ABB DCS600直流传动装置在提升机上的应用

1 存在问题
　　主井提升机采用2 250 kW直流电机传动，整流变压器采用Y／△X方式给调速装置供电，二次电压相位相差30°，2套4象限可逆直流调速装置并联运行构成l2脉波直流调速系统。直流调速装置使用ABB公司PAD800系列直流调速装置，该调速装置存在故障率高、稳定性差、调速精度不高、系统扰动大、系统超调量大等问题。而且PAD800直流传动装置是ABB公司多年以前的淘汰产品，备件无法购买，一旦调速装置的主板或者软件单元等部件损坏，将面临矿井停产等后果。
2 改造方案
2．1 系统构成
　　调速装置使用2套DCS600 150A小容量直流调速装置，对其动力单元进行扩容至3355 A。使用ABB公司APC控制器与DCS600直流调速装置通讯、APC再与提升系统主控制器MA STER PIECE200／1可编程序控制器通讯方式，构成FieldBus现场总线通讯网络。该调速装置具有电流和速度自适应控制、速度、电流PID闭环控制、加减速动态补偿控制、FIELDBUS通讯功能。具备短路、过载、过电压、失磁、缺相、过速、测速反馈丢失、触发脉冲丢失、堵转保护、风机保护、快熔保护、压敏电阻保护、防串扰保护、阻容吸收保护、电流断续点过大保护等。
2．2 系统的控制方式
　　直流调速系统采用满磁场最大力矩电枢换相控制方式。最大力矩控制方式控制张力精度高、能很好的发挥电机的能力，这种控制方式比恒功率比例控制方式有很多优点，也是现代提升机直流传动控制普遍采用的控制方式。直流调速装置可6脉动运行、12脉动运行。单柜6脉波运行时，直流调速装置使用速度控制系统。当直流调速系统并联12脉波运行时，调速装置分主调速装置和从调速装置。主调速装置工作于速度调节系统方式，即使用速度闭环、力矩闭环、电枢电流闭环方式。从调速装置使用力矩调节系统，即力矩闭环、电枢电流闭环。主调速装置速度环的输出作为从调速装置力矩环的输入信号。也可以使主调速装置工作在速度调节系统，从调速装置工作在电流调节系统，即主调速装置力矩环的输出作为从调速装置电流环的输入。根据提升机电机的参数：Pe=2250kW，Ne=50.13，滚筒直径D=4 m，传动比,I=1，传动效率为1，可计算出主要的传动参数：
提升机的速度为
提升机的张力为

2．3 速度给定方式
　　速度给定方式有两种，一种方式是通过现场总线通讯接口FieldBus Adapter接收MA STER PIECE200／1控制器的通讯控制字作为速度环的速度给定。另一种方式是+／一10 V的电压信号通过模拟输入接口传输到速度环作为速度给定。
2．4 速度反馈方式
　　速度反馈使用2048L／r AB相脉冲编码器。速度反馈精度较高。也可以使用模拟测速发电机，但反馈准确度不高，容易使系统运行不稳定，造成系统振荡。速度环的反馈方式除可以选择脉冲编码器反馈、模拟测速机反馈，还可以使用直流端电压反馈折算成速度反馈，但电压反馈相对速度调节系统来说，是开环的速度环，因为电枢电压只能反映出直流端电压，而不能反映真正的速度。
2．5 速度环
　　具有RAMP斜坡功能，可以设定斜坡加速时间、斜坡减速时间（现加减速时间设定为16s）、紧停斜坡减速时间、软化电机特性的斜坡可变的斜率等等。斜坡功能的使用使调速系统加减速更加平滑。从斜坡发生器的输出与速度反馈相减，差值作为速度环内PID控制器的输入信号，由PID根据设定的比例常数P、积分时间常数I、积分增益IGAIN等参数自动消除差值，满足速度给定的要求。
2．6 电流环
　　电流环具有PID闭环调整功能，PID控制器可以根据实际应用场合使用IP或者PI功能，即可以使用先比例后积分和先积分后比例的功能，这是一般的调速装置所不具备的功能，很多直流调速装置都使用先比例后积分的方式。电流环具备自适应功能，根据不同的传动系统，调速系统可以自动对其电流环的参数进行自整定。
2．7 传动装置的输入输出逻辑
　　传动装置的I／O逻辑包括传动合闸、启动、停止、紧停、风机确认、快熔正常、看门狗通讯保护、散热器保护、传动正常、处于零速等等逻辑控制。可以通过两种方式来控制，一种是可以通过FIELDBUS通讯方式，由MA STER PIECE200／1控制器给调速装置发通讯控制字，主控制器接收调速装置的状态字，实现主控制系统对调速装置的控制和监视。另一种方式是采用模拟量信号和直接的继电器开关量逻辑电信号，通过硬接线接人调速装置的开关量I／O板和模拟量I／O板，完成控制和监视功能。
2．8 人机接口
　　使用DCS600专用的人机面板CDP312和DRIVEWindows都可以对调速装置的参数进行设置和故障诊断。
2．9 动力单元
　　原先的可控硅、散热器动力单元继续使用，换相保护和交流侧阻容吸收、电流互感器等部件继续使用。
3 使用效果
　　采用ABB公司先进的直流传动控制系统改造现有设备，在资金投入较少的情况下，实现对旧设备的更新升级。从而达到提升机安全、高效的运行。改造后直流调速系统满足提升系统设计要求。改造至今，运行一切正常。从提升机运行的速度图和力矩图上可以明显看出提升机调速系统运行稳定，系统超调量很小。由于系统的结构简化使维护人员容易掌握，系统运行可靠、故障率低所带来的安全效果和经济效益明显。