峰峰集团科学技术奖申报书主立井绞车电气控制系统技术改造研究与应用 本文关键词：立井，峰峰，绞车，技术改造，控制系统
峰峰集团科学技术奖申报书主立井绞车电气控制系统技术改造研究与应用 本文简介：附件1峰峰集团科学技术奖申报书（2012年）一、项目基本情况奖种科学技术奖登记序号编号项目名称新三矿主立井绞车电气控制系统技术改造研究与应用主要完成人主要完成单位集中能源峰峰集团有限公司新三矿申报单位意见(盖章)同意申报申报奖励等级一级项目可否公布可主题词主井绞车电控变频专业分类机电专业任务来源DA
峰峰集团科学技术奖申报书主立井绞车电气控制系统技术改造研究与应用 本文内容：
附件1
峰峰集团科学技术奖申报书
（2012
年）
一、项目基本情况
奖
种
科学技术奖
登记序号
编号
项目名称
新三矿主立井绞车电气控制系统技术改造研究与应用
主要完成人
主要完成单位
集中能源峰峰集团有限公司新三矿
申报单位意见
(盖
章)
同意申报
申报奖励等级
一级
项
目
可
否
公
布
可
主
题
词
主井
绞车
电控
变频
专业分类
机电专业
任务来源
D
A.国家计划
B.部
、委
C.省、市
D.本公司
E.其它
计划名称和编号
峰峰集团科技项目计划
编号：2012T01
项目起止时间
起始：
2011年
10月
完成：2012
年
3月
申报单位
联系人
姓
名
田涛
电子邮件
邮
编
056200
通信地址
办公电话
7738280
移动电话
二、项目简介
项目所属科学技术领域、主要内容、特点及应用推广情况：
一、技术领域
随着数字技术的发展，PLC系统已被广泛应用。
“交—直—交”变频技术已经非常成熟，变频调速技术具有无级调速，调速精确，节能效果显著等优势，在石油化工、码头、矿山等工矿企业得到了广泛应用。特别是近年来，变频系统在矿井提升机大量应用，使矿井提升机达到了一个新水平。采用变频调速技术，可以很容易的解决调速控制中的问题，而且节约大量电能，在仅增加少量成本的前提下，可以通过节能增效，逐步收回投资。从使用的角度出发，变频调速技术无论从经济角度、还是从技术角度考虑，都是矿井提升机电控系统的最佳选择。
交流变频调速技术应用于提升设备后，与目前使用的传统的绕线异步电动机转子串电阻调速系统相比，可带来显著经济效益和安全可靠性。
二、主要内容
1、将电力拖动部分更换为高压变频器拖动，提升系统的速度调节由原来工频模式，在主电机转子回路串电阻辅以工作闸方式，改为利用改变输入电机电源的频率实现速度调节的方式。
2、保留原系统的高压换向器和加速电阻器，以备在需要时使用。
3、设置了变频器运行和工频运行模式的切换系统，方便两种工作模式在很短时间内进行切换（两种运行方式的切换时间仅需3分钟）。
三、特点及应用推广情况
1、采用变频器改变频率来调整提升机的运行速度，不但可实现速度的连续、稳定变化，而且拖动力矩随需求自动适应。在主立井提升系统中，在正常的负载范围内，不论负载如何变化，均可根据设定的提升速度要求，实现预先设定的速度控制。特别是在现提升过程的起始段的速度控制，更可显示出变频调速优于电阻调速的特性。在进入减速区至爬行区，虽然现在采用了低频电源控制减速和爬行拖动的工作，但由于受低频电源制动力矩调节范围的限制，使得在提升负载较轻时，制动力矩不足，工作闸需参与的现象，导致控制特性变差。采用变频拖动方式，只需设定好减速工作时间，变频器即可按减速时间并根据负载大小和提升力矩方向，自动完成减速和爬行拖动控制，较现在控制模式更为优越，运行的安全性会进一步得到提高。
因变频器的输出能量大小是根据设定速度和提升负载力矩自动调节其输出电压的，且变频器输出的功率因数接近于1，不但提高了电源能量的利用率，而且可使电机不论是启动还是运行均工作在设定的额定状态。
2、在变频器运行状态下，其输出的相序可根据提升指令方向的要求，自动在其内部实现改变，无需外部设定高压换向器来完成提升运行方向的转换。
目前，绞车电控智能化改造技术较为普遍，它的应用极大的提高了绞车控制系统的控制精度、因地制宜的灵活性、控制功能的可靠性及完善可靠的种种保护功能。并且与外部硬件相结合，可使得系统的控制达到最佳状态，电气控制系统的安全性能得到了很大提高。但国产高压变频四象限运行技术应用于煤矿提升机的技术改造还不多见，是一个技术含量高，对于目前凡采用工频运行电阻有级调速控制模式的煤矿乃至其它行业提升机拖动系统采用变频改造，不但从控制的性能上是普通电阻调速方式无法比拟的，在能源利用方面也可显示出非常大的优势，因此，此技术具有在全国推广应用之前景。
(要求1500个汉字)
三、项目详细内容
1、
立项背景
目前主立井绞车所采用的电控系统还存在如下三个问题，直接影响了系统的安全和运行稳定。
1：由于现提升系统启动段不能利用低频启动的功能，现系统的启动段仍然采用传统串电阻、靠工作闸调节力矩工作方法完成出装（卸）载区的爬行和加速工作，此段时间约需22.51秒，耗用电能约1.787KWh，约占现运行模式全程电耗的二分之一。
2：启动和爬行：
由于串电阻高压直接启动模式力矩调节过程中，许多能量消耗在工作闸板和加速电阻上，不但造成此工作区段能源浪费较大，而且此区段运行速度的控制是靠调节串入主电机转子回路的电阻大小和调节工作闸的闸紧力实现的，速度控制特性较差，启动段很难达到设计的速度控制要求，不利于提升设施的安全运行。
3：由于主立井提升行程近为175米，在提升运行过程中，每65秒提升系统就要启动一次，由于现提升系统起动是转子串电阻高压起动控制模式，起动阶段电机的工作电流是正常运行时工作电流的1.5倍，使得电机的发热现象较为严重。进入夏季必须辅以冷却风扇进行强制风冷，以改善电机的工作环境。
而采用高压变频的控制系统后，以上问题将能得到有效的解决，提高主提升系统运行的安全性和经济性。因此，完全有必要对该系统进行改造。
(不超过800个汉字)
2、详细科学技术内容（评审的主要依据，应将鉴定研究报告浓缩提炼后的所有技术内容编入）
1、控制功能和保护。新控制系统采用了计算机技术，使其控制功能和精度、控制灵活性、保护的种类、可靠性及保护的精度比老电控系统大为提高。不但达到了“煤矿安全规程”对固定绞车安全保护的规定，部分保护（如过卷；减速区、等速区过速；接近井口2m/s限速等）还实现了双重和三重保护。另外，新系统还增加了等速区运行负荷异常、防逆转、错向等保护，使系统的控制和保护实现了智能化。
2、采用变频器改变频率来调整提升机的运行速度，不但可实现速度的连续、稳定变化，而且拖动力矩随需求自动适应。在主立井提升系统中，在正常的负载范围内，不论负载如何变化，均可根据设定的提升速度要求，实现预先设定的速度控制。特别是在现提升过程的起始段的速度控制，更可显示出变频调速优于电阻调速的特性。在进入减速区至爬行区，虽然现在采用了低频电源控制减速和爬行拖动的工作，但由于受低频电源制动力矩调节范围的限制，使得在提升负载较轻时，制动力矩不足，工作闸需参与的现象，导致控制特性变差。采用变频拖动方式，只需设定好减速工作时间，变频器即可按减速时间并根据负载大小和提升力矩方向，自动完成减速和爬行拖动控制，较现控制模式更为优越，运行的安全性会进一步得到提高。
3、变频器的保护。主立井提升系统由于是担负着-3.5至地面提升原煤的任务，也是-3.5至地面提升原煤唯一通道，如何能在变频系统运行中，遇有故障时能在较短时间恢复系统工频模式运行，也是此次技改中所必须考虑的主要问题。为此，在系统构成中，我们保留原工频拖动系统的高压换向和电阻加速部分，增设了变频和工频运行两种方式的切换系统，可使得两种运行工作方式的切换，较好的解决了变频系统异常时恢复拖动系统转工频运行的问题。
4、控制系统智能化。智能控制系统以两台PLC可编程控制器为核心的并行工作方式，互为后备，安全冗余。采用模/数转换方式，解决了被控设备模拟监测、控制的问题，实现了智能系统与外部的信息交换和控制。采用计算机通讯技术解决了主控系统与较远距离被控设备的控制和信息回馈，按常规控制模式需采用许多连线的问题，外部数据和状态的监测和采集绝大多数实现了数字化，系统控制的逻辑关系由PLC可编程控制器内部程序完成。采用触摸屏显示技术，将新系统各外部设备的工作状态以开关量显示在操作者面前，提升系统的工况（速度、负载力矩等）以实时曲线显示出来，设置了故障记忆和语言报出功能，对控制系统运行中跳安全回路的状态进行了记录，对操作或重要故障以语言形式报出，方便了故障的查找。
5、新控制系统具备了自动化开车的条件。在变频运行状态系统设置了三种工作模式：自动、手动、低速。在自动和手动工作模式下，控制系统内已按各运行区段设定好了运行程序，收到运行指令，司机只需将工作闸和主令推至运行位置，提升系统就会按设定好的程序自动完成全行程运行，至停车位置自动停车。运行过程中不论提升力矩方向，司机均不需干预运行只是负责监护，即减轻了司机的劳动强度，也弥补了司机操作不当带来的问题。绞车的运行完全靠主控系统中计算机程序控制。提升机的各个区段的运行合理性得到了充分的优化，使得系统的运行工况达到了理想状态。
(纸面不够，可另增页)
3、发明点或创新点（各条要相互独立，文字简练）
1、采用变频拖动方式，只需设定好减速工作时间，变频器即可按减速时间并根据负载大小和提升力矩方向，自动完成减速和爬行拖动控制，较现控制模式更为优越，运行的安全性会进一步得到提高
2、采用变频拖动方式，提高了提升电能的利用率
3、采用变频拖动方式，节约了单勾提升的时间。
(不超过600个汉字)
4、与当前国内外同类研究、同类技术的综合比较（要求列表、图对比）
目前国内的煤矿提升机调速系统主要有直流调速系统和交流调速系统，这里对直流调速系统不详细分析，主要阐述交流调速系统。交流调速系统分为同步机调速系统和异步机调速系统，同步机主要用交交变频器调速，异步电机主要用转子串电阻调速。交直交高压变频器进入提升系统领域后，同步机和异步机的调速发展趋势是会统一到交直交高压变频调速。
在高压变频器领域，中国的民族企业已经走在世界的前列，国产高压四象限变频器的性能，已经能够和国际一些大品牌传动厂商的产品性能相媲美了。在比国外产品具有更高的性价比的前提下，产品逐步得到用户的认可，在国内市场的占有率迅速提高。
不超过800个汉字
5、应用情况（除文字外，还应列表说明）
（1）、针对主立井交流提升机控制系统的功能要求，选择技术先进、价格合理、技术改造有保障的产品。
（2）、现场进行设备的安装、布线、调整、调试工作，整个安装布线和调试工作是在不停产并且不影响生产的前提下进行的。安装工作分为两步：
第一步，安装以可编程控制器为核心的智能控制系统。第二步，安装变频器，调试变频器单元，投入现场进行调试。在调试过程中，⒈先针对主立井提升原煤的情况，进行了空载荷试验，并对试验中出现的问题进行了改进；⒉根据主立井提升系统设计提升能力，对变频器进行了重载常规速度提升和下放试验；⒊通过运行试验，对出现的技术问题进行了技术改进，完成了投运新系统的工作。
（3）、为把智能控制系统与变频器有机的联系在一起，形成一个完整的提升控制和拖动系统，对可编程控制器的程序结合提升现场的特点和安全控制需要，进行了设计和优化，以适应现场的控制需求。
（4）、交付使用，进行工业运行试验。
(不超过800个汉字)
6、经济效益
51.8
单位：万元(人民币)
项目总投资额
290万元
回收期(年)
1.5
栏目
年份
新增利润
新增税收
创收外汇
(美元)
节支总额
2012
节约电能24.5875万KWh
24.6万元
2012
节约人员投入，维护材料
10.5万元
2012
节约钢丝绳
3.5万元
累
计
各栏目的计算依据：
1、经计算变频拖动运行较现拖动模式每勾可节电1.405KWh，节电效果显著。按矿井现计划产量70万吨、年生产日355天、箕斗每勾提升量4吨计算，每年预计可节电24.5875万KWh，可节约资金24.6万元
2、其它节约费用：采用智能控制变频系统，可改变设备运转条件，减少人员投入，节约维护配件费用，预计节约10.5万元
3、采用变频调速，可实现绞车加、减速无级变化，完全克服传统八级加速力矩变化对绳的冲击，预计每年可节约两条钢丝绳，折合资金约3.5万元
7、社会效益：
交流提升机是国内外矿山必不可少的重要提升设备，这类设备担负着矿井工作人员、物料、煤炭、矸石等的提升工作，是矿山的主要固定设备，其工作的可靠性非常重要。为进一步提高此类设备控制功能和工作安全性，随着我国现代科学技术在煤矿的应用，此类设备的电气控制系统在逐步更新为以工业控制计算机为核心的控制系统，以克服传统继电气控制系统存在着的各种缺陷。同时，采用以可编程控制器为核心组成的智能控制系统和以高压变频拖动为动力的拖动系统，完成对传统交流提升机控制和拖动系统的技术改造，使交流提升机的速度控制特性实现了无级调节，能源得到了充分利用，不但在工作可靠性、控制的精度、安全保护和运行合理性上均实现了优化，而且为交流提升机实现自动控制奠定了基础。
四、申请、获得专利情况表
国
别
申
请
号
专
利
号
项
目
名
称
13
五、主要完成人情况
序号
姓
名
性别
出生年月
工作单位
现从事专业
职称、职务
对成果创造性贡献
六、附
件
目
录
1、计划任务书
2、科学技术成果鉴定证书
3、鉴定材料
4、应用证明
5、其它证明