西门子模块6ES355-1VH10-0AE0

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 摘要就HIVERT高压变频器在新疆焦煤集团斜井皮带运输机上的应用、现场环境、工况以及变频器工作原理、经济效益等方面作了详细阐述。

    关键字高压变频器；煤矿；皮带运输机；节能；软启动；效益

    1 概述

    随着国内外现代变频调速技术的不断成熟和提高，变频器由于调速范围宽、精度高，调速平滑、稳定可靠、电机调速特性硬，节能效果显著等特点，逐渐取代传统的直流调速及液力耦合、液阻和电磁等调速设备，广泛应用于冶金、石油、化工、水泥、矿山等领域。

    2 工作环境和工况

    新疆焦煤集团矿区地处山区，矿区海拔高度2000~2200m，夏季较高温度41℃，冬季较低温度-30℃。矿区有三个年产120万t的井口。新疆焦煤集团气煤斜井采用斜井皮带运输机由井下向地面运煤，日产煤约3500t，皮带长650m，皮带倾斜角19°~24°，皮带拖动电机功率400kW，由6kV双电源供电，额定电流38.49A。这些工况要求电机起动控制设备在高海拔地区能稳定可靠运行，同时要有较强的过载能力，能适应较大范围的电压波动。

    皮带电机原设计为直接起动，后来考虑电机直接起动对电网和传动机械设备冲击大，且运行时始终处于全速运行状态，不利于节能降耗。经过对国内外各种高压变频器慎重调研、比较，最后以招标方式选择了性价比、产品质量务等方面占优势的北京合康亿盛科技有限公司的HIVERT高压变频器作为皮带运输机的控制设备。

    3 使用情况

    考虑到海拔较高，夏季温度高等因素，变频器选型时留有余量。新疆焦煤集团选用合康公司变频器HIVERT-Y06/061的额定电压为6kV，额定电流为61A，用来控制400kW皮带电机。变频器配有自动旁路柜，以便出现故障时自动旁路到电网工频运行，保证生产连续不间断，旁路运行后可方便地切断变频器输入、输出侧隔离开关和真空断路器，使变频器脱离高压电源，可方便地进行维修。变频器于2006年4月调试完毕投入使用至今，没有发生故障停机，运行状态良好。

    变频器散热风机散热情况良好。但由于现场煤灰粉尘较多，需要定期散热装置上的粉尘，现正在着手解决减少环境粉尘的措施。由于变频器采用多重化脉宽调制技术，串联叠波输出，所以输出波形不失真，接近**的正弦波波形，无谐波污染，不须加滤波装置。满足了电力部门对电网谐波含量的控制要求，对周边电气设备及附近的皮带机综合保护装置没有干扰。减少了电机噪音和发热，不会引起电机转矩脉动，对电机没有特殊要求。运行功率因数可达0.95以上，效率达96%以上。

    HIVERT高压变频器强大的控制功能、简便直观的操作方式、运行稳定可靠的特点以及在新疆焦煤集团气煤井的成功应用，受到新疆焦煤集团的青睐。

    2006年7月2130矿井扩建时，焦煤集团又选用了一套HIVERT-Y06/077（800kV·A）高压变频器用于2130矿井皮带机的控制。气煤井计划扩大产量，拟计划增大皮带运输能力，把原有皮带机改为双机驱动，于2007年9月气煤井再次增加了一套HIVERT-Y06/061变频器

    在2008年8月8日晚上演的北京会开幕式中，艾默生网络能源公司的大型UPS设备就为“”的场地大屏幕投影系统、金卤灯安全照明系统、点火控制系统和音响控制系统等关键系统提供了不间断的电源支持，“点亮”了这场震撼全世界的精彩演出。

    人们的记忆或许还停留在2008年8月8日晚，当时*29届运动会开幕式在国家体育馆隆重举行。整个开幕式追赶了传统的表演形式，通过*特的“声色光影“效果，给观众带来了巨大的情感冲击和视听享受。这个成功的开幕式不仅赢得了全世界的关注和**，而且也为即将拉开的赛事谱写了一首盛大恢弘的序曲。

    在开幕式上，当巨大的画卷慢慢展开，5000年的华夏文明在上面缓缓淌过；当2008张儿童的笑脸怦然绽放，向人们传达“同一个世界、同一个梦想“的伟大主题；当刘欢和布莱曼用优美的旋律演绎带来的和平与友谊，当李宁用飞天点燃了聚积**的梦想与……人们或许没有想到过，有一个特别的角色一直在默默地坚守在幕后，为“”的大屏幕投影系统、金卤灯安全照明系统、点火控制系统和音响控制系统等关键系统提供不间断电源支持，而这个默默无闻的角色，就是艾默生网络能源公司的全系列UPS设备和UPS解决方案。

    作为“”较重要的网络能源设备供应商之一，艾默生网络能源公司先后为“”提供了一系列不同功率段的UPS设备，包括Hipulse系列、ParadigmNXa系列、iTrust系列的UPS。这些设备，被广泛应用于场馆内各种重要的用电设施，为在“”举行的开幕式、闭幕式及相关重要比赛项目承担动力**的重要任务。

    在开幕式精彩绝伦的文艺表演中，有两个道具是我们必须要提及的，那就是场地中间的神奇画卷和场馆上方环场一周的大屏幕。正是通过这两个道具，我们才能够从流淌的岩画、陶瓷、青铜器中再次缅怀五千年源远流长的文化，才可以看得见来自世界各地的一张张纯真美丽的孩子的笑脸。事实上，这是两台现代化的投影系统的杰作，而这两台投影系统所采用的配电系统，就是艾默生网络能源公司生产的Hipulse系列大功率UPS。

    除此之外，“”的金卤灯安全照明系统，以及机房总控室的计算机系统，同样采用了艾默生网络能源高性能、高可靠的Hipulse系列的UPS设备和ATS一体化方案。据相关人员介绍，“”照明所使用的是金属卤安全灯，这种设备对配电系统要求较高，否则将可能造成系统宕机。而一旦系统宕机后再接通电源，则至少需要10分钟~15分钟的时间才能够正常启动。目前，艾默生网络能源的UPS产品是国内能够满足这种负载特性的产品，因此当初在进行项目建设时，“”项目的建设方对多个品牌的UPS进行了严格的测试，较终选择艾默生网络能源。

    事实上，艾默生网络能源的动力设备在“”的应用可谓是全面开花。开幕式使用的音响功放设备、音箱控制设备分别应用了多台艾默生网络能源的NXa系列UPS产品。另外，场馆总控机房里的务器及监控设备采用的是艾默生的iTrustUL33系列UPS。

    尤为值得一提的是，在点燃主这一较为关键和神圣的环节，艾默生网络能源同样也贡献了自己的一份力量。艾默生为点火控制系统提供了iTrust系列的UPS设备，**了点火控制系统能够得到稳定持续的电源供应。

    据了解，除项目外，艾默生网络能源的动力设备还被广泛应用在首都体育馆、工人体育馆、五棵松篮球馆、北工大羽毛球馆等多个重要体育场馆，产品不仅是UPS，还广泛涉及艾默生能源的通信电源、精密空调、监控、电力操作电源、变频器、PLC等全线产品。艾默生网络能源的这些设备夜以继日地坚守在自己的岗位上，为各场馆的相关用电设施保驾**，为北京会添彩。

    事实上，随着IT技术的发展，用户对于网络能源产品的柔性需求日趋强烈。艾默生网络能源面对市场不断发展的需求变化，适时地推出由多款新产品组成的柔性解决方案。未来，艾默生网络能源将会通过多种方式拉近与客户之间的距离，以互动的形式向广大用户们详细推广了包括小功率UPS、机房精密空调、机房监控及一体化工程服务在内的众多选择，为客户提供从稳定、可靠、节能*满足需求的较佳解决方案。

2.1闸门自动监控系统主控级
闸门主控级设备主要负责集中监视、集中控制、运行记录和指导、自诊断、培训及开发、通信等方面的功能实现。通过主控级这些功能达到集中控制溢洪门的各现地设备的目的。

主控级设备配置如下：溢洪门主控级计算机及外围设备；报置；网络设备；安全隔离装置；UPS电源；黑白喷墨式打印机；彩色激光打印机；监控系统所有设备之间所需的连接屏蔽电缆、光缆、适配器、光电转换器以及其他附件。主控制级上位机设备均采用**品牌。主控级计算机采用高性能DELL工作站。网络交换机采用某INS-801以太网交换机，用于连接溢洪门LCU和主控级计算机。

主控级功能：自动监控系统能迅速、准确有效地完成对被控对象的安全监控。主控级具有数据采集与处理，实时控制、参数设定、监视、记录、报表、运行参数计算、通信控制、系统诊断、软件开发和画面生成、系统扩充（包括硬件、软件）、运行管理和操作指导等功能。

2.2现地控制设备层
系统配置溢洪门LCU单元，LCU单元与溢洪门现地控制设备连接，将各现地控制柜采集的电机运行状态、故障报警、机械限位和闸门开度值等数据上送至上位机，进行监视。并下发上位机的集中控制命令，对闸门进行开启/关闭/停止控制。

溢洪门LCU单元PLC采用某S7-412H系列PLC和7.5″TFT彩色液晶触摸屏作为系统的核心控制器件，PLC含冗余电源、冗余 CPU，高度可靠的**系统安全稳定运行。溢洪门LCU单元功能有数据；自动采集各现地控制设备的实时数据。自动接收来自主控级的命令信息和数据。数据处理；控制和监视。操作人员可以通过LCU控制单元配置的触摸屏对监控对象进行控制。

2.3系统结构
闸门监控系统采用分层、分布开放式系统结构，数据库实行分布管理方式。分层控制系统具有以下的优点：1）是适合于电力系统结构的系统；2）易于保证自动化系统的可靠性；3）可灵活地适应系统的扩大和变更；4）可提高投资效率；5）能更好地适应现代技术水平的发展[1]。系统结构按功能分布要求可分为两层：集中控制层和现地控制层。系统结构按主要设备配置状况可分为两级：集中控制级设备和现地控制级设备。

2.3.1系统设备层次
整个闸门计算机监控系统设备分现地控制级、集中控制级二层：现地控制级由各有关设备的现地控制柜和现地控制箱构成，完成*设备的现地监控任务；集中控制级完成全厂闸门设备的实时信息处理、监视与控制任务，由主控级计算机、溢洪门LCU等构成；二个层次功能各有侧重，相互协调配合，完成电站闸门计算机监控系统的全部功能。

2.3.2网络层次
网络分电站控制网和外部通信网两层。电站控制网：主要连接现地控制层和集中控制层有关设备。与现场实时监控有关的信息主要由电站控制网传输，如LCU上行信息和控制命令等；外部通信网：主要连接外部系统；闸门监控系统采用星形以太网，集中控制级和现地控制级中的各计算机智能设备通过交换机进行相互连接实现数据通信，采用TCP／IP协议，传输介质光纤。

采用上述分层结构，使不同性质的信息分类在不同的网络通道上传输，避免相互之间的干扰，确保系统控制的实时性、安全性和可靠性。对于溢洪门LCU与其它智能装置通信，则可根据具体需要和选择的设备情况，采用串行通信接口。

3 系统功能
整个闸门监控系统的功能分布在不同层次的不同设备之中，各设备的协调配合，完成全厂闸门监控功能。具体功能分布情况如下：
1）主控级计算机
系统主机主要负责运行档案管理、事故故障信号的分析处理、测点定义及限值存储、各类运行报表生成和储存、历史数据库的生成、转储、系统时钟管理等。作为操作员人机接口工作站则负责监视、控制及调节命令发出、报表打印等人机界面（MMI）功能。并兼备通讯计算机的功能，用于处理闸门监控系统与电站计算机监控系统、水情测报系统、水务管理系统等其它系统进行信息交换。
2）溢洪门LCU单元
主要负责各闸门的集中运行监视、数据采集、控制和调节等任务，通过计算机网络向集中控制设备上送各种信息和数据，接受集中控制设备下发的各种控制和调节指令并执行，并能单独对闸门进行集中控制。
3）溢洪门现地控制箱
现地控制箱的操作独立于PLC，可直接对闸门进行操作。闸门的现地控制箱内设有“现地/远方”选择开关，在“现地”位置时可进行一对一操作，且远方命令不起作用。通过功能的合理分布，确保系统各节点的负荷率满足设计的要求，当局部设备的故障时，不影响系统其余部分功能正常运行。

4 方案特点
本方案充分考虑设计的安全性、可靠性和先进型，其主要器件均选择西门子原装进口产品，系统的使用寿命长将大大延长。

4.1冗余
溢洪门LCU单元选用某S7-400H系列PLC，PLC具备冗余电源、冗余CPU、冗余通讯模块，从而保系统的可靠性和安全程度[2]。

为了确保监控系统运行，监控系统主要环节采用各种有效的冗余措施，提高系统的可靠性。主要冗余措施包括：1）溢洪门LCU单元PLC 采用某系列的S7-400H，PLC含双CPU、双电源模块、双通讯模块的冗余配置，冗余模件的工作方式为在线热备用，切换无扰动。两个CPU以热备用方式运行，确保系统的不间断运行。2）系统设备双网络（互为冗余），保网络系统的可靠程度。3）现地控制柜配置冗余开关电源，在一块故障时另一块仍能够提供全部负载电源，提高供电可靠性，确保系统地运行[3]。

4.2高可靠性
系统器件、部件性能优越、通用性强；系统具备远方和现地操作、监控等功能：能对整个电站的启闭机进行单机操作、成组操作、选孔操作等；能接收电站监控系统、调度中心下发的开启、关闭闸门命令；能在电站监控系统、溢洪门监控系统、调度中心对整个溢洪门进行监视，能实是观察到各启闭机的运行状态及开度位置；系统运行参数设有出厂默认设定值，可根据现场的具体情况通过显示面板或远方通讯方式进行调整和设定；若系统出现故障，系统能发出声光报警信号，并通过现地显示面板显示和远方报警，以提示运行及维护人员；系统设有足裕量的I/O接口，用户可根据需要进行扩展，不需修改任何硬件；柜体采用全框架结构，内部结构可以根据要求随意进行组合；具**械强度高、电气防护等级高、抗电磁干扰能力强。

5 结束语
溢洪门自动监控系统遵循先进、可靠、成熟、适用的原则进行设计，满足电站“无人值班”（少人值守）的设计要求。对于任何一个技术先进、功能完善、监控可靠的自动化控制系统，本项目方案都具有广泛的参考价值