礦井提升機(jī)中轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用研究

鄭碩劍

摘 要：進(jìn)入到新世紀(jì)以來，隨著我國科學(xué)技術(shù)水平以及社會經(jīng)濟(jì)水平的迅速提高，我國的各行各業(yè)都得到了快速的發(fā)展，在我國的煤礦行業(yè)中，礦井提升機(jī)是礦井地面和井下作業(yè)過程中十分常用大型提升機(jī)械設(shè)備，但是傳統(tǒng)的礦井提升機(jī)會使用到大量的電阻器、接觸器和繼電器，控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度很高，這就帶來了其運(yùn)行易出現(xiàn)故障并且噪音大并且維修工作量大等問題，同時(shí)也浪費(fèi)了大量的電能。文章便首先介紹了礦井提升機(jī)轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)的組成和系統(tǒng)功能，并且分析了其工作原理和調(diào)速性能，應(yīng)用了此系統(tǒng)后大大的提升其生產(chǎn)過程的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，值得進(jìn)一步的推廣和使用。

關(guān)鍵詞：礦井提升機(jī)；轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)；應(yīng)用分析

1 轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)的組成

通常情況下，組成此轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)主要有三大部分，分別為操作臺，主控柜和變頻柜。而操作臺又是由三段組成的，分別為左段、右段和中段。在左端和右端的斜面位置處，都裝有指示燈和指示儀表，在左右段的平面部分，則分別裝有主令控制的操作手把、可調(diào)閘、按鈕以及各種轉(zhuǎn)換開關(guān)等部件，而在中段則裝有鍵盤以及彩色液晶體顯示器。另外，在操作臺的內(nèi)部還裝有潤滑泵接觸器、一套副PLC、制動泵以及接口端子；一般情況下，系統(tǒng)主控柜都是由輔助繼電器和一套主PLC兩部分組成的，在文章所采用的轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)中，繼電器采用的為施耐德系列繼電器；在此系統(tǒng)中，變頻柜選擇為西門子公司的6SE70系列的變頻裝置，其通常也是由兩部分組成，分別為逆變單元和回饋單元。

2 轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)的功能

2.1 信號閉鎖功能

對于轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)的信號閉鎖功能，其主要是通過如下的方式實(shí)現(xiàn)的：當(dāng)在中間的繼電器輸入PLC時(shí)，如果打點(diǎn)信號的點(diǎn)數(shù)為“1”點(diǎn)，那么開車后系統(tǒng)就無法自動停車，只有人工讓其停車才能停下來；當(dāng)打點(diǎn)信號的點(diǎn)數(shù)為“2”點(diǎn)和“4”點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)只能正向開車；當(dāng)打點(diǎn)的信號為“3”點(diǎn)和“5”點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)則只能反向開車。

2.2 信號開車的方式

（1）手動開車。正常的狀態(tài)下都是手動開車的方式，速度的調(diào)節(jié)范圍為0-3.2m/s；（2）PLC應(yīng)急開車。當(dāng)發(fā)現(xiàn)PLC內(nèi)部出現(xiàn)運(yùn)行的故障時(shí)，系統(tǒng)會自動的將這些故障屏蔽，同樣的速度的調(diào)節(jié)范圍也為0-3.2m/s；（3）應(yīng)急開車。通常在需要緊急開車的情況下會應(yīng)用此種開車的方式，PLC內(nèi)部的所有軟過卷故障會被屏蔽，速度的調(diào)節(jié)范圍為0-2m/s；（4）檢修開車。在檢修絞車時(shí)一般會采用這種開車的方式，同樣的，PLC內(nèi)部的過卷保護(hù)也會被屏蔽，其速度最大也不會超過0.5m/s。

2.3 系統(tǒng)的安全保護(hù)措施

當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況或是運(yùn)行故障時(shí)，而為了避免問題的進(jìn)一步擴(kuò)大，那么就必須強(qiáng)迫系統(tǒng)停止工作，并且還要防止其重新啟動，因此，系統(tǒng)就必須設(shè)有安全回路。在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，一般都設(shè)有兩條安全回路。分別為主PLC和副PLC內(nèi)部程序設(shè)置的安全回路以及繼電器中的安全回路。其中，繼電器中的安全回路與系統(tǒng)內(nèi)的其他回路是獨(dú)立開來的，它對系統(tǒng)的閘制動系統(tǒng)和電氣傳動系統(tǒng)會直接起到安全保護(hù)作用。在系統(tǒng)的20項(xiàng)保護(hù)措施中，共計(jì)有15項(xiàng)是起到安全保護(hù)作用的，它們分別為高壓閉鎖保護(hù)、超速保護(hù)、過卷保護(hù)、松繩保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、限速保護(hù)、腳踏開關(guān)保護(hù)、事故逆轉(zhuǎn)保護(hù)、變頻器故障保護(hù)、欠電壓保護(hù)、急停開關(guān)保護(hù)、信號方向閉鎖、油壓過壓保護(hù)、減速功能保護(hù)和斷銷保護(hù)。

2.4 上位機(jī)監(jiān)控

通過對PLC通訊所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，主要監(jiān)控以下三大內(nèi)容：（1）基本畫面。當(dāng)絞車處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，會顯示這一畫面。其顯示的內(nèi)容有很多，如速度曲線、提升次數(shù)、打點(diǎn)信號、模擬顯示器運(yùn)行裝置動畫圖、開車方式、速度、行程、安全保護(hù)故障顯示以及電機(jī)電流等；（2）子畫面。主要有監(jiān)控一覽、故障一覽、分頁查詢以及數(shù)據(jù)參數(shù)修改等子畫面；（3）修改參數(shù)。為確保整個(gè)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運(yùn)行，要想修改參數(shù)，就必須在系統(tǒng)中先輸入設(shè)定過的密碼，成功后才能進(jìn)入修改子畫面。

3 PLC控制

通常情況下，轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)的PLC主要包括CPU模塊、數(shù)字量模塊、模擬量模塊、電源模塊、高速計(jì)數(shù)器模塊以及主機(jī)架等部件，在系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，主PLC會對其進(jìn)行有效的管控，同時(shí)執(zhí)行正常的操作程序，其能與上位機(jī)進(jìn)行即時(shí)的通訊，同時(shí)也可生成方向信號和開車信號，當(dāng)出現(xiàn)運(yùn)行故障時(shí)，可以及時(shí)的進(jìn)行閉鎖和安全保護(hù)。

主PLC和副PLC都可以實(shí)現(xiàn)雙線控制保護(hù)，對于速度、過卷、減速以及容器位置等對系統(tǒng)運(yùn)行會產(chǎn)生重要影響的信號應(yīng)采用雙重保護(hù)，同時(shí)還具有位置保護(hù)和全行程速度保護(hù)功能。

4 轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作原理

首先，變頻器會將整流變壓器輸出的交流電源轉(zhuǎn)變成為直流電源，而在通過逆變單元時(shí)，此直流電源又被轉(zhuǎn)化成具有可控電壓和可控頻率的電流并且輸入到轉(zhuǎn)子中，其變頻電源通常為0-50Hz，也就實(shí)現(xiàn)了變壓和變頻的調(diào)速功能。當(dāng)轉(zhuǎn)子側(cè)饋入功率了，那么其就是處于整流的狀態(tài)下，逆變單元也就處于了逆變狀態(tài)，如果轉(zhuǎn)子側(cè)是饋出了功率，那么逆變單元就處于整流狀態(tài)，回饋單元就處于了逆變回饋狀態(tài)。

5 轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)的性能優(yōu)點(diǎn)

5.1 結(jié)構(gòu)簡單，不易出現(xiàn)故障

當(dāng)在礦井提升機(jī)中應(yīng)用了轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)后，由于所采用的電路均為大規(guī)模和超大規(guī)模的集成電路，結(jié)構(gòu)簡單并且不需要大量的元器件，大大的減少了原來系統(tǒng)的故障點(diǎn)，運(yùn)行過程中的安全性和可靠性更高。

5.2 可無極調(diào)速，并且調(diào)速性能更好

應(yīng)用轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)后，其可以調(diào)速的范圍更廣，調(diào)速的性能也更加穩(wěn)定，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了無極調(diào)速。原來系統(tǒng)的調(diào)速性能差并且工作效率低，也無法無極調(diào)速。

5.3 工作更加穩(wěn)定并且精度更高

此系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)有微處理器，軟件會自動完成調(diào)速的算法和整個(gè)控制功能，保證了控制參數(shù)的準(zhǔn)確性，同時(shí)當(dāng)確定了控制參數(shù)后，就無法隨意的將其更改，工作過程中更加穩(wěn)定，并且具備較高的控制精度。

5.4 具備較強(qiáng)的故障自診斷能力

在轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)中，軟件可以即時(shí)的反映出硬件的工作狀態(tài)，硬件系統(tǒng)也可以實(shí)時(shí)的監(jiān)控軟件的運(yùn)行性能，因此，無論是軟件還是硬件出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)都可以將故障及時(shí)的診斷出來，并且維護(hù)也較為方便，降低了維護(hù)的成本。

6 應(yīng)用轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)后的效益

6.1 社會效益

應(yīng)用轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)后，大大的提升了電控系統(tǒng)的裝備水平，同時(shí)也大大的提高了設(shè)備運(yùn)行過程的穩(wěn)定性和安全性；此系統(tǒng)的性能好并且精度高，傳動部件之間的沖擊和磨損現(xiàn)象得到了極大改善，延長了礦井提升機(jī)的使用壽命；由于電控設(shè)備所采用的為柜式封閉的結(jié)構(gòu)，并且PLC無需觸點(diǎn)就可以精準(zhǔn)的控制，噪聲被大大的降低了，有利于環(huán)保工作的順利開展。

6.2 經(jīng)濟(jì)效益

在應(yīng)用了此轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)后，耗電量得到了大大的降低，平均每年節(jié)省電量超過了10萬元；另外，此系統(tǒng)易損件較少，電氣元件有較高的可靠性，配件和材料的采購費(fèi)用也降低了2萬元。

在我國煤炭行業(yè)的礦井提升機(jī)設(shè)備中應(yīng)用了轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)后，通過不斷的改良和測試后，現(xiàn)階段已經(jīng)發(fā)展成為了一種較為成熟的技術(shù)，系統(tǒng)運(yùn)行過程中具備較高的穩(wěn)定性和安全性，同時(shí)各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)也是符合相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的。并且在礦井提升機(jī)中應(yīng)用轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)后，對于日后研究交流拖動機(jī)的電控技術(shù)也提供了重要的技術(shù)支持，獲得了較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，值得進(jìn)一步的推廣和應(yīng)用。

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