PLC控制技術和直流調速晶閘管變頻技術在 煤礦暗斜井提升機防爆變頻改造中的應用分析

摘要：礦井提升機是礦山生產中最為重要的設備之一，其主要任務是沿井筒提升各種物料和設備，以及工作人員的升降，是聯系井下與井上的主要途徑，素有礦井“咽喉”之稱。對提升機來說，運行的安全性和可靠性是極其重要的，一旦發生故障，會造成難以估量的損失。文章以煤礦暗斜井提升機防爆變頻改造為例，對PLC控制技術和直流調速晶閘管變頻技術的應用進行了分析和研究。

關鍵詞：PLC控制技術；直流調速晶閘管變頻技術；提升機；防爆變頻改造；應用

中圖分類號：TM343.3 文獻標識碼：A文章編號：1006-8937（2014）15-0053-01

作為礦山開采過程中應用最為廣泛的機械設備，提升機對于煤礦生產的安全和經濟運行有著極其重要的作用，一旦提升機出現故障或者事故，不僅會嚴重影響生產的正常進行，更會威脅礦井工作人員的人身安全。因此，做好提升機的管理和控制，對于煤礦生產而言，是十分重要的。

1PLC控制技術與直流調速晶閘管變頻技術

PLC，即Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器，屬于一種具有微處理機的數字化電子設備，可以應用于自動化控制領域，通過將控制命令的隨時加載，對其進行儲存和執行。在機電提升系統控制中，PLC技術可以通過與電氣控制技術的相互結合，極大地提升其綜合性能，能夠有效提高電氣控制裝置的安全性和穩定性，具有非常明顯的優勢。

直流調速系統可以通過對控制電壓的調節，改變電動機的轉速，具有良好的線性調速特性，控制性能簡單高效，動態特性優異，是目前多數調速控制電動機的最優選擇。而直流調速晶閘管變頻技術，就是將晶閘管與直流調速系統相互結合，通過改變運轉頻率，從而達到改變電動機轉速，起到節能效果，實現優勢互補，不僅在技術性能上表現出了較大的優越性，在經濟性和可靠性上也有了很大的提高。

2礦井提升機的防爆變頻改造

2.1改造前概況

該煤礦屬于中型國有煤礦，暗斜井提升系統建設于1996年，主要功能在于井上與井下的相互聯系，物料和設備的運輸，礦井工作人員升降等。提升機為國產設備，電控系統采用的是TKD-A型。在設計建造設，由于經濟因素、設備因素和技術因素等的影響，提升系統的最大提升能力為15 t，其主要技術參數如下：提升速度：3.14 m·s-1；提升斜長：420 L/m；卷筒寬度：1.3 B/m；卷筒直徑：2.5 D/m；主電機功率：155 kW；傾角：23 °

2.2改造目標

在不斷的發展過程中，該煤礦的生產能力大大提升，生產設備也開始向著大型化的方向發展，原有的15 t的提升能力已經無法滿足現有設備的使用需求，而且提升系統自身存在一定的安全隱患，不具備相應的防爆功能，同時系統能耗大，操作人員勞動強度大，故障率較高。在這種情況下，經過現場勘察和專家討論后，決定對暗斜井提升系統進行防爆變頻改造，改造的目標主要包括四個方面：①強化系統的提升能力，保證提升機的安全性和可靠性；②實現提升系統的防爆功能；③減少提升機在運行維護中的能耗，實現節能降耗；④對系統的各項保護功能進行完善。

2.3改造方案

2.3.1主電機

在對主電機進行改造前，需要對實際要求的電機功率進行計算，確保電機選擇的合理性。電機功率的計算公式為：N=FcmaxVmφ/1 000 #1051771;j=206 kW

其中，Fcmax表示提升系統的最大靜張力差，Vm取值為55 kN；#1051771;j表示最大提升速度，取3.14 m/s；為減速器的工作效率，為0.92。

在原提升系統中，主電機為JR128-8繞線式電機，功率為155 kW。很顯然，這個功率與實際要求的功率相差較大，因此需要重新選擇適當的電機。考慮到電控系統采用變頻調速系統，在兼顧適用性和經濟性的前提下，選擇了YB2335-250 kW-8P型防爆變頻專用電機，采用強迫風冷方式，電機功率達到250 kW，不僅能夠滿足實際需求，還留出了一定的富余。

2.3.2電控系統

電控系統采用的是變頻調速，則根據其基本原理可知，通過對電源頻率的調節，可以對電機的轉速進行控制。在實際應用中，將50 Hz的交流電經過整流和濾波之后，轉變為直流電，然后由PLC發出相應的控制信號，將直流電再轉變為相應頻率的交流電，從而實現對于電機轉速的控制。在IGBT等電力半導體制造工藝不斷發展的影響下，變頻調速技術也逐漸成熟。憑借自身故障率低、可靠性強，容易實現防爆功能等優勢，變頻系統在機電控制中得到了廣泛的應用。因此，在該煤礦暗斜井提升機的改造中，選擇ZJJB-Ⅱ-250/6型防爆變頻調速電控系統，可以實現減速超速、主電機過問、制動系統故障、潤滑系統故障、過壓、過流、過載等方面的保護功能。這里針對電控系統的各項參數設置進行簡單分析：

①速度設置：正常情況下，物料的傳輸的加減速度為0.2 m/s2，最大速度為3.14 m/s；檢修過程中，加減速度為0.2 m/s2，最大速度為0.5 m/s，可以實現速度的連續可調。

②制動方式：一般來說，在對重物進行下放時，會產生較大的能量，為了保證制動安全，采用了回饋制動的方式，將下放重物是產生的電能回饋給電網，從而有效節約能量消耗，也可以減少變頻器過熱的機率。

③PLC控制：為了保證電控系統的正常工作，在系統中設置了兩套SIEMENS的S7-200系列PLC，互為補充，如果其中一套PLC出現故障，另一套可以迅速發揮作用，保證提升控制的有效進行。

④軸編碼器：軸編碼器的作用，是對變頻調速系統的速度進行準確可靠的檢測，從而保證系統的可靠性和安全性。本系統采用雙軸編碼器，即高速軸編碼器和低速軸編碼器，分別檢測2個位置的轉速，對系統有雙保險作用。

2.3.3潤滑系統

潤滑系統的改造，主要是更換了防爆電機，在系統中增加了相應的壓力和溫度傳感器，將其接入安全回路，從而使得在出現溫度或壓力異常時，提升機拒動，避免安全事故的發生。

2.3.4液壓系統

將原有的KT線圈液壓調節閥改成了ZDYB-Ⅲ型防爆液壓系統，這種系統以比例溢流閥為核心，元件全部都是防爆型或者本安型，具有隨動性好，可靠性高，油壓穩定的特點。

2.3.5制動器

將原有的前置式油缸盤閘改成為后置式油缸潘閘，可以增大制動力矩，提高制動的安全性。

3 結語

在暗斜井提升機防爆變頻改造完成后，經過試運行，確定了系統的適用性和安全性，與改造前相比，不僅安全性大大提高，提升機在運行維護中的節能效果顯著，故障率也大大降低，在各種工況下都可以保證安全可靠的運行，能夠滿足礦井生產的實際需求。

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