煤礦提升機(jī)電控系統(tǒng)技術(shù)方案優(yōu)化與實(shí)施

王映平

(汾西礦業(yè)集團(tuán)公司基建處，山西介休032000)

0 引言

提升機(jī)運(yùn)輸設(shè)備在煤礦生產(chǎn)過程中發(fā)揮著重要作用，如煤礦井下、井上的生產(chǎn)過程，都需要通過提升機(jī)來實(shí)現(xiàn)貨物的運(yùn)輸。煤礦開采是一個(gè)施工環(huán)境較復(fù)雜，安全事故率高的過程，因此煤礦企業(yè)對(duì)提升機(jī)電控系統(tǒng)的安全性、可靠性提出了更高的要求，但提升機(jī)電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較復(fù)雜，優(yōu)化提升機(jī)電控系統(tǒng)技術(shù)方案存在一定的困難。

1 煤礦提升機(jī)電控系統(tǒng)技術(shù)性能分析

第一，煤礦提升機(jī)采用PLC(可編程控制器)來構(gòu)成電子行程監(jiān)控器，因此，提升機(jī)具有對(duì)行程的監(jiān)控功能，其主要由編碼器、主PLC兩部分組成，通常兩臺(tái)編碼器、主監(jiān)控PLC安裝在減速器的高速輸出端、滾筒輸出端，對(duì)于提升機(jī)行程監(jiān)控的編碼器，通過將獲取的脈沖信號(hào)輸入到PLC的計(jì)算單元，可編程控制器將處理后的計(jì)算數(shù)據(jù)、全程標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換PSD指令，這樣PSD計(jì)算的速度就可以作為提升機(jī)的提升速度;第二，電控系統(tǒng)的提升控制功能，保護(hù)信號(hào)、控制信號(hào)輸入到PLC后，通過可編程控制器對(duì)提升機(jī)的處理，進(jìn)而完成對(duì)提升機(jī)運(yùn)作方式的控制，為了提高提升機(jī)電控系統(tǒng)的控制功能，通常設(shè)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(jī)運(yùn)行的控制指令，可編程控制器可以準(zhǔn)確讀取提升機(jī)的控制指令;第三，提升機(jī)電控系統(tǒng)的保護(hù)功能，提升機(jī)電控系統(tǒng)主要由監(jiān)控機(jī)的可編程控制器和主控機(jī)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(hù)動(dòng)作信號(hào)，并且煤礦開采需要大量的機(jī)械設(shè)備來進(jìn)行施工，開采的機(jī)械設(shè)備都需要相應(yīng)的保護(hù)設(shè)備，因此，提升機(jī)電控系統(tǒng)可以提供等速段超速保護(hù)、制動(dòng)油過壓保護(hù)、潤滑油欠壓保護(hù)、電源斷電保護(hù)和提升機(jī)卷筒過卷保護(hù)等。

2 煤礦提升機(jī)電控系統(tǒng)技術(shù)方案優(yōu)化與實(shí)施

2．1 煤礦提升機(jī)電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

對(duì)于煤礦提升機(jī)電控系統(tǒng)技術(shù)方案優(yōu)化，某煤礦廠采用S7－300可編程控制器，選用JK－3．5×2．2P型號(hào)的提升機(jī)、行星減速器和YP系列電動(dòng)機(jī)來優(yōu)化電控系統(tǒng)技術(shù)方案，提升機(jī)電控系統(tǒng)主要由5臺(tái)6～10 kV高壓電源、高壓饋電開關(guān)柜、高壓變頻調(diào)速柜、繞線型電動(dòng)機(jī)、低壓控制電源、制動(dòng)潤滑泵站、滾筒和主控臺(tái)組成，如圖1所示，表示提升機(jī)電控系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，由于每個(gè)設(shè)備上都安裝了相應(yīng)的系統(tǒng)，如高壓變頻調(diào)速柜安裝全數(shù)字高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)、高壓電源和低壓控制電源安裝高低壓配電系統(tǒng)，提升機(jī)電控系統(tǒng)不僅包括高低壓配電系統(tǒng)和全數(shù)字高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，也包括PLC控制系統(tǒng)、提升信號(hào)控制系統(tǒng)、閘瓦在線檢測(cè)系統(tǒng)、上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)等。

圖1 提升機(jī)電控系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖

2．2 提升機(jī)電控系統(tǒng)技術(shù)方案優(yōu)化實(shí)施

1)提升機(jī)電控系統(tǒng)中的高壓配電系統(tǒng)優(yōu)化，應(yīng)選用10 kV高壓配電系統(tǒng)，并且采用兩回進(jìn)線相互閉鎖、單母線不分段的運(yùn)行方式。

2)全數(shù)字變頻調(diào)速系統(tǒng)，應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)的變頻器，當(dāng)選擇變頻調(diào)速器時(shí)，應(yīng)充分考慮提升機(jī)所需要的電機(jī)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(duì)于提升機(jī)變頻調(diào)速器的控制原理，如圖2所示，通過高壓異步電動(dòng)機(jī)提供電源，采用串聯(lián)的電流方式來實(shí)現(xiàn)各個(gè)單元的控制，其中，高壓變頻器屬于一次輸入及保護(hù)功能，全數(shù)字變頻調(diào)速系統(tǒng)采用三相交流電源的方式，通過隔離高壓變頻器來實(shí)現(xiàn)各個(gè)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(chǎn)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(dòng)機(jī)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(duì)于高壓變頻器的功率單元，其主要經(jīng)過濾波環(huán)節(jié)、快熔、緩沖環(huán)節(jié)、整流逆變輸出、直流環(huán)節(jié)、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(shí)現(xiàn)功率單元的同步整流，利用IGBT對(duì)功率單元的輸入電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，采用鎖相控制技術(shù)將緩沖環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的整流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓，在整流逆變輸出環(huán)節(jié)中，當(dāng)脈沖直流電壓發(fā)生變化后，即轉(zhuǎn)換成平滑直流電壓，整流逆變輸出將產(chǎn)生變頻交流電來供交流電動(dòng)機(jī)使用。

圖3 功率單元電流輸出流程圖

3)低壓電源控制系統(tǒng)，主要由一臺(tái)低壓電源控制柜構(gòu)成，電壓電源控制系統(tǒng)主要為煤礦開采過程中所需要的照明、空調(diào)、室內(nèi)照明及檢修等提供電源供應(yīng)，并且需要設(shè)置雙回路進(jìn)線，雙回路進(jìn)線需要預(yù)留21%左右的備用回路。

4)上位監(jiān)控系統(tǒng)和信號(hào)系統(tǒng)優(yōu)化實(shí)施，采用PLC可編程控制器和監(jiān)控軟件，如某煤礦采用雙核2．5G、內(nèi)存大小為4G、硬盤大小為500G的PLC工控機(jī)，采用通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)煤礦開采管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的功能，PLC可編程控制器可以提供遠(yuǎn)程編程、診斷功能，由于上位監(jiān)控系統(tǒng)中安裝了液晶顯示器和A4幅面彩色打印機(jī)，而液晶顯示器可以將可編程控制器裝換的提升機(jī)速度顯示出來，并且也可以顯示提升機(jī)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的故障。另外，由于上位監(jiān)控系統(tǒng)主要是通過監(jiān)控軟件來實(shí)現(xiàn)的，監(jiān)控軟件可以對(duì)提升機(jī)做出故障診斷，并及時(shí)將出現(xiàn)故障的信息輸入到顯示器上，從而起到提升機(jī)保護(hù)的功能，當(dāng)上位監(jiān)控系統(tǒng)中的打印機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)將打印機(jī)出現(xiàn)故障的位置、發(fā)生故障的原因及相關(guān)參數(shù)顯示出來，并做好保存記錄，為操作人員提供有效的信息，進(jìn)而及時(shí)排除故障。由于液晶顯示器可以顯示十余幅畫面，如提升機(jī)電控系統(tǒng)界面介紹、提升機(jī)深度與信號(hào)監(jiān)視、計(jì)算機(jī)硬件監(jiān)測(cè)及通信監(jiān)視圖及低壓供電系統(tǒng)圖等，通過記錄煤礦開采提升機(jī)使用次數(shù)，并做好提升機(jī)故障診斷信息的記錄，以供今后使用。提升機(jī)電控系統(tǒng)中的信號(hào)系統(tǒng)，主要由計(jì)算機(jī)機(jī)房信號(hào)柜、液晶顯示屏、可編程控制系統(tǒng)、井口信號(hào)臺(tái)和上車場(chǎng)信號(hào)箱、下車場(chǎng)信號(hào)箱組成。

5)提升機(jī)電控系統(tǒng)的智能型網(wǎng)絡(luò)化操作系統(tǒng)，利用雙可編程控制器(PLC)來實(shí)現(xiàn)電子行程的監(jiān)控管理，為了提高提升機(jī)的安全性，一般需要將操作系統(tǒng)細(xì)分化，即明確各個(gè)設(shè)備的監(jiān)控管理工作，當(dāng)雙可編程控制器出現(xiàn)故障時(shí)，需要將繼電器安裝在操作系統(tǒng)中，從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)急操作功能，智能型網(wǎng)絡(luò)化操作系統(tǒng)應(yīng)配置相應(yīng)的設(shè)備，如溫度巡檢儀、三相繞組電動(dòng)機(jī)等。

3 結(jié)語

提升機(jī)是煤礦開采過程中的主要運(yùn)輸設(shè)備，由于煤礦開采是一項(xiàng)施工復(fù)雜，具有危險(xiǎn)性的工程，因此，提高提升機(jī)的工作性能，通過優(yōu)化提升機(jī)電控系統(tǒng)技術(shù)，采用優(yōu)質(zhì)的提升機(jī)，如JK－3．5x2．2P型的提升機(jī)，提高提升機(jī)的性能，進(jìn)而促進(jìn)煤礦開采的順利開展。

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