基于6RA80整流装置的12脉动并联整流技术及其应用

　　摘要：文章介绍了采用SIEMENS SINAMICS DCM 6RA80整流装置，成功应用“小控大”12脉动并联整流技术，对雁南煤矿副井提升机实施系统改造，并使用DCC“驱动功能图”把行程控制载入其中，这样减少了硬件配置、提高了运行效率、节约了成本，为今后提升控制系统提供了一种非常适用的解决方案。 

　　关键词：SINAMICS DCM；PLC；DCC；6RA80整流装置；12脉动并联整流技术 

　　大雁矿业集团雁南煤矿副井提升机电控系统于1997年设计，2004年投产。传动系统采用16位处理器的SIMADYN-D系统，自动化系统采用S5系列PLC装置。这在当时是非常先进的控制方式，但是随着使用年限的增加和产品的更新换代，原系统的设备故障率不断加大，备品备件也很难购买到，而且价格十分昂贵，这给正常的生产和维护带来很大的安全隐患和成本负担，因此采用新型且经济的SIEMENS数字产品SINAMICS DCM 6RA80对其进行改造，是一种非常优异的解决方案。 

　　1 直流提升机改造方案 

　　雁南煤矿副井提升机技术数据：提升高度：321m；提升速度：6.28m/s；电机容量：1250kW；电枢电压750V；额定电流1928A；励磁电压110V；励磁电流229A。对原系统的改造方案确定如下： 

　　1.1 供电方案 

　　1.1.1 高压供电系统。高压开关柜利用原设备，开关的合/分操作可以分别在原S5-PLC系统或S7-PLC系统中进行，两套系统不能同时操作。S7-PLC系统采用输出继电器无源接点，作为高压开关的合闸及分闸指令。原高压柜提供给S5-PLC的开关已合信号、故障信号、储能信号也都要引入S7-PLC系统，均为无源接点。如辅助接点不足，采用在高压柜中增加继电器的方式进行 

　　扩展。 

　　1.1.2 整流变压器。原系统具有2台1050kVA 6kV/740V电枢整流变压器，本次改造利用原电枢整流变压器，通过新增配的切换柜将交流电源引入新系统。变压器温度检测接入新自动化系统给出声光报警，并入提升机控制系统的闭锁回路。 

　　1.1.3 晶闸管整流柜。电枢回路采用2台金自天正公司TCP1系列晶闸管变流柜。每台晶闸管变流柜构成晶闸管反并联的三相整流桥，两台晶闸管变流柜经电抗器并联后构成12脉动可逆整流回路。散热方式为自带冷却风机，强迫风冷。 

　　1.1.4 传动回路切换。为实现传动新-老系统切换，在传动装置的交流进线侧和直流输出侧设置电源切换开关。在星组合角组整流变压器二次侧设置2台三极切换开关，在励磁整流变压器二次侧设置1台三相倒换开关，3台交流切换开关安装在进线切换开关柜内。在电枢整流柜和励磁整流柜输出侧设置加3台直流切换开关安装在直流切换开关柜中。切换开关均设置辅助接点，分别引入老系统及新系统中，作为闭锁回路信号。 

　　1.1.5 低压供电系统。原动力变压器及低压配电柜，为副井提升机辅助设备、照明和控制电源供电。电机的冷却风机、机房起重机、机房照明、机房空调等设备的供电由原低压开关柜供电。新系统提供1台低压配电柜，对新增液压制动系统、传动装置、自动化系统提供电源。冷却风机的启动/停止操作由S7-PLC提供继电器干接点进行控制，电动机运行信号由干接点引入S7-PLC中。 

　　1.1.6 UPS电源。新系统设置一台UPS电源，作为传动控制系统电源、PLC系统供电电源、井筒开关电源。为保证提升电控系统失电后，不造成系统数据混乱，设置在线式UPS电源，容量为3kVA。 

　　1.2 全数字控制系统 

　　副井提升机电控系统由原有的“SIMADYND+S5PLC”改造为“6RA80+S7PLC控制+行程控制”。其中传动控制柜2套四象限构成并联驱动的12相主从驱动装置，驱动提升机主电机，由于提升电控系统的特殊性，单独用一台单象限SINAMICS DCM 6RA80提供励磁电流，所有的传动装置都挂在Profibus-DP网上，便于控制和数据 

　　交换。 

　　1.3 PLC控制系统 

　　副井提升机自动控制系统采用西门子S7 314-6CH04-0AB0 CPU，构成安全、可靠的提升机控制和监视系统。S7-300 PLC集成了一部分I/O，还集成有高速计数器接口，这样紧凑型的设计可以节省许多I/O模板和高速计数器模板。 

　　提升机的操作与控制必须具有很高的安全性及可靠性，因此本系统采用两台PLC控制系统完成提升机的工艺控制，主控PLC主要实现提升机操作运行、行程控制闸控系统控制、继电器安全回路控制、液压站控制和重要故障的显示、报警等功能；监控PLC主要实现对提升机运行状态的安全监视、软件安全回路控制，从而构成高可靠性控制系统。 

　　1.3.1 主控PLC。主控PLC用CPU集成的高速计数通道通过装在与卷筒相连的轴角编码器的输出脉冲进行计数，检测提升罐笼的实际位置，进行井筒深度的计算，然后根据位置速度图，产生相应的速度基准值，驱动电机运转。考虑到钢丝绳伸长和滑绳对位置检测的影响，为保证位置精度，罐笼在减速点之前设置一个井筒开关对行程检测进行直流校正。 

　　1.3.2 监控PLC。监控PLC主要用于连续监视提升机的加、减速段及匀速段的速度，并对超速故障进行处理；减速点、停车点等进行定点速度监视，并对过速故障进行处理；在提升过程中通过接收轴编码器的信号，计算罐笼所在的位置，并在操作台的深度指示器显示。当出现故障停车时，可记忆住罐笼的位置。监控PLC通过位置计算和井筒开关信号，对过卷进行双重监视，并进行故障处理。 

　　监控PLC还用于对钢丝绳滑动的监视，当出现轴编码器之间信号差异过大时，发出故障信号并实行抱闸、对井筒开关的监视、对液压站重故障的监视、对安全回路的监视、错向监视、打滑监视、对传动系统的监视。 

　　2 计算机操作显示站 

　　2.1 功能说明 

　　本系统采用工业控制机，通过网络对现场设备进行数据采集，以图形的方式在彩色监视器上显示。除可以实时采集和记录数据外，还可以根据需要对主要数据以趋势图进行记录，提供维护人员分析故障产生的原因。 

　　2.2 显示画面 

　　主画面：设备概况。 

　　状态显示画面：当前提升机运行状态及主要参数、供电系统工作状态。 

　　传动系统画面：整流装置工作状态。 

　　液压/润滑画面：液压及闸控系统状态。 

　　故障报警画面：第一故障及故障显示。 

　　安全回路画面：安全回路工作状态。 

　　运行参数趋势画面：速度、电流实时曲线与历史 

　　记录。 

　　各幅画面都有快捷键对应，操作人员可以方便地进行切换。 

　　2.3 显示站配置 

　　工控机，主流配置。 

　　19寸嵌入式工业显示器 

　　WINCC系统软件，通讯卡。 

　　3 系统通讯网络 

　　本系统主控PLC与传动控制设备、ET200远程I/O之间采用标准通讯协议PROFIBUS，实现相互的信息交换。计算机操作显示站与各PLC之间、通过MPI网络实现数据 

　　交换。 

　　4 提升机安全回路 

　　主控PLC安全回路接入系统故障信号、高压柜故障信号、传动控制系统故障信号、液压站闸控系统故障信号、过卷信号、操作台急停、不允许开车信号、信号系统急停信号等组成。 

　　监控PLC安全回路中的各种保护与主控系统保护作用基本相同，主控安全回路和监控安全回路组成两套相互独立的安全回路，共同实现对提升机运行时的保护。 

　　5 液压闸控系统 

　　由于目前使用的液压站是1997年订购的产品，经过十多年的使用，现在漏油现象比较严重，且这次改造，新PLC和旧液压站的接口非常困难，对安全稳定生产有很严重的隐患，需要更换一台液压站，采用洛阳中信重机自动化工程有限公司型号为：TE151A最大工作油压：14MPa，油箱容积：700L，电机功率：4×2kW，外形尺寸：1466×1135×1430mm，用途：单机双泵单站。 

　　液压制动系统由需方采购，自动化系统具有与制动系统之间信号接口。实现对液压闸控系统的自动、手动方式的控制。自动方式根据开车指令并与速度调节系统的静力矩给定配合，分别给出松闸、贴闸皮和施闸油压。手动方式由司机台上的闸控手把调节油压。电控系统与液压闸控系统接口信号均为无源接点信号。 

　　6 结语 

　　雁南煤矿副井提升自动化控制及全数字直流调速系统改造后所需的费用少、工期短，而新系统投入运行后，不但降低了因备件难买及设备老化等故障而影响生产的情况，而且减少了日常维修量，大大提高了生产效率，为当前提升机电控系统提供了一个非常优异的解决 

　　方案。 

　　参考文献 

　　[1] 孟梅，邢卫宏，贾明慧，任久春，赵晶，殷久昌.五龙煤矿1#提升机数字化改造[J].冶金自动化，2011，（S2）. 

　　[2] 何凤有，谭国俊.矿井直流提升机计算机控制技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，2003. 

　　[3] 邹成学，王家宝，王勇.谢桥副井电控系统数字化改造[J].矿山机械，2003，（7）. 

　　[4] 周佩华，王峰.吕家坨煤矿老主井提升机电控系统的数字化改造[J].工矿自动化，2004，（4）.