礦井提升機控制系統發(fā)展的研究論文
摘要：礦井提升機控制系統作為煤礦的主要生產(chǎn)設備，關(guān)系到煤礦高效和安全生產(chǎn)，主要要求如下：平滑的調速性能、高精度、實(shí)現四象限運行、很好的檢測速度和行程、具備良好的故障監測功能、具備可靠的制動(dòng)控制系統等。
關(guān)鍵詞：礦井提升機；控制系統；發(fā)展現狀；改造
礦井提升機調速的控制系統具有自動(dòng)化的特點(diǎn)，全面控制提升機調速，促使其滿(mǎn)足礦井作業(yè)的需求，以免超出礦井提升機的規定負載。礦井提升機調速控制系統的設計與應用，需要符合礦井作業(yè)的實(shí)踐需求，一方面體現調速控制系統的優(yōu)勢，另一方面改善礦井提升機的性能，加強提升機調速的控制能力。
1、礦井提升機的電氣控制系統概述
在礦井提升機有所改進(jìn)之前我國礦井提升機一般采用交流傳動(dòng)方式。但是直流傳動(dòng)方式的缺點(diǎn)是對交流電網(wǎng)的無(wú)功沖擊大，會(huì )產(chǎn)生較大的啟動(dòng)壓降；高次諧波會(huì )引起交流電網(wǎng)電壓正弦波形的畸變，干擾其它用電設備；運行功率因數低；建設投資大、基礎費用高。
后來(lái)隨著(zhù)礦井的規模愈來(lái)愈大，同時(shí)對提升自動(dòng)化水平的要求也越來(lái)越高，隨著(zhù)電動(dòng)機矢量控制思想的提出以及電力半導體技術(shù)和交流電動(dòng)機傳動(dòng)方式的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)，礦井提升機傳動(dòng)裝置開(kāi)始向交流傳動(dòng)方式發(fā)展。例如繞線(xiàn)電動(dòng)機轉子回路串電阻調速系統，但它存在很大缺點(diǎn)，調速控制性能差、耗電量大，而且由于其調速的非連續性，系統的機械沖擊及對電網(wǎng)的沖擊均很大。
現代技術(shù)的不斷發(fā)展將變頻調速技術(shù)、PLC技術(shù)融入提升機電控系統，可使提升機電控結構簡(jiǎn)單，節省大量的交流接觸器、時(shí)間繼電器、中間繼電器及過(guò)電流繼電器，從而大大提高提升機的可靠性、可控性和安全性；可在提升電動(dòng)機工作在發(fā)電狀態(tài)時(shí)，將電能回饋給電網(wǎng)，有很好的調速特性，過(guò)渡過(guò)程平穩，且速度連續可調，機械沖擊小，并且節約了電能。
2、控制系統結構原理
大功率變頻裝置可以將工頻三相交流電經(jīng)過(guò)交直變換之后經(jīng)過(guò)逆變器，利用設定的參數進(jìn)行了逆變，使得輸出為某一相應設定頻率的交流電。變頻器輸出頻率的.變化，將導致電動(dòng)機的輸出轉速變化，二者之間的關(guān)系近似線(xiàn)性。這樣，就起到了調速的作用。
在電路系統中，為了保證正常運行安全，必須將設備可靠的接地，因此，變頻器的接地端也應可靠接地。主回路中，用于連接制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻的端子，用于防止提升機在垂直方向上運行時(shí)，發(fā)生工件在帶動(dòng)電動(dòng)機運轉，而產(chǎn)生很大的再生電動(dòng)勢，即泵升電壓過(guò)高，損壞變頻器的現象出現。加入外接制動(dòng)電阻或外接制動(dòng)單元可消耗部分能量，提高變頻器的工作能力。根據變頻調速原理，在變頻器的控制輸入回路中接入頻率設定電路，由PLC輸出的模擬量，即電壓或電流信號來(lái)控制變頻器的輸出頻率。此時(shí)的變頻器輸出頻率與設定電壓或電流輸入成正比。為了便于監控變頻器的運行狀態(tài)并及時(shí)發(fā)現異常，取出變頻器的異常信號送到PLC的輸入模塊，以作為變頻器的事故報警信號。
由于提升機是在礦井使用，還需設計防爆裝置，在加上防爆外殼后，變頻器產(chǎn)生的熱損耗不能排出會(huì )導致其溫升過(guò)高而影響正常運行，變頻器的通風(fēng)系統我的設計為水冷系統，帶有雙循環(huán)熱交換器，內循環(huán)的水將變頻器功率部件的熱傳導給空氣，空氣經(jīng)由外循環(huán)把熱量排出井外。
提升機緊急制動(dòng)系統為恒減速緊急制動(dòng)控制，它通過(guò)檢測制動(dòng)過(guò)程中的實(shí)際速度值，換算為減速度，實(shí)現制動(dòng)對減速度的半閉環(huán)控制（即只能控制制動(dòng)過(guò)程中液壓壓力的下降，而不能使之上升）。其基本的控制原理為：設定一個(gè)“停止起始頻率”，當變頻器的工作頻率下降時(shí)，變頻器將輸出一個(gè)“頻率到達信號”，使主控系統檢測到緊急制動(dòng)減速度達到預定值，保持此時(shí)的制動(dòng)壓力來(lái)達到恒減速度的目的。
3、電氣控制系統在提升機系統中的發(fā)展現狀
3.1 提升行程控制。位置控制是提升機的控制的本質(zhì)，在工作中的預定地點(diǎn)要保證提升容器準確停車(chē)，不能出現誤差要求準確度很高。利用微計算機控制結合傳感器控制信號。傳感器將接收到的信號進(jìn)行精確感知，進(jìn)行處理，據此來(lái)確定出系統的準確的位置，進(jìn)而施以控制和保護。
3.2 提升過(guò)程監視。安全可靠性是第一位的，所以提升過(guò)程監視與安全回路一樣，是現代提升機控制的重要環(huán)節，是安全可靠的保障。
3.3 安全回路。作為礦井保護的最后環(huán)節之一安全回路環(huán)節極為重要，準確地實(shí)施安全制動(dòng)，使安全回路具有完善的故障監視功能，這樣在安全回路本身故障時(shí)，在提升機本身故障時(shí)都可以檢測到來(lái)避免危險的發(fā)生。
4、礦井提升機調速控制系統的改造
4.1 礦井提升機調速控制系統的參數。該礦井提升機調速控制系統中電動(dòng)機功率為75kW，提供最大的提升速度是2.5m/s，運行中的減速比是24∶1，利用轉子串電阻進(jìn)行調速控制。該提升機調速控制系統的運行較為傳統，以變頻調速為核心設計系統改造。
4.2 系統參數的相關(guān)改進(jìn)。該礦井提升機調速控制系統圍繞變頻調速進(jìn)行參數改進(jìn)，分析具體的改進(jìn)措施。如：（1）針對礦井提升機啟動(dòng)的各個(gè)速度階段，實(shí)行頻率改進(jìn)，結合變頻調速裝置，將提升機速度重新劃分為四個(gè)階段，在提升機運行中提供啟動(dòng)和變化的速度，在變頻調節的狀態(tài)下確保提升機的速度達到最佳狀態(tài)。
�。�2）規定提升機啟動(dòng)和制動(dòng)的頻率是0.2Hz，速度控制的頻率上限是50Hz，利用變頻調速提供矢量控制，確保該礦井能夠準確地控制提升機的速度，實(shí)現穩定的速度調節，改善調速控制的環(huán)境。
4.3 PLC控制裝置。PLC電控選擇雙套不同配置的可編程序控制器，主控PLC輸入輸出口留有一定的余量，主要由CPU板、電源板、高速計數器、數字量I/O板、模擬量I/O板、通訊板等硬件組成。輔控PLC可以進(jìn)行電子數字監控，操作臺上需要從PLC輸入輸出口進(jìn)行接線(xiàn)的，都需要從輔控PLC接線(xiàn)，并與主控PLC進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )通訊，以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )化控制。提升機手動(dòng)、半自動(dòng)、緊急制動(dòng)、慢動(dòng)、換層等操作功能都是由主控PLC應用軟件實(shí)現的，同時(shí)還可以進(jìn)行提升過(guò)程各階段的速度閉環(huán)控制。雙套PLC可以進(jìn)行軟硬件上的聯(lián)鎖，從而有效監視PLC實(shí)際運行情況，避免由于PLC死機等原因而出現的各種故障，最終實(shí)現對整個(gè)系統的安全保護與實(shí)時(shí)監測。
4.4 保護功能設置。先根據設定減速度減速，再緊急停車(chē)的故障：通風(fēng)機在運行中停機、主電機軸承超過(guò)其能夠承受的熱量接受程度、液壓制動(dòng)系統油量不足或油溫超限、變頻器局部故障、控制電源欠壓、閘盤(pán)偏擺及閘瓦磨損等。
在完成某次提升之后不能再次開(kāi)車(chē)故障：主電機溫度過(guò)高、控制柜溫度超過(guò)最高溫限制、信號電源接地故障、低壓電源漏電等。
緊急制動(dòng)故障：提升容器過(guò)卷、鋼絲繩滑動(dòng)超限、安全制動(dòng)按鈕指令故障、高低壓電源斷電故障、變頻器故障、制動(dòng)系統油壓故障、減速段過(guò)速10%、最大運行速度超15%等。
5、結語(yǔ)
礦井提升機調速和控制系統的不斷完善使得礦井的發(fā)展、經(jīng)濟效益都有很大的提升，但我們不能滿(mǎn)足于現狀，我們應該不斷總結經(jīng)驗吸取先進(jìn)理論，融入我們的實(shí)際情況，不斷改進(jìn)完善，更好的促進(jìn)礦井的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟發(fā)展。
參考文獻
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