軟停車(chē)技術(shù)在麻家梁煤礦ABB特大型立井提升自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：隨著越來(lái)越多的特大型礦井投入開(kāi)采，各種新型的特大型大功率的提升系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。在停車(chē)時(shí)，定子電流給定突然消失，會(huì)產(chǎn)生巨大的震動(dòng)聲，給設(shè)備帶來(lái)很大的損傷，通過(guò)軟停車(chē)自動(dòng)化控制技術(shù)，可以從根本上消除該類(lèi)問(wèn)題。文章對(duì)軟停車(chē)技術(shù)在麻家梁煤礦ABB特大型立井提升自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：軟停車(chē)技術(shù)；立井提升；自動(dòng)化控制系統(tǒng)；電機(jī)；煤礦開(kāi)采 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TD633 文章編號(hào)：1009-2374（2016）01-0156-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.01.078

1 概述

麻家梁礦主井采用兩套ABB公司生產(chǎn)的JKMD-5.7×4落地式多繩摩擦式提升機(jī)，配套ABB芬蘭電機(jī)廠生產(chǎn)的低速直聯(lián)交流同步電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為AMZ2500 QN16PWB，電機(jī)功率7000kW，定子額定電壓3150V，額定電流2×668A（雙繞組），轉(zhuǎn)子額定電壓202VDC，額定電流為639A，額定最大工作頻率6.13Hz，額定轉(zhuǎn)速46r/min，定子重48.7t、轉(zhuǎn)子重39t，最大提升速度13.73m/s。制動(dòng)器為盤(pán)式制動(dòng)器，共14對(duì)閘頭，56塊制動(dòng)器，采用兩臺(tái)恒減速制動(dòng)液壓站，雙獨(dú)立回油系統(tǒng)，礦井設(shè)計(jì)年產(chǎn)1200萬(wàn)t。麻家梁礦主井1#、2#兩部提升機(jī)自安裝調(diào)試以來(lái)，一直存在停車(chē)抱閘時(shí)發(fā)出劇烈震動(dòng)現(xiàn)象，每日平均提煤500余斗，即每日震動(dòng)500余次，每年發(fā)出震動(dòng)18萬(wàn)次，停車(chē)震動(dòng)瞬間可達(dá)120分貝以上，該震動(dòng)給電機(jī)定轉(zhuǎn)子、閘間隙傳感器、液壓管路、車(chē)房土木工程建筑以及自動(dòng)化控制柜接線等機(jī)電設(shè)備造成很大損傷，使其使用壽命大大縮短，設(shè)備維護(hù)成本大大增加，間接影響了全年煤炭生產(chǎn)，同時(shí)設(shè)備停車(chē)震動(dòng)聲響給提升司機(jī)的工作環(huán)境造成了噪音污染，嚴(yán)重?fù)p傷工作人員的身體健康。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員一年多的反復(fù)排查論證，最終確定震動(dòng)來(lái)自電機(jī)，即在停車(chē)抱閘瞬間傳動(dòng)給電機(jī)定轉(zhuǎn)子電流突然消失掉落，從電機(jī)電樞發(fā)出的震動(dòng)聲，而不是由制動(dòng)器抱閘時(shí)與制動(dòng)閘盤(pán)碰撞發(fā)出的聲音。

2 研究?jī)?nèi)容

ABB提升系統(tǒng)主要由AHC主控系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、液壓制動(dòng)系統(tǒng)、操作維護(hù)系統(tǒng)（HMI及操作臺(tái)）、井筒信號(hào)系統(tǒng)組成。

ABB主控系統(tǒng)軟件執(zhí)行提升機(jī)運(yùn)行的邏輯、比較、順序控制、算術(shù)計(jì)算、通訊和監(jiān)測(cè)保護(hù)功能，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，通過(guò)配置相應(yīng)的硬件，還可以執(zhí)行行程控制和通訊功能，主控系統(tǒng)通過(guò)Module bus光纖通信與ACS6000傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行通訊。

ABB ACS6000驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)速度、電流閉環(huán)控制功能及與傳動(dòng)有關(guān)的監(jiān)測(cè)保護(hù)功能。驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)一般包括驅(qū)動(dòng)控制、電流控制和勵(lì)磁控制三部分。驅(qū)動(dòng)控制完成位置控制、速度控制及相關(guān)的監(jiān)測(cè)保護(hù)功能，該部分接收來(lái)自主控系統(tǒng)的控制指令和參數(shù)，其程序通過(guò)位置控制和速度PID調(diào)節(jié)處理，向電流控制和勵(lì)磁控制環(huán)節(jié)發(fā)送電樞電流和勵(lì)磁電流基準(zhǔn)值；電流控制環(huán)節(jié)完成電流的PID調(diào)節(jié)處理，并向變流器輸出觸發(fā)脈沖信號(hào)；勵(lì)磁控制環(huán)節(jié)完成勵(lì)磁電流的PID調(diào)節(jié)處理，并向勵(lì)磁變流器輸出觸發(fā)脈沖信號(hào)。

監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)提升機(jī)系統(tǒng)的重要參數(shù)，如速度、位置等，進(jìn)行計(jì)算和監(jiān)測(cè)，提供保護(hù)功能，起到主控和驅(qū)動(dòng)保護(hù)功能的后背保護(hù)功能。

ABB ACS6000是專(zhuān)用于兆瓦級(jí)應(yīng)用場(chǎng)合的模塊化中壓傳動(dòng)，有著最優(yōu)的性能和無(wú)與倫比的利用率。在麻家梁主提升系統(tǒng)中，采用兩套7MW的有源整流ARU系統(tǒng)和兩套9MW逆變INU系統(tǒng)雙繞組電機(jī)的冗余傳動(dòng)模式，輸出頻率為0～6.13Hz。

ACS600采用模塊化設(shè)計(jì)：有源整流單元（ARU），兩套6-脈波自換流電壓型變流器（有源整流單元，由相模塊、門(mén)集供電單元、鉗位電路、EMC濾波器、接口板、快速短路檢測(cè)、抗飽和設(shè)備、電壓電流檢測(cè)板組成）；逆變單元（INU），6-脈波自換流電壓型逆變器；電容組單元（CBU），直流回路電容；終端單元（TEU），功率電纜的接線終端部分；控制單元（COU），控制系統(tǒng)；水冷單元（WCU），分為內(nèi)外水冷系統(tǒng)，為功率單元降溫；電壓限幅單元（VLU），動(dòng)態(tài)的直流電壓限幅電路；勵(lì)磁單元（EXU），6-脈波晶閘管橋。選擇適當(dāng)?shù)腁RU脈沖模式，變壓器電流將與線電壓有相同的相位，這意味著系統(tǒng)的功率因數(shù)為1。

ACS6000傳動(dòng)控制采用獨(dú)一無(wú)二的DTC直接轉(zhuǎn)矩控制，能實(shí)現(xiàn)精確的轉(zhuǎn)矩和速度控制，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)比傳統(tǒng)的磁通向量控制或脈沖寬度調(diào)制的控制方式快10倍，有著最小的轉(zhuǎn)矩波紋。功率開(kāi)關(guān)元件采用最先進(jìn)的集成門(mén)極換流晶閘管IGCT，輸出交流電至電機(jī)電樞的逆變器的導(dǎo)通與關(guān)斷由電機(jī)的核心變量磁通和轉(zhuǎn)矩直接控制。因此利用主控程序控制，在停車(chē)時(shí)力矩給定做濾波限幅處理，使電機(jī)電樞電流平滑減小為零。

如圖1所示，在P45-ACS6000-3傳動(dòng)停車(chē)控制程序里編寫(xiě)一個(gè)傳動(dòng)力矩控制、速度控制軟停車(chē)程序，利用傳動(dòng)給定電機(jī)力矩百分比絕對(duì)值（正反轉(zhuǎn)時(shí)力矩有正負(fù)，必須加ABS絕對(duì)值塊使該數(shù)據(jù)變成正值），同時(shí)加10%的余量值（考慮在停車(chē)時(shí)力矩電流波動(dòng)），然后將該值擴(kuò)大10倍，最終經(jīng)過(guò)一個(gè)低通濾波器，時(shí)間參數(shù)設(shè)定為0.6s，即在0.6s內(nèi)將該輸入值進(jìn)行限幅處理，使輸入信號(hào)有坡度的平滑降為零，將該限幅輸出信號(hào)傳送到傳動(dòng)力矩控制處理其中，最終使電機(jī)停車(chē)時(shí)的給定電流由原來(lái)的瞬間降為零變?yōu)槠交慕禐榱悖鐖D3所示。

圖1 軟停車(chē)控制程序

圖2 未加軟停車(chē)程序前停車(chē)時(shí)力矩、電流曲線

圖3 添加軟停車(chē)程序后停車(chē)時(shí)的力矩、電流曲線

通過(guò)Drive windows傳動(dòng)控制監(jiān)視軟件，得到未編寫(xiě)軟停車(chē)程序之前的力矩電流曲線如圖2所示，可以看到停車(chē)瞬間的電流曲線特性比較硬，幾乎直接下降至0A。

添加軟停車(chē)程序后停車(chē)時(shí)的力矩、電流曲線如圖3所示，力矩電流在停車(chē)時(shí)平滑下降至0A，曲線特性比較理想，同時(shí)再也沒(méi)有停車(chē)“震動(dòng)”聲音。

3 應(yīng)用情況及經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益

（1）自從編寫(xiě)了軟停車(chē)控制程序后，再也不存在停車(chē)時(shí)的劇烈震動(dòng)聲音，效果十分明顯；（2）從根本上消除了停車(chē)震動(dòng)發(fā)出的聲響對(duì)機(jī)電提升設(shè)備造成的損傷，同時(shí)節(jié)約的維護(hù)費(fèi)用以及對(duì)延長(zhǎng)提升設(shè)備使用壽命和保證正常生產(chǎn)所帶來(lái)的直接及間接經(jīng)濟(jì)效益，約為500萬(wàn)/年；（3）在生產(chǎn)管理上更具科學(xué)性，進(jìn)一步完善了提升設(shè)備運(yùn)行控制的智能化、自動(dòng)化，全面確保公司的安全和高效生產(chǎn)工作順利開(kāi)展。該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用對(duì)今后的同煤集團(tuán)乃至全國(guó)特大型立提升系統(tǒng)電控軟停車(chē)力矩電流控制程序邏輯編寫(xiě)以及設(shè)計(jì)有極大的參考及借鑒價(jià)值。

作者簡(jiǎn)介：吳碩（1988-），同煤浙能麻家梁煤業(yè)有限責(zé)任公司大型設(shè)備一隊(duì)電氣隊(duì)長(zhǎng)，助理工程師，研究方向：自動(dòng)化。

（責(zé)任編輯：蔣建華）