790直流调速器在矿井摩擦式多绳提升机中的教学应用

【摘 要】 基于电流预调功能的ETD系列790直流调速器，出色的调控性能在矿井提升机电力拖动中有着非常成功的应用。该设备在SIEMENS公司S7300系列PLC作为profibus-DP主站，调速器作从站的通信及S7-200智能从站，作为正常状态下的控制模式。并由智能从站与790进行MODBUS通讯，承担控制调速器运行功能的自动控制。

【关键词】 ETD 调速器 矿山提升机 PLC

井下矿山企业，矿井是矿山生产的咽喉要道，它承担着矿石、矿渣、采矿机具材料、人员等升降运输任务。矿井提升机设备是承担运输任务的生产设备。其工作性能的稳定性，安全性、先进性是决定提升机设备工作任务完成的关键。提升机电气调速装置以及控制系统是执行任务的核心部件。它直接影响设备的安全经济高效运行。

1 摩擦式矿井提升机对整流调速装置的要求

多绳摩擦式矿井提升机属于四象限运行调节负载，特别是副井提升机负载具有复杂性、多样性：其一，提升机属大惯性位能负载。大惯性调节，调速特性软，易产生加速过程长；在减速时则会产生停顿倒拉或降速大，调节过程长现象。特性硬，易产生速度不稳定。提升机需严格按照设计速度图曲线运行，因此对调速装置的调速性能具有很高的要求；其二，负载电流变化大。两侧负载从等重（零电流）到最大静张力差，异常时还会产生超载等，电流从0值断续到堵转电流变化范围之广；负载变化远高于电梯以及一般起重机负载。其三，副井多水平提升，需频繁启动加速、匀速、减速制动停车等过程，对调速系统的起动、制动停车平稳性要求非常高。

2 790全数字调速装置在直流拖动提升机的案例情况介绍及其特点

中国五矿集团鲁中矿业有限公司使用的1.85*4多绳摩擦式提升机是应用在混合井上的双层罐笼式提升设备，是整个公司主要的提升平台，目前的提升高度为550米，共计5个水平中段，提升任务量非常大，对提升机电控装置安全运行的可靠性和提升效率要求比其他矿山还要高。

提升机原拖动控制系统是上海电气成套厂80年代初产品，采用模拟调速系统，由于备品备件匮乏，故障率高，调速性能差，运行不稳定，再加上采矿延伸，提升任务增加等原因，原系统已经无法满足生产需要。经设计论证确定通过对拖动电机、减速机、整流装置及控制系统等进行彻底更换，提高速度来提升能力，满足生产要求。将最高速度由6.5米/秒提升到8米/秒。经过对各种因素反复分析，从调速设备的技术性能，产品制造工艺质量，调试参数的方便程度，今后的维修更换，设备具有的性价比等因素考虑，最终确定采用美国ETD（烟台）公司生产的790全数字直流调速装置进行大裕量扩容改造。

（1）提升机工艺设备配置参数为：提升机滚筒直径1.85米，提升机最高速度8m/s，减速箱减速比为7.35。提升机最大工作电流Imax= 1.6Ie提升机主电动机参数为：型号Z450-4A Pe=550KW Ue=660V Ie=889A ne=650rpm Ufe=220V Ife=32.6A η=93.8

（2）根据系统特点，结合用户要求，提升机调速系统的配置情况为：设计选型整流变压器参数为：型号ZS7-800KVA u1=6KV±5% u2=550V连接组别/Y-11全数字调速单元为ETD790专用扩容装置，磁场供电模块集成在ET790装置中。用12只KP-1500 2500V可控硅元件组成三相桥式反并联可逆整流供电回路，装置的电流裕量为4.97倍，电压裕量为3倍，由于790调速装置在满足安全条件下，具有120°的移相范围，系统通过合理选择设备配置，在最高运行速度条件下（8m/s）获得了功率因数为0.83，远高于其它原装进口品牌全数字直流调速装置，与原系统相比，可为企业年节电能达100多万KWh。提升机整流装置系统结构图如图1所示。

在提升机中使用的ETD790调速单元结构控制框图为（如图2）：

（3）相对于其他品牌的全数字直流调速装置，ETD公司生产的790调速器在矿山提升机上使用具有的特点是：1）790全数字直流调速装置具有非常完善的调速功能，特别是在电流预测控制直流模式，预测性电流调节器，对矿井提升机负载的零电流工作状态，具有非常明显的调节效果，对各种电流变化负载以及抗负载扰动的良好调节是其他品牌调速装置难以比拟的。2）内置式大功率磁场调节整流模块可方便的应用于大型直流电动机。3）具有非常方便的免费调试软件，通过软件，方便的对参数进行设定修改，实时监测电机运行状态，方便的查找调整过参数，极大的方便了调试过程，可方便的找出“最佳调节参数”。4）专门用于提升机抱闸控制的功能，使得在保持调速器使能状态下，既能防止堵转电流的发生，又能对抱闸失灵条件下的自由滑行起到制动保护作用。该功能是其他调速器不能具备的功能之一。在其它品牌全数字调速器停车控制时，一般采用关断使能方式，否则，由于提升机瞬时抱闸时，造成速度调节器输出保持，即产生所谓的堵转电流，严重时会造成将直流电机停车位置电刷下的整流子烧毁事故。但关闭使能，整流装置处在失控不能调节状态，一旦发生制动器出现不能抱闸制动时，提升机就会以近似自由落体下坠，造成重大事故。如果保持整流装置处在使能合闸状态，装置就会产生回馈制动电流，阻止自由下滑，防止重大事故发生。5）多种通讯功能和外部端子同时使用，既能方便的满足提升机使用不同品牌PLC控制系统的各种通讯模式，又能在通过端子实现快速控制来克服由于通讯造成的数据延迟问题。利用西门子公司S7300系列PLC作为profibus-dp主站，调速器作为profibus-dp从站，调速柜内安装有S7-200智能从站，作为正常状态下的控制模式。当主站PLC出现故障，系统转为安全运行模式。由智能从站PLC与790进行MODBUS通讯，继续承担控制调速器运行功能。公司在提升机控制系控制柜和产品的图片如图3所示。

3 应用体会

通过安装调试与使用，ETD790全数字调速装置已安全高效平稳的应用于矿山提升设备的教学中，起动、停车的加减速过渡过程平稳、无冲击，在各种负载下调速性能非常稳定，停位控制准确，调试过程简单易掌握，操作方便。也证明了其装置具有优良的调速性能和安全性能，具有最佳的性价比，是矿山提升机的首选调速设备。

参考文献：

[1]张友汉，赵承荻.《电气技师手册》.福建科学技术出版社.

[2]崔坚.《西门子工业网络通讯指南》（上、下册）.机械工业出版社.

[3]姜岐山，刘焕民，边振邦，陈耕夫等.《煤矿电工手册》.煤炭工业出版社.

[4]张运刚，宋小春，郭武强.《从入门到精通—西门子S7-300/400 PLC技术与应用》.人民邮电出版社.

[5]王永华.《现场总线技术及应用教程—从PROFIBUS到AS—i》.机械工业出版社.

[6]龚尚福，朱宇.《微机原理与接口技术》.西安电子科技大学出版社.

[7]黄义源.《机械设备电气与数字控制》.中央广播电视大学出版社.

[8]吉顺平，孙承志，路明.《西门子PLC与工业网络技术》.机械工业出版社.

[9]白玉珉，刘洋.《电气工程安装及调试技术手册》.机械工业出版社.