ACS6000C在礦井提升機(jī)上的應(yīng)用

鄭現(xiàn)全+李亮

摘 要：由于西門子公司的SIMADYN-D傳動(dòng)控制裝置已經(jīng)不再生產(chǎn)，為了提高系統(tǒng)的可靠性、可維護(hù)性，改善其控制性能，采用ABB公司的ACS6000 C全數(shù)字控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)傳動(dòng)控制。ACS6000 C系統(tǒng)是一種可編程和設(shè)計(jì)的全數(shù)字模塊化控制系統(tǒng)，它被廣泛應(yīng)用于傳動(dòng)、供電和自動(dòng)化系統(tǒng)中，能進(jìn)行高速動(dòng)態(tài)信息處理，調(diào)節(jié)和控制專門的控制系統(tǒng)，尤其適用于開環(huán)和閉環(huán)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：ACS6000 C全數(shù)字控制系統(tǒng)；實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)；礦井提升機(jī)；主井電控系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TD63+3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.15.061

1 主井升級(jí)改造的必要性

淮南礦業(yè)集團(tuán)張集礦（北區(qū)）主井提升機(jī)采用的是1臺(tái)4 600 kW的同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)控制系統(tǒng)采用西門子SIMADYN D裝置作為提升機(jī)的交交變頻傳動(dòng)控制單元。西門子公司當(dāng)時(shí)提供的SIMADYN D傳動(dòng)控制裝置已經(jīng)進(jìn)入了淘汰期，備品、備件采購越來越困難。近兩年，傳動(dòng)系統(tǒng)功率單元器件的特性老化、導(dǎo)電粉塵累積等情況越來越多，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生了不利的影響。

近幾年，產(chǎn)量不斷提升，保證系統(tǒng)長期、穩(wěn)定運(yùn)行顯得尤其重要。為了適應(yīng)生產(chǎn)的實(shí)際需求，進(jìn)一步降低設(shè)備故障率，提高設(shè)備的檢修安全性和維護(hù)便利性，有必要對(duì)現(xiàn)在的傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的升級(jí)改造。主要改造內(nèi)容是：由金自天正公司提供一套采用ABB公司ACS6000 C控制裝置的新型交交變頻器，與現(xiàn)有系統(tǒng)互為切換，互為備用方式，以滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。

2 主井電控系統(tǒng)升級(jí)改造

2.1 升級(jí)改造方案

在保留原傳動(dòng)系統(tǒng)的前提下，利用新的ABB ACS6000C傳動(dòng)裝置可以實(shí)現(xiàn)與原西門子SIMADYN-D系統(tǒng)的切換，它們互為備用方式，從而提高系統(tǒng)的可靠性，減小對(duì)生產(chǎn)造成的影響。

由于傳動(dòng)系統(tǒng)改造采用原系統(tǒng)保留、新傳動(dòng)系統(tǒng)和原傳動(dòng)系統(tǒng)互為備用的方案，所以，自動(dòng)化系統(tǒng)也必須進(jìn)行相應(yīng)的改造，以適應(yīng)傳動(dòng)系統(tǒng)改造后互備的控制功能。在此，需要改變通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)控制軟件，并且實(shí)現(xiàn)新、老傳動(dòng)系統(tǒng)的啟停、速度、轉(zhuǎn)矩控制的內(nèi)部切換。

2.1.1 新老電控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置

新老電控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置情況如圖1所示。

新的電控系統(tǒng)與原來的電控系統(tǒng)相比，有以下不同：①增加了1塊P443-5 DP模板，實(shí)現(xiàn)了與裝卸載系統(tǒng)的通訊；②主控PLC通過DP口對(duì)司機(jī)臺(tái)ET200、深度指示儀、風(fēng)機(jī)變頻等從站裝置進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)控制；③新系統(tǒng)監(jiān)控PLC柜采用S7-400PLC，配置高速計(jì)數(shù)器，并增加了CP443-1工業(yè)以太網(wǎng)模塊；④新系統(tǒng)主控PLC、監(jiān)控PLC、WINCC操作站通過工業(yè)以太網(wǎng)通訊，提供工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)1臺(tái)，將其放置在監(jiān)控PLC內(nèi)，以方便礦區(qū)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)；⑤新系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了原系統(tǒng)所有的監(jiān)視、控制功能，2套傳動(dòng)裝置控制權(quán)切換可以通過操作臺(tái)轉(zhuǎn)換開關(guān)、傳動(dòng)切換開關(guān)的狀態(tài)實(shí)現(xiàn)；⑥新提供工控機(jī)1臺(tái)，升級(jí)畫面軟件；⑦操作臺(tái)內(nèi)增加了1個(gè)模擬量輸出模板，以驅(qū)動(dòng)新、舊傳動(dòng)系統(tǒng)的定子、轉(zhuǎn)子電流顯示儀表，而軟件則可以根據(jù)傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)完成切換；⑧原連接于SIMADYN-D傳動(dòng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的電機(jī)溫度檢測ET200站、電機(jī)風(fēng)機(jī)變頻器都移至PLC網(wǎng)絡(luò)中，確保新、老傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)候溫度正常，風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行；⑨從圖1中可以看出，舊系統(tǒng)的SIMADYN-D傳動(dòng)柜與新系統(tǒng)的ABB ACS6000C傳動(dòng)柜都是經(jīng)過151-7接口共同連接在主控系統(tǒng)PLC的FM458DP口上的，而公用的變頻風(fēng)機(jī)柜也是通過DP網(wǎng)連接在主控系統(tǒng)PLC的DP口上的。

2.1.2 新電控系統(tǒng)硬件配置簡介

新主控PLC仍然采用S7-400PLC配置FM458高性能處理器作為行程控制器，其硬件、軟件都采用最新版本。為了實(shí)現(xiàn)與老傳動(dòng)系統(tǒng)的SIMADIN-D、新系統(tǒng)ABB ACS6000C的通訊，避免新、老傳動(dòng)系統(tǒng)中任何一個(gè)作為備用系統(tǒng)退出時(shí)對(duì)主控PLC通訊網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生影響，特增加了2個(gè)通訊網(wǎng)絡(luò)分支，分別實(shí)現(xiàn)了對(duì)SIMADYN-D傳動(dòng)裝置和ABB ACS6000C傳動(dòng)裝置的聯(lián)網(wǎng)控制。在實(shí)際工作中，將2個(gè)ET200S站作為PROFIBUS-DP主站分別與2個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)通訊，同時(shí)，接受主控PLC控制。

2.1.2.1 CPU處理器模板

PLC采用CPU414-2DP處理器模板實(shí)現(xiàn)連鎖邏輯控制，以完成對(duì)監(jiān)控、通訊、位置、速度等的檢測。

2.1.2.2 FM458高效能功能模板

主控PLC配置FM458+EM438模板，實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)行程的控制。

2.1.2.3 高速計(jì)數(shù)器模板

監(jiān)控PLC配置FM450高速計(jì)數(shù)器模板，用于檢測提升機(jī)的實(shí)際位置和速度，從而實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)提升機(jī)行程、速度的監(jiān)視和保護(hù)。

2.1.2.4 以太網(wǎng)通訊模板

2套PLC都配置了CP443以太網(wǎng)通訊模板，用以構(gòu)成以太網(wǎng)通訊網(wǎng)絡(luò)。它可與礦管理局域網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)信息化管理。

2.1.2.5 ET200S站

ET200S站是作為DP網(wǎng)絡(luò)分支設(shè)置的，2臺(tái)ET200S分別與傳動(dòng)裝置通訊。ET200S站配置了IM151-7模塊，模塊具有處理器功能，自帶2個(gè)PROFIBUS-DP接口，既可以用于從站與主控PLC通訊，又可以用于傳動(dòng)裝置主站對(duì)其的控制。

2.2 新老系統(tǒng)切換原理圖

主井提升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)采用一臺(tái)同步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)。交交變頻采用6脈動(dòng)，邏輯無環(huán)流可逆變流器，變頻器由3臺(tái)整流變壓器供電，形成6脈動(dòng)整流。新老傳動(dòng)系統(tǒng)切換原理如圖2所示。

此次改造隨傳動(dòng)系統(tǒng)一起配置了2臺(tái)新PLC柜，以替換原來的PLC柜。PLC柜的硬件、軟件都需重新設(shè)計(jì)、制作，同時(shí)，用新PLC柜替換原PLC柜能夠滿足傳動(dòng)改造的控制新要求，縮短控制程序的調(diào)試周期。原高壓開關(guān)柜、低壓配電柜、閘控系統(tǒng)、裝卸載系統(tǒng)依舊，整流變壓器和電機(jī)依舊，不作變動(dòng)。

為了實(shí)現(xiàn)新老傳動(dòng)系統(tǒng)整流供電電源的倒換，電機(jī)的3臺(tái)定子整流變壓器二次側(cè)分別接入了3臺(tái)三相倒換開關(guān)，勵(lì)磁整流變壓器接入了1臺(tái)三相倒換開關(guān)，勵(lì)磁變頻器輸出側(cè)接入了1臺(tái)兩相倒換開關(guān)，變頻器輸出側(cè)加了1臺(tái)倒換開關(guān)。每臺(tái)倒換開關(guān)都裝有連鎖輔助開關(guān)作為倒換連鎖。

3 結(jié)論

在保留原傳動(dòng)系統(tǒng)的前提下，提供一套新的傳動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)與原系統(tǒng)的切換，讓它們互為備用。這樣做，可以在正常情況下繼續(xù)使用原系統(tǒng)，當(dāng)傳動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，切換到新系統(tǒng)運(yùn)行，從而提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，將對(duì)生產(chǎn)造成的影響減到最小。經(jīng)過實(shí)踐，新設(shè)備投入使用后，故障率比較低，有效保證了生產(chǎn)需求。

參考文獻(xiàn)

[1]穆學(xué)仁.西門子SIMADYN D系統(tǒng)[J].電氣傳動(dòng)，2000（01）.

[2]何克忠.計(jì)算機(jī)控制技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，1981.

[3]薛定宇.反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析[M].北京：清華大學(xué)出版社，2000.

[4]孫堅(jiān)，王君艷.ABB ACS6000傳動(dòng)系統(tǒng)在熱軋線的應(yīng)用[J].電氣自動(dòng)化，2012（03）.

〔編輯：白潔〕