感器设备中采集数据，执行控制指令;第2层为实时信息处理系统，对现场采集的数据进行分类显示，包括故障记录、实时显示、打印等;第3层将数据及其相关信息写入服务器和数据库服务器中，对数据进行统计、分析等处理，满足信息通过网络与第3层客户端相连的要求，客户计算机可通过浏览器直接使用和监测现场采集的数据。图3基于现场总线的分布式提升机控制系统架构基于Profibus现场总线的分布式提升机电控系统，可解决目前提升机电控系统中存在的分散控制导致集约控制能力差、信息传输受限、信息采集不完全且不能共享、系统可靠性低、维护量大等一系列问题，减少系统设备间大量的I/O和模拟量电气连接，在节约成本的同时降低系统故障率和维护费用，在拓展信息量的同时提高控制的有效性和稳定性。

2变频调速装置选型设计

大型矿井提升机传动调速装置是电控系统的重要组成部分，传动调速装置的性能直接关系到提升电控系统的稳定与可靠。目前矿井提升机传动调速装置主要采用直流调速和交流调速方案，直流可逆调速方案具有调速连续、机械冲击小、低速转矩大等特点，但因直流电动机受结构和制造工艺制约，以及外围设备多、控制复杂、维护量大等缺点，直流调速方案目前在大型矿井提升机领域的推广应用逐渐受到限制。与直流传动系统相比，交流传动具有效率高、过载能力大、结构简单等优点，且可做到大容量和高电压，因此随着变频调速控制技术日益成熟，交流变频调速尤其是同步电动机交－直－交变频调速成为大型矿井提升机传动调速的主流解决方案。笔者所设计的千米深矿井提升电控系统电动机容量大，提升速度高，为满足系统要求，选择了同步电动机交－直－交变频调速方案。由于矿井提升要求调速精度高、动态相应快，能够满足此要求的变频装置多采用二极管嵌位三电平交－直－交变频调速方式，目前能够提供此类变频装置的主要有西门子公司SM150系列产品、ABB公司ACS6000系列产品及中国矿业大学ASCS系列产品等。其中西门子公司的SM150系列及ABB公司的ACS6000系列都是采用IGCT功率器件，并使用水冷技术，而中国矿业大学的产品采用高压IGBT功率器件及风冷散热技术，在控制策略上西门子公司及中国矿业大学采用矢量控制技术，ABB公司采用DTC直接转矩控制技术，各公司产品在技术水平上各有特点。根据使用单位经费预算及现场技术人员对相关产品的熟悉程度，最终选用一套西门子公司的SINAMICSSM150中压电压源型交－直－交变频器来构成同步电动机全数字变频调速控制系统。

3结语

根据笔者所述方案对某矿副井提升机电控系统进行设备选型、图纸设计及软件程序设计。电控系统经现场安装调试，并投入试运行，现场运行结果表明，系统控制功能完善、速度曲线平滑、行程准确、安全可靠性高，同时故障诊断管理系统方便了现场维护，易于操作，完全满足大型现代化矿井安全高效稳定运行的需求。

作者：刘辉 倪文婧 单位：天地科技股份有限公司