煤礦提升機電控系統技術方案優化與實施

王映平

(汾西礦業集團公司基建處，山西介休032000)

0 引言

提升機運輸設備在煤礦生產過程中發揮著重要作用，如煤礦井下、井上的生產過程，都需要通過提升機來實現貨物的運輸。煤礦開采是一個施工環境較復雜，安全事故率高的過程，因此煤礦企業對提升機電控系統的安全性、可靠性提出了更高的要求，但提升機電控系統結構設計較復雜，優化提升機電控系統技術方案存在一定的困難。

1 煤礦提升機電控系統技術性能分析

第一，煤礦提升機采用PLC(可編程控制器)來構成電子行程監控器，因此，提升機具有對行程的監控功能，其主要由編碼器、主PLC兩部分組成，通常兩臺編碼器、主監控PLC安裝在減速器的高速輸出端、滾筒輸出端，對于提升機行程監控的編碼器，通過將獲取的脈沖信號輸入到PLC的計算單元，可編程控制器將處理后的計算數據、全程標準數據轉換PSD指令，這樣PSD計算的速度就可以作為提升機的提升速度;第二，電控系統的提升控制功能，保護信號、控制信號輸入到PLC后，通過可編程控制器對提升機的處理，進而完成對提升機運作方式的控制，為了提高提升機電控系統的控制功能，通常設置四套可編程控制器，并且四套可編程控制器通過FX2N－BD通信連接來讀取提升機運行的控制指令，可編程控制器可以準確讀取提升機的控制指令;第三，提升機電控系統的保護功能，提升機電控系統主要由監控機的可編程控制器和主控機的可編程控制器等兩套安全回路組成，而可編程控制器可以形成保護動作信號，并且煤礦開采需要大量的機械設備來進行施工，開采的機械設備都需要相應的保護設備，因此，提升機電控系統可以提供等速段超速保護、制動油過壓保護、潤滑油欠壓保護、電源斷電保護和提升機卷筒過卷保護等。

2 煤礦提升機電控系統技術方案優化與實施

2．1 煤礦提升機電控系統結構組成

對于煤礦提升機電控系統技術方案優化，某煤礦廠采用S7－300可編程控制器，選用JK－3．5×2．2P型號的提升機、行星減速器和YP系列電動機來優化電控系統技術方案，提升機電控系統主要由5臺6～10 kV高壓電源、高壓饋電開關柜、高壓變頻調速柜、繞線型電動機、低壓控制電源、制動潤滑泵站、滾筒和主控臺組成，如圖1所示，表示提升機電控系統的組成結構，由于每個設備上都安裝了相應的系統，如高壓變頻調速柜安裝全數字高壓變頻調速系統、高壓電源和低壓控制電源安裝高低壓配電系統，提升機電控系統不僅包括高低壓配電系統和全數字高壓變頻調速系統，也包括PLC控制系統、提升信號控制系統、閘瓦在線檢測系統、上位機監控系統和視頻監控系統等。

圖1 提升機電控系統組成結構圖

2．2 提升機電控系統技術方案優化實施

1)提升機電控系統中的高壓配電系統優化，應選用10 kV高壓配電系統，并且采用兩回進線相互閉鎖、單母線不分段的運行方式。

2)全數字變頻調速系統，應選用優質的變頻器，當選擇變頻調速器時，應充分考慮提升機所需要的電機容量，如選擇額定輸出電流為192 A、功率小于700 kW的高壓變頻器，對于提升機變頻調速器的控制原理，如圖2所示，通過高壓異步電動機提供電源，采用串聯的電流方式來實現各個單元的控制，其中，高壓變頻器屬于一次輸入及保護功能，全數字變頻調速系統采用三相交流電源的方式，通過隔離高壓變頻器來實現各個單元的三相電源輸入，隔離高壓變頻器的主要目的是通過變壓器的副邊繞組產生相位差來消除PWM控制單元形成的諧波電流，通過改善電動機電感的濾波性能，從而提高高壓變頻器的輸出性能。

圖2 高壓變頻器控制原理圖

對于高壓變頻器的功率單元，其主要經過濾波環節、快熔、緩沖環節、整流逆變輸出、直流環節、單元輸出等步驟流程，如圖3所示，通常采用絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)來實現功率單元的同步整流，利用IGBT對功率單元的輸入電壓進行實時檢測，采用鎖相控制技術將緩沖環節中產生的整流電壓轉換成直流電壓，在整流逆變輸出環節中，當脈沖直流電壓發生變化后，即轉換成平滑直流電壓，整流逆變輸出將產生變頻交流電來供交流電動機使用。

圖3 功率單元電流輸出流程圖

3)低壓電源控制系統，主要由一臺低壓電源控制柜構成，電壓電源控制系統主要為煤礦開采過程中所需要的照明、空調、室內照明及檢修等提供電源供應，并且需要設置雙回路進線，雙回路進線需要預留21%左右的備用回路。

4)上位監控系統和信號系統優化實施，采用PLC可編程控制器和監控軟件，如某煤礦采用雙核2．5G、內存大小為4G、硬盤大小為500G的PLC工控機，采用通信協議實現煤礦開采管理系統聯網的功能，PLC可編程控制器可以提供遠程編程、診斷功能，由于上位監控系統中安裝了液晶顯示器和A4幅面彩色打印機，而液晶顯示器可以將可編程控制器裝換的提升機速度顯示出來，并且也可以顯示提升機在運行過程中出現的故障。另外，由于上位監控系統主要是通過監控軟件來實現的，監控軟件可以對提升機做出故障診斷，并及時將出現故障的信息輸入到顯示器上，從而起到提升機保護的功能，當上位監控系統中的打印機出現故障時，監控系統將打印機出現故障的位置、發生故障的原因及相關參數顯示出來，并做好保存記錄，為操作人員提供有效的信息，進而及時排除故障。由于液晶顯示器可以顯示十余幅畫面，如提升機電控系統界面介紹、提升機深度與信號監視、計算機硬件監測及通信監視圖及低壓供電系統圖等，通過記錄煤礦開采提升機使用次數，并做好提升機故障診斷信息的記錄，以供今后使用。提升機電控系統中的信號系統，主要由計算機機房信號柜、液晶顯示屏、可編程控制系統、井口信號臺和上車場信號箱、下車場信號箱組成。

5)提升機電控系統的智能型網絡化操作系統，利用雙可編程控制器(PLC)來實現電子行程的監控管理，為了提高提升機的安全性，一般需要將操作系統細分化，即明確各個設備的監控管理工作，當雙可編程控制器出現故障時，需要將繼電器安裝在操作系統中，從而實現應急操作功能，智能型網絡化操作系統應配置相應的設備，如溫度巡檢儀、三相繞組電動機等。

3 結語

提升機是煤礦開采過程中的主要運輸設備，由于煤礦開采是一項施工復雜，具有危險性的工程，因此，提高提升機的工作性能，通過優化提升機電控系統技術，采用優質的提升機，如JK－3．5x2．2P型的提升機，提高提升機的性能，進而促進煤礦開采的順利開展。

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