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全数字控制技术在矿山大型电力拖动系统中的应用研究TheStudyandApplicationofFullDigitalControlTechnologyinMiningHugePowerDraggingSystem推荐单位：中国矿业大学项目简介•本项目针对大型电力拖动系统（1000KW），自主研发出适应可控硅供电的直流电动机及交交变频供电的交流电机全数字驱动控制系统，并在三十多套矿山大型电力拖动系统中（提升机、钢缆皮带等）得到成功应用，在应用中同时采用上位机监控技术和多PLC网络控制技术，取得了非常可观的经济、社会效益。上位机监控系统全数字调节系统主回路功率单元多PLC冗余控制系统现场信号检测系统施闸系统供电系统安全直动系统交、直流提升主电机M滚筒系统结构总线CPU模块(1)CPU模块(n)脉冲触发模块(1)脉冲触发模块(n)开关量输入输出模块模拟量输入输出模块多路隔离电源模块通讯模块1、在调节系统中，采用了全局总线架构的设计思想，各种模块统一连接在系统总线上，统一编址。2、数据交换通过各自模块的数据交换单元（双口RAM）进行交换，可靠且高效。3、在每一个模块中，根据实际的需要可方便地扩展为多个同功能单元并行处理的工作方式，从而大幅度提高系统的功能。例如，对于6脉动的三相全桥整流来说，需要1块脉冲触发单元（提供正反组触发），而在需要12脉动整流的应用场合，只需简单的再扩展一块脉冲触发单元即可。调节系统简介MCUDSPFPGA主控模块简介1、主控CPU模块选用Motorola公司的MPC55532位高性能微处理器，主要进行相关智能控制算法。2、脉冲触发单元控制模块选用TI公司的TMS320LF2407ADSP处理器，并结合ALTREA公司的FLEX10K系列FPGA，应用全数字锁相环、压频变换及数字滤波器等技术保证触发过程的顺利实施。3、主控CPU和脉冲触发控制CPU通过16位总线进行信息交换，同时均提供CAN和Profibus工业总线接口。自适应控制故障诊断参数辨识模糊控制VxWorks矢量变换磁链观测实时控制和相关算法简介1、微处理器及DSP选用VxWorks实时多任务操作系统，采用基于优先级的任务调度方式。2、为了解决实际现场中存在的大量非线性耦合环节，自主开发了相关的参数辨识、模糊控制、自适应控制等方案。3、自主开发板极故障诊断方案，使系统运行更加合理、可靠。现场信号双PLC行程控制PLC操作及保护控制调节系统转速给定及液压系统控制多PLC冗余控制系统简介1、控制部分采用二台PLC，其中1#PLC与安装在提升机上的轴编码器配合，完成提升行程和提升速度的控制功能；2#PLC则对1#PLC的运行状态进行监视，防止因1#PLC故障引起提升运行的其他故障，此外，2#PLC还完成各项后备监视保护功能。2、2台PLC对轴编码器产生的脉冲进行记数，并进行脉冲量化处理，间接检测计算出提升容器的行程S和速度Vf，然后依据提升行程和相关参数,利用函数v=f(s)实时计算出具有S形曲线的速度给定值Vg，输出到全数字调节系统中，并根据计算出的S、Vf和Vg对提升机进行监视保护。行程PLC单元操作保护PLC单元主控CPU模块脉冲触发模块其他附属信号单元远程监控单元远程监控单元Internet网络上位机监控单元实时监控网络简介1、基于windows操作系统，利用VB语言，自行开发了提升机监控软件，一方面能使计算机在屏幕上实时动态反映提升机系统的所有运行参数和运行状态，另一方面能使计算机自动判断出故障类型。2、各模块通过CAN或Profibus工业总线将信息实时传送给上位机，同时上位机也可参与一定程度的控制。3、自主开发基于Internet的实时网络发布系统，便于决策和管理。综合比较709060100100100100100401009010010040100市场占有率技术含量制造工艺性价比综合性能中矿传动德国西门子瑞典ABB综合比较说明由于全数字控制在可靠性、稳定性、控制功能、适应能力等方面具有模拟控制系统无法比拟的优点，因此国外发达国家在各工业领域大力发展全数字控制技术。就矿井提升机拖动控制而言，德国西门子公司和瑞典ABB公司的全数字控制系统代表了世界领先水平。我国近年来引进的提升机中，98%是西门子和ABB的产品。1、市场占有率：由于早期国内并无自主开发的专业产品，因此国内大部分市场由西门子和ABB占领。近年来随着中矿传动的发展，国内自主开发的产品在传动行业中占有了重要的地位。到目前为止，我们研制的全数字控制系统已经在全国7个省市12个矿业集团公司得到应用，有30多套设备投入使用，取得了非常好的社会经济效益。2、技术含量：（1）在控制模式上，三家所有控制环节均为全数字控制；（2）在直流拖动控制方面，三家都是技术成熟；（3）在交流拖动控制上，西门子和ABB均是技术成熟，我们自行开发的目前还处于实验室运行阶段，不久将与现场联系应用；3、制造工艺：我们和西门子及ABB有一定的差距4、性价比：西门子和ABB都是性能好、价格昂贵，我们自行开发的系统不但性能好，而且价格更能被用户接受。5、综合性能：由于我们在技术创新，性价比及服务创新等方面具有相当的优势，因此，综合性能为三家均等。应用情况应用情况说明我们自行研制开发的矿井提升机全数字控制系统于1998年2月成功地在平顶山煤业集团八矿主井提升机使用，1999年12月通过了原煤炭工业部组织的专家会议鉴定，受到用户的普遍欢迎。1、平顶山八矿主井提升机原控制系统是八十年代初，从德国AEG公司引进的，经过近二十年的运行，遇到的最大问题就是备件的供应受国外牵制，备件费用一涨再涨，到1997年一套控制系统备件高达100万美元，最后选择了我们开发的全数字控制系统对原AEG系统进行了改造，总投资约140万元人民币，改造后不仅为国家节约了外汇,而且也促进了八矿的科技进步。2、开滦范各庄矿新主井、老主井和新副井三台提升机原拖动系统均采用发电机-电动机组，运行效率低，能耗大，采用我们开发的全数字系统对原系统改造后，年均节约电费约400万元，同时还提高了产，年均提高产量达到100万吨。3、永城城郊矿副井和枣庄高庄矿电控系统以及汶南和华丰矿钢缆皮带电控系统采用公开招标，竞标单位有西门子、ABB、中国洛阳矿山机器厂和我们中国矿大，最后我们开发的全数字系统以良好的性能价格比一举中标。4、永城陈四楼矿和车集矿副井、枣庄付村矿副井、淄搏许厂矿副井、鹤岗峻德矿老主、副井原电控系统均采用国产模拟控制，每逢气候变化，提升机运行就不稳定，每周都要调试一次控制参数，严重时每天都得调试，用我们开发的全数字系统对原模拟系统改造后，一年四季提升机运行都非常稳定。5、鹤岗峻德矿新主、副井两台提升机原电控系统均采用国产模拟控制，因设备闲置多年，待到使用时，虽经多次调试，仍无法运行，用我们开发的全数字系统对原模拟系统改造后，调试仅用了一周时间，主、副井提升机就投入正常运行。其他应用不一一列举除矿井提升机外，我们同时也开发了用于钢缆皮带控制的直流双机拖动控制系统，其结构与提升机控制系统基本类似，只是双机拖动又分为均转速和均转矩控制。到目前为止，我们研制的全数字控制系统已经在全国7个省市12个矿业集团公司得到应用，有30多套设备投入使用，取得了非常好的社会经济效益。随着我国国民经济的飞速发展，煤炭、冶金、化工等行业新建矿井逐年增加，对提升机将有相当的需求量；另一方面，我国六十年代及七十年代初投入使用的提升机大部分已超过服役年限，需要更新改造。因此，全数字控制的矿井提升机具有非常广阔的推广应用前景。经济效益02000400060008000100001200014000160001800020000200120022003新增利润新增税收节支总额单位：万元经济效益计算说明1、根据28份用户应用证明汇总统计本表，2001年以前的项目，所列数据为2001年--2003年3年的数据，2002年以后的项目所列数据为2002年--2004年上半年的数据（2004年上半年数据并入2003年统计）。2、新增利润+新增税收=新增利税，其中新增利润按60%计算，新增税收按40%计算。3、节支总额=应用证明中年增收节支总额-新增利税。4、回收期（年）=投资总额/（（新增利润总额+节支总额）/3）。5、近三年累计增收利税5.1亿元，节支1.7亿元，增收节支总额为6.8亿元。主要完成人谭国俊中国矿业大学何凤有中国矿业大学夏士雄中国矿业大学何晓群中国矿业大学陶建平中国矿业大学胡泳军中国矿业大学李浩中国矿业大学周佩华中国矿业大学马正兰中国矿业大学王磊中国矿业大学韩耀飞中国矿业大学