變頻器與煤礦提升運(yùn)輸系統(tǒng)的研究

（1.濟(jì)南職業(yè)學(xué)院,濟(jì)南 250103；2.三聯(lián)維修中心,濟(jì)南 250100）

（1.濟(jì)南職業(yè)學(xué)院,濟(jì)南 250103；2.三聯(lián)維修中心,濟(jì)南 250100）

在煤礦的生產(chǎn)當(dāng)中，提升運(yùn)輸?shù)淖饔梅浅５年P(guān)鍵，而傳統(tǒng)的豎井提升運(yùn)輸系統(tǒng)也有著諸如耗能高和沖擊大等等不足的地方，而變頻器的加入則能夠很好地解決這些問題。本文結(jié)合了提升運(yùn)輸系統(tǒng)目前的問題來對(duì)變頻器在提升運(yùn)輸系統(tǒng)中的研究和運(yùn)用進(jìn)行了研究。

變頻器；變頻調(diào)速技術(shù) PLC；提升運(yùn)輸系統(tǒng)

1 引言

對(duì)于傳統(tǒng)的豎井提升運(yùn)輸系統(tǒng)來說，存在著不少不足之處，如耗能高等等，這些問題的存在會(huì)在一定程度上影響了煤礦的生產(chǎn)效益。隨著科技的發(fā)展速度越來越快，已經(jīng)有越來越多的提升運(yùn)輸系統(tǒng)應(yīng)用了變頻調(diào)速技術(shù)，能夠有效的優(yōu)化煤礦的提升效率。

2 提升運(yùn)輸系統(tǒng)目前的不足之處

目前，主要有四種提升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)，分別是交流繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)、G-M拖動(dòng)系統(tǒng)、V-M直流可逆調(diào)速系統(tǒng)以及交流電動(dòng)機(jī)交變頻調(diào)速傳送。在第一種方式的轉(zhuǎn)子回路中，采用了串聯(lián)的連接方式來連接電阻，通過電阻的相互切換來進(jìn)行調(diào)速，這種方法由于耗能較大且調(diào)速的范圍也較窄，在效率方面還有很大的提升空間；第二種方式雖然可以方便在電動(dòng)和制動(dòng)兩種方式之間隨意的切換，精度較高，調(diào)節(jié)范圍較大，但也存在著諸如體積較大以及噪聲較高等問題；第三種方法雖然能夠比較方便地進(jìn)行安裝，在自動(dòng)化控制以及精度上都有著不錯(cuò)的表現(xiàn)，但卻存在著沖擊較大以及使用功率因數(shù)不高等問題；第四種方法的性能最好，可以讓電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的可靠性和安全性得到保證，這種方式應(yīng)用了變遷調(diào)速技術(shù)，目前應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛。

3 提升運(yùn)輸系統(tǒng)中變頻器的選擇

3.1 控制系統(tǒng)的選擇

在煤礦生產(chǎn)中，最關(guān)鍵的機(jī)械設(shè)備就是提升機(jī)，在對(duì)提升機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行改裝之后，除了原來的減速器、主軸裝置、深度指示器、制動(dòng)器以及操縱平臺(tái)，還能夠?qū)崟r(shí)的監(jiān)控。控制系統(tǒng)則采用了PLC，利用PLC來進(jìn)行編程，讓無級(jí)平滑調(diào)速的效果嫩鞏固順利實(shí)現(xiàn)，在D/A信號(hào)經(jīng)過轉(zhuǎn)化之后，再由模擬兩口進(jìn)行輸送，從而推動(dòng)變頻器的運(yùn)作，PLC程序也會(huì)自動(dòng)對(duì)變頻器中的輸出頻率進(jìn)行改變，讓調(diào)速的目的能夠順利達(dá)到。在這個(gè)過程當(dāng)中，為了讓提升容器的所在位置更加容易地定位，并精確測(cè)量速度的值，PLC會(huì)采集從編碼器中輸出的轉(zhuǎn)速測(cè)量信號(hào)，來累計(jì)了這些信號(hào)之后，再計(jì)算提升機(jī)的行走距離以及提升速度，最終將這些信號(hào)傳送到上位機(jī)中，讓上位機(jī)能夠顯示出提升機(jī)的所在位置以及實(shí)時(shí)的運(yùn)行速度。同時(shí)，PLC還有一個(gè)非常強(qiáng)大的功能，就是監(jiān)視，能夠?qū)χ苿?dòng)回路以及液壓站的油溫油壓、變頻器的溫度等內(nèi)容進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)視，并將相應(yīng)的信號(hào)反饋到上位機(jī)中。如果有故障被檢測(cè)到，相關(guān)的工作人員就應(yīng)該及時(shí)對(duì)其進(jìn)行處理，讓提升機(jī)能夠順利的運(yùn)行下去。

3.2 變頻器的選擇

變頻器的組成包括四個(gè)部分，分別是逆變器、控制電路、濾波平滑電路以及整流設(shè)備，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況來確定變頻器的容量。在通常情況下，要注意以下兩點(diǎn)：第一，確保變頻器的額定輸出電路比電動(dòng)機(jī)大；第二，確保變頻器的電動(dòng)機(jī)功率比驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率要大。在這兩點(diǎn)前提下，再根據(jù)實(shí)際情況，來選擇變頻器。

3.3 升速降速方式的選擇

在本文描述的提升運(yùn)輸系統(tǒng)當(dāng)中，應(yīng)用了變頻調(diào)速急速，從而從無級(jí)平滑調(diào)速的目的能夠順利達(dá)到，保證了系統(tǒng)的安全性和可靠性。在下方提升機(jī)的時(shí)候，變頻機(jī)會(huì)在某些情況因?yàn)檫^高的發(fā)電電壓而受到損壞，為了防止這種情況的發(fā)生，本系統(tǒng)將變頻器和制動(dòng)電阻結(jié)合在了一起，對(duì)電阻的發(fā)熱效應(yīng)進(jìn)行利用，從而減少成本。

提升運(yùn)輸系統(tǒng)的升降速可以通過跳繩變頻器的頻率高低來實(shí)現(xiàn)，但速度不能調(diào)得太高，否則會(huì)讓電路中的轉(zhuǎn)差率增加，從而讓增加電流。在大多數(shù)情況下，可以采取下面的方式：第一種，頻率和時(shí)間呈線性關(guān)系；第二種，S型方式，開始、結(jié)束時(shí)速度較慢，中間段時(shí)呈線性關(guān)系；第三種，開始時(shí)較慢，中間到結(jié)束時(shí)呈線性關(guān)系。

4 變頻器在提升運(yùn)輸系統(tǒng)中的應(yīng)用以及程序設(shè)計(jì)

4.1 閉環(huán)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)

在提升運(yùn)輸系統(tǒng)當(dāng)中，提升需要經(jīng)過五個(gè)步驟，分別是加速、等速、減速、爬行以及停車抱閘，由于提升機(jī)的較高性能要求，為了增加系統(tǒng)的可靠性和安全性，可以采用PID調(diào)節(jié)和變頻調(diào)速來進(jìn)行相應(yīng)的控制，精度高且操作簡(jiǎn)便。

4.2 原理分析

閉環(huán)控制系統(tǒng)主要由光電編碼器、交流電機(jī)、變頻器以及PLC等組成，能夠有效的定位和控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以根據(jù)事先設(shè)置好的數(shù)值來對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)速的調(diào)整，PLC輸出信號(hào)則讓變頻器的控制有效實(shí)現(xiàn)，且PLC也會(huì)接收到變頻器的運(yùn)行狀態(tài)。這樣，在閉環(huán)控制系統(tǒng)當(dāng)中，可以準(zhǔn)確地控制超調(diào)波動(dòng)，有小控制相應(yīng)的偏差量，讓負(fù)荷的變化以及轉(zhuǎn)速受到的影響有效的降低，讓系統(tǒng)的可靠性和安全性得到保證。

4.3 程序設(shè)計(jì)

提升運(yùn)輸系統(tǒng)的電機(jī)變頻調(diào)速控制程序包括了PLC的控制軟件程序和變頻器的參數(shù)設(shè)定程序。PLC控制軟件程序也分成了中路服務(wù)程序、主程序和子程序，每個(gè)程序都與一個(gè)或者一系列的工作流程相對(duì)應(yīng)，這樣就可以讓程序的調(diào)試和修改工作變得更加的靈活和方便。

5 變頻調(diào)速在煤礦提升運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)行效果分析

在提升運(yùn)輸系統(tǒng)應(yīng)用了變頻調(diào)速技術(shù)之后，省去了大量的接觸器、繼電器以及調(diào)速電阻，讓故障的發(fā)生率大大降低，同時(shí)也能夠有效做好節(jié)能的工作。另外系統(tǒng)采用了PLC變成實(shí)現(xiàn)了提升運(yùn)輸系統(tǒng)主S形速度給定以及操作臺(tái)輔助速度給定，讓自動(dòng)和手動(dòng)調(diào)速能夠順利實(shí)現(xiàn)，便于操作，靈活性高。該系統(tǒng)經(jīng)過MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)之后可以知道，該系統(tǒng)的帶負(fù)載能力、動(dòng)靜態(tài)響應(yīng)特性以及抗干擾能夠都能夠達(dá)到要求，能夠滿足煤礦生產(chǎn)的實(shí)際需要。目前很多公司礦井的提升機(jī)、無極繩絞車以及膠帶輸送機(jī)上都應(yīng)用了變頻調(diào)速技術(shù)，運(yùn)行效果良好，帶來了客觀的經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié)言

本文所描述的提升運(yùn)輸系統(tǒng)充分利用了變頻調(diào)速技術(shù)，有效的提升了提升運(yùn)輸系統(tǒng)的性能，也有其它很多優(yōu)點(diǎn)，如操作方便、安全性和可靠性高、沖擊和噪聲較低等等。該提升運(yùn)輸系統(tǒng)能夠有效的讓運(yùn)輸系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益得到充分的提升，也能夠使煤礦生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展得到進(jìn)一步的促進(jìn)。

[1]鄧玉博.淺談礦井提升運(yùn)輸系統(tǒng)電力拖動(dòng)的發(fā)展現(xiàn)狀[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2009（13）.

[2]吳爽.淺談變頻器節(jié)能的原理及應(yīng)用[J].廣東科技,2007（S2）.

變頻器與煤礦提升運(yùn)輸系統(tǒng)的研究

羅小妮1,巢 琳1，李 巍2

羅小妮，助教，教師，電氣自動(dòng)化。