淺談變頻調(diào)速技術(shù)在礦用提升絞車中的應(yīng)用

摘 要：隨著PLC系統(tǒng)程序的不斷完善，變頻絞車在設(shè)備控制作業(yè)中更加凸顯出其穩(wěn)定性高、維護量小、操作簡便、節(jié)約電能等種種優(yōu)勢，與傳統(tǒng)的交流異步電動機控制相比，更加適用于我國礦井現(xiàn)代化、綜合化的規(guī)模發(fā)展。本文從變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理及應(yīng)用效果出發(fā)，介紹了基于PLC的變頻調(diào)速系統(tǒng)在礦用提升絞車設(shè)計中的選擇和運用方法，為現(xiàn)有礦用提升絞車的升級改造提供了有力的技術(shù)指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：礦用絞車；；提升系統(tǒng)；變頻調(diào)速技術(shù)；PLC

中圖分類號：TD53 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 礦用提升系統(tǒng)控制概述

作為礦山生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備之一，提升系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著人員、原煤、設(shè)備、材料等的運輸任務(wù)，具有用電量高、作業(yè)時間長、工作量繁重、責(zé)任重大等特點。其運行水平既關(guān)系著礦山生產(chǎn)的安全，也是礦用機電系統(tǒng)整體能力的反映和代表。目前，我國大部分提升絞車的拖動仍依靠交流異步電動機，這類電動機由繼電器和接觸器構(gòu)成邏輯控制裝置，通過轉(zhuǎn)子串切電阻的有級調(diào)速方式，對絞車進(jìn)行控制。但由于采用此類電動機進(jìn)行開啟和換擋操作時，過大的電流將對設(shè)備造成沖擊，在降低了控制精度的同時，也大大縮短了電機的使用壽命，加之其電量損失大、調(diào)試?yán)щy、維護工作繁雜等缺點，已不適用于我國礦井現(xiàn)代化、綜合化、高效化的規(guī)模發(fā)展。在這一背景下，變頻調(diào)速技術(shù)因其具有的啟動平穩(wěn)、操作簡便、調(diào)速范圍廣、故障少等優(yōu)點開始受到相關(guān)企業(yè)的關(guān)注。特別是近年來，隨著基于PLC的變頻調(diào)速在礦用提升系統(tǒng)中的應(yīng)用技術(shù)日臻成熟，其便捷、可靠、耐用的優(yōu)良性能已經(jīng)得到了廣泛的認(rèn)同，礦用提升絞車的變頻調(diào)速設(shè)計及改造已經(jīng)成為促進(jìn)礦山生產(chǎn)安全增效的一大趨勢。

2 變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理與應(yīng)用效果

2.1 變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理

變頻調(diào)速技術(shù)是通過改變電機定子供電頻率從而改變其轉(zhuǎn)速的，運行中主要包括將絞車電機作為電動機的正常逆變過程和將其作為發(fā)電機的能量回饋過程。其中正常逆變是調(diào)速運行的核心，包括正常逆變、整流、以及濾波等三個部分，這一過程通過改變電機定子的供電頻率來調(diào)節(jié)輸出電壓以達(dá)到控制絞車速度的目的。而能量回饋過程則是由回饋逆變、整流以及輸出濾波等三部組成的?；仞伳孀兊淖饔檬鞘够仞伳孀冚敵鲭妷合辔慌c電網(wǎng)電壓相位相一致。系統(tǒng)中須加入輸出濾波部分，以保證逆變的正常工作，并減少對電網(wǎng)的污染。此外，鑒于礦區(qū)電壓的波動性較大的事實，系統(tǒng)中還應(yīng)加入一個剎車部分，用以提高變頻控制的安全系數(shù)。

2.2 變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用效果

實現(xiàn)了無級調(diào)速的變頻技術(shù)不但使絞車在啟動、加速、等速、減速、停車的全過程中運行平穩(wěn)、均勻，減少了速度加減過程中機械沖擊導(dǎo)致的設(shè)備故障問題，也同時擴展了調(diào)速范圍。而機械制動與安全回路的可靠配合，也使當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)緊急情況或突然停電時，變頻調(diào)速系統(tǒng)能夠自動實現(xiàn)機械制動，從而在最大限度上保證系統(tǒng)的安全。此外，由于變頻調(diào)速具有能量回饋的功能，該技術(shù)在節(jié)電方面也明顯優(yōu)于傳統(tǒng)控制方式，資料顯示，其節(jié)電率高達(dá)30%以上。

3 基于PLC的變頻調(diào)速系統(tǒng)

3.1 PLC在礦用提升系統(tǒng)控制中的作用

PLC即可編程控制器，是一種通過可編程序的存貯器進(jìn)行邏輯運算、算數(shù)運算、計數(shù)、及定時等操作的電子系統(tǒng)，具有應(yīng)用廣泛、編程簡單、抗干擾和可靠性高等優(yōu)點。存貯器在執(zhí)行指令時，通過數(shù)字的模擬輸入、輸出來控制各種機械過程。采用PLC控制變頻器對提升機的提升速度和提升高度進(jìn)行控制，可使制動更平穩(wěn)、操作更簡單，并在大大減小系統(tǒng)體積的同時，提高其控制精度和安全性能。

3.2 系統(tǒng)設(shè)計要點分析

3.2.1 變頻系統(tǒng)的設(shè)計

首先應(yīng)正確選擇系統(tǒng)的變頻器容量。電機平均起動轉(zhuǎn)矩一般為額定轉(zhuǎn)矩的1.7倍，考慮到電源電壓波動及需要通過110%額定負(fù)載的動載試驗要求等因素，其最大轉(zhuǎn)矩應(yīng)是負(fù)載轉(zhuǎn)矩的1.9倍，為確保安全使用，可通過提高變頻器容量來獲得200%負(fù)載力矩值，變頻器輸出電源中含有一定量的高次諧波，使電動機內(nèi)部產(chǎn)生諧波損耗，因此應(yīng)適當(dāng)增加其電流。其次，在變頻器的選擇上，考慮到絞車升降過程中具有較大的慣性，因此必須對其運行能力進(jìn)行高標(biāo)準(zhǔn)的要求，對所有交流電動機的核心變量進(jìn)行控制，并把定子磁通、轉(zhuǎn)矩作為主要控制變量。高速信號處理器與先進(jìn)的電機軟件模型相結(jié)合使電機狀態(tài)更新，對負(fù)載的變化和瞬時掉電，能做出迅速響應(yīng)。再次，應(yīng)合理選擇制動電阻。由于加成重載下降時產(chǎn)生的重力加速度可能導(dǎo)致變頻器直流回路的電容因充電而使電壓過高，因此必須加入制動電阻對其進(jìn)行控制。通過電阻制動，可以有效地實現(xiàn)電機的制動和減少減速時間，保證重物就位的可靠性。

3.2.2 PLC系統(tǒng)的設(shè)計

PLC系統(tǒng)的設(shè)計首先應(yīng)參考變頻器系統(tǒng)參數(shù)及提升絞車的具體功能（如最大靜張力差 、最大速度、提升高度、急停需要等），選擇與絞車運行狀態(tài)相適應(yīng)的控制器和傳感器。其次，應(yīng)通過對I/O點數(shù)和用戶存儲容量的估算分析選擇PLC的型號，并從控制速度等要求正確選擇CPU功能和結(jié)構(gòu)。應(yīng)注意的是：PLC工作時，從輸入信號到輸出控制存在著滯后現(xiàn)象，為提高其實時處理速度，可選擇處理速度較快的PLC，使執(zhí)行一條基本指令的時間控制在0.5us以內(nèi)。PLC的結(jié)構(gòu)主要有整體式和模塊式兩種，其中模塊式結(jié)構(gòu)組態(tài)靈活、易于擴充，因此在控制規(guī)模較大的集散控制系統(tǒng)及遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)中更加適用。

結(jié)語

實踐證明，與傳統(tǒng)的交流異步電動機控制相比，變頻調(diào)速實現(xiàn)了設(shè)備的軟起軟停，在減少機械沖擊損害的同時，增加了系統(tǒng)控制的準(zhǔn)確性和安全性，而其與PLC技術(shù)的結(jié)合，更使系統(tǒng)不斷簡化，并大大提高了設(shè)備的可擴展性。技術(shù)人員應(yīng)充分認(rèn)識到變頻調(diào)速技術(shù)的重要性，積極做好提升絞車的變頻改造工作，并不斷積累經(jīng)驗，完善其運行功能?？梢韵胍?，PLC變頻控制技術(shù)必將在未來的礦山機電控制領(lǐng)域中發(fā)揮越來越巨大的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]冀慶亞. 礦井主提升機控制系統(tǒng)變頻改造技術(shù)難點與解決方案[J]. 煤礦安全， 2006（12）.

[2]蔣小平，馬勇. 變頻調(diào)速技術(shù)在礦井提升機中的選型和應(yīng)用[J]. 能源技術(shù)與管理， 2009（04）.

[3]馬秀雙. 淺談變頻調(diào)速技術(shù)在礦井提升機改造中的應(yīng)用[J]. 黑龍江科技信息. 2007（09）.

[4]劉超， 孟艷君， 尚廷義， 孟潔. 基于PLC的礦井提升機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)[J]. 牡丹江師范學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2009（03）.