分析煤礦提升機的電力拖動與控制系統

楊鵬振

摘 要：在我國大部分煤礦礦井中，提升機是重要組成部分之一，煤炭提升的重任都由提升機擔負著，提升機在礦井中發揮的作用至關重要。近年來，我國不斷進步的科學技術對礦井現代化生產提出了更高了要求，隨著礦井對提升機的要求也不斷提升，傳統的礦井提升機其較低的控制精度、較差的調速性能和不完善的檢測系統已無法滿足現代生產需求。電力拖動與控制系統由于具有較高的穩定性和精度，同時具有全數字自動檢測和圖形顯示的特殊優點而被廣泛應用于礦井中。本文主要對煤礦礦井提升機的現狀進行了分析，闡述了電力拖動和控制系統的技術特點和控制理論，希望能夠給今后的提升機應用提供技術參考。

關鍵詞：煤礦提升機；電力拖動；控制系統

煤礦生產安全受全國之關注，煤礦事故頻發，中央樁關領導特別重視，相關部委下發文件，推廣《數字化瓦斯監控系統》。煤礦安全不僅僅是瓦斯，只不過于瓦斯事故比較起來，其他設備事故顯得較小，但也不容忽視。礦井提升機電力拖動與電控系統主要技術特點是對稱硅過電壓吸收器和適用于頻繁起動的專用真空接觸器。近幾年煤礦事故不斷發生，提升機控制系統失控造成全速過卷事故也時有發生，給煤礦安全生產造成巨大損失。為此我們國家列出專項，重點創新項目就是煤礦提升機電力拖動與控制系統。

1 國內提升機現狀

我國煤礦提升機電力拖動控制系統，在20世紀80年代中期之前全部采用傳統的仿蘇式裝備，技術水平低，性能落后，“七五”到“九五”期間，一些科研單位對提升機拖動系統中的組成單元進行研制創新，先后開發了TGZH3-250/6型高壓真空換向柜，TDZK-600/1140型電動機轉子調速柜，1989年中南煤炭機電研究所展開采用可控硅開關原理應用于調速電路中，采用PLC作主控設備的研制，1993年在我國煤炭生產中得到了應用，對煤礦安全生產起到了良好的作用。在七五期間，國家明令淘汰五十年代初期生產的CG5―150/6型空氣換向器，至今已30年之久，我國有些煤礦還在使用。造成之一原因是替代產品高壓真空換向器在頻繁的工作中產生有過電壓直接危害礦井提升機電動機的安全。隨著人們對提升機工作特性的認識進一步深化，各種新技術、新工藝逐步應用于礦井提升設備中。特別是模擬技術、微電子技術、微電腦技術在提升機控制中的應用己成為必然的發展方向。

近幾年真空接觸器的觸頭材質配方有所改變。很多廠家認為截流參數變小，采用真空接觸器配合電容和電阻或壓敏電阻就能保證提升機的安全，所以有很多生產高壓真空換向柜的廠家，這些產品采用市售真空接觸器和壓敏電阻等是造成燒壞電機的主要原因。礦井提升以較高的速度往復運行的，在一定的距離內，完成上升與下降的任務。必須具備良好的機械性能，在此基礎上，為確保提升機能夠達到高效、安全，可靠地連續工作，還應該具有良好的電氣控制設備和完善的保護裝置閉。考慮上述分析的關于礦井提升機的工作特點的基礎上，安全可靠、運行高效目定位準確的能力對于礦井提升機的電力拖動系統具有很大的幫助，這樣才能有效地滿足礦井提升工藝過程的需要。目前正在應用的礦山電力拖動系統方案有交流電動機轉子串電阻調速、晶閘管供電的直流電動機調速、晶閘管交一交變頻同步電動機矢量控制方案、交流電動機雙PWM交一直一交直接轉矩控制系統等。

2 系統技術特點

控制系統是在以往多項科研成果、科技攻關、國家專利的基礎上，進行技術綜合和創新提高，推出一種集高壓真空轉換柜、電動機轉子真空柜或可控硅調速柜，主控、制作等操作功能的全數字話及自動監測、多種安全保護齊全的控制系統，擁有獨立的自主知識產權。

1、主執行機構： 型高壓真空轉換柜，采用專利技術，河南省重點技術創新項目往復式真空接觸器，可根據電壓等級的不同應用于6KV、10KV、3.6KV等不同場合，操作過電壓的概率為0.02%，徹底解決了由于頻繁的操作引起的過電壓損壞電機和事故的發生。

2、調速機構：TGZK-600/1140型轉子真空柜、TSCR-3500/3500型轉子可控硅柜，該產品在實際工作中性能穩定可靠，真空接觸器分合閘速度快、特性好，系統控制電壓選配合適，故障率很小。可控硅交換開關的應用也是一項成熟技術，關鍵是選配可控的配對誤差，為實現斬波調速控制轉子電阻打下基礎。

3、電源供給機構：TGZK-600/10型高壓真空開關柜，配裝GN28-630/10型真空斷路器和CD11型操作機構組成，具備電壓、電流環節保護，實現高壓停電閉鎖，檢修斷電安全保護。

4、主控機構：過去的繼電器邏輯電路由軟件實現，運行參數可用程序設定，系統可實現手動和自動控制。具有多項運行圖形顯示和齊全的保護功能。系統采用了高性能的PLC模塊化結構，主要包括主控系統、檢測監控系統、上位機監視系統。

3 選擇高壓真空換向柜的條件

1、我國煤礦生產90%為交流電機拖動礦井，提井機工作，在電控系統中，效能的執行者是換向控制柜，它直接控制提升機的上升和下降，是煤礦企業生產設備中的重中之重。本文結合煤礦安全生產，和目前多家煤礦使用相關產品存在的問題提出建議，供今后選用產品時比較。

2、高壓真空換向柜依據提升及所需電控情況而定。有配動力制動和低頻制動之分，內設有專用的換向真空接觸器和電氣與機械閉鎖裝置。

3、過電壓吸收裝置很關鍵，前文簡單的描述了過電壓的機理于相關條件，證明了開關截流不是控制操作過電壓的有襯條件。

4、阻容過電壓吸收式不能全過程對真空換向時的操作過電壓起到保護作用，因為它與開關和電機串聯后梅成一個整體，滿陣耦合相互作用，有時很容易形成電流等值。

5、每種型號的真空換向柜應有相對應的國家測試機構過電壓的測試報告，科學技術鑒定證書等。

4 系統控制理論

提升機控制系統的穩定和控制特性的好壞，與電機的特性、干擾信號的形式和幅值，控制方案以及控制規律有關。所以在控制方案設計合理、設備安裝正確的前提下，這個控制系統的質量就取決于控制器的選型和PID參數的整定。

1、具有比例作用的控制器，具有3種控制的優點：比例作用的特點是控制器的輸出和偏差大小成比例；控制作用及時，積分作用特點是能夠消除余差；微分作用特點是控制器的輸出與偏差的變化速度成正比，有超前作用，能有效地克服控制對象的容量滯后，三作用控制器的功能較為完善，在提升機全數字系統中將發揮他的優良作用。

2、提升速度V=KP/T，每個脈沖代表的距離為K，時間間隔為T，提升距離H=KN，計數脈沖為N，脈沖差值P。在相等的時間內讀取脈沖數值，除以間隔時間，從而得出速度。

3、抗干擾措施。該系統本身以適應惡劣的工業應用環境，有較高的抗干擾能力，內部有信號調節和濾波，有良好的抗電子噪聲干擾能力，CPU單元及每個I/O單元中，已具有電源多重濾波。系統電路中加裝穩壓電源提高系統的供電質量外，又加裝了電源隔離裝置，頻率信號用屏蔽線輸送，抗干擾端子和主機大地端子接地，軟件系統采用數字濾波，輸入、輸出電源采用抗干擾能力強的開關電源等措施。

5 結束語

煤礦的安全生產，礦井提升機運輸為重中之重。由于我國礦井提升機電控生產廠家之多，真空換向柜被國家列為CG5空氣換向器的替代產品。產品型號繁雜，多數產品屬無證產品，更不可能有國家相關的測試證書、鑒定證書，給很多使用單位造成電機損壞，影響礦井的提升和安全。煤礦提升機電力拖動控制系統是以多項科研成果的基礎上進行技術綜合和創新推出的一種全數字及自動監測、圖形顯示、多種保護齊全的控制系統。

參考文獻

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