礦井提升機控制系統發展的研究

郭建軍

摘 要：礦井提升機控制系統作為煤礦的主要生產設備，關系到煤礦高效和安全生產，主要要求如下：平滑的調速性能、高精度、實現四象限運行、很好的檢測速度和行程、具備良好的故障監測功能、具備可靠的制動控制系統等。

關鍵詞：礦井提升機；控制系統；發展現狀；改造

礦井提升機調速的控制系統具有自動化的特點，全面控制提升機調速，促使其滿足礦井作業的需求，以免超出礦井提升機的規定負載。礦井提升機調速控制系統的設計與應用，需要符合礦井作業的實踐需求，一方面體現調速控制系統的優勢，另一方面改善礦井提升機的性能，加強提升機調速的控制能力。

1 礦井提升機的電氣控制系統概述

在礦井提升機有所改進之前我國礦井提升機一般采用交流傳動方式。但是直流傳動方式的缺點是對交流電網的無功沖擊大，會產生較大的啟動壓降；高次諧波會引起交流電網電壓正弦波形的畸變，干擾其它用電設備；運行功率因數低；建設投資大、基礎費用高。

后來隨著礦井的規模愈來愈大，同時對提升自動化水平的要求也越來越高，隨著電動機矢量控制思想的提出以及電力半導體技術和交流電動機傳動方式的開發和生產，礦井提升機傳動裝置開始向交流傳動方式發展。例如繞線電動機轉子回路串電阻調速系統，但它存在很大缺點，調速控制性能差、耗電量大，而且由于其調速的非連續性，系統的機械沖擊及對電網的沖擊均很大。

現代技術的不斷發展將變頻調速技術、PLC技術融入提升機電控系統，可使提升機電控結構簡單，節省大量的交流接觸器、時間繼電器、中間繼電器及過電流繼電器，從而大大提高提升機的可靠性、可控性和安全性；可在提升電動機工作在發電狀態時，將電能回饋給電網，有很好的調速特性，過渡過程平穩，且速度連續可調，機械沖擊小，并且節約了電能。

2 控制系統結構原理

大功率變頻裝置可以將工頻三相交流電經過交直變換之后經過逆變器，利用設定的參數進行了逆變，使得輸出為某一相應設定頻率的交流電。變頻器輸出頻率的變化，將導致電動機的輸出轉速變化，二者之間的關系近似線性。這樣，就起到了調速的作用。

在電路系統中，為了保證正常運行安全，必須將設備可靠的接地，因此，變頻器的接地端也應可靠接地。主回路中，用于連接制動單元和制動電阻的端子，用于防止提升機在垂直方向上運行時，發生工件在帶動電動機運轉，而產生很大的再生電動勢，即泵升電壓過高，損壞變頻器的現象出現。加入外接制動電阻或外接制動單元可消耗部分能量，提高變頻器的工作能力。根據變頻調速原理，在變頻器的控制輸入回路中接入頻率設定電路，由PLC輸出的模擬量，即電壓或電流信號來控制變頻器的輸出頻率。此時的變頻器輸出頻率與設定電壓或電流輸入成正比。為了便于監控變頻器的運行狀態并及時發現異常，取出變頻器的異常信號送到PLC的輸入模塊，以作為變頻器的事故報警信號。

由于提升機是在礦井使用，還需設計防爆裝置，在加上防爆外殼后，變頻器產生的熱損耗不能排出會導致其溫升過高而影響正常運行，變頻器的通風系統我的設計為水冷系統，帶有雙循環熱交換器，內循環的水將變頻器功率部件的熱傳導給空氣，空氣經由外循環把熱量排出井外。

提升機緊急制動系統為恒減速緊急制動控制，它通過檢測制動過程中的實際速度值，換算為減速度，實現制動對減速度的半閉環控制（即只能控制制動過程中液壓壓力的下降，而不能使之上升）。其基本的控制原理為：設定一個“停止起始頻率”，當變頻器的工作頻率下降時，變頻器將輸出一個“頻率到達信號”，使主控系統檢測到緊急制動減速度達到預定值，保持此時的制動壓力來達到恒減速度的目的。

3 電氣控制系統在提升機系統中的發展現狀

3.1 提升行程控制。位置控制是提升機的控制的本質，在工作中的預定地點要保證提升容器準確停車，不能出現誤差要求準確度很高。利用微計算機控制結合傳感器控制信號。傳感器將接收到的信號進行精確感知，進行處理，據此來確定出系統的準確的位置，進而施以控制和保護。

3.2 提升過程監視。安全可靠性是第一位的，所以提升過程監視與安全回路一樣，是現代提升機控制的重要環節，是安全可靠的保障。

3.3 安全回路。作為礦井保護的最后環節之一安全回路環節極為重要，準確地實施安全制動，使安全回路具有完善的故障監視功能，這樣在安全回路本身故障時，在提升機本身故障時都可以檢測到來避免危險的發生。

4 礦井提升機調速控制系統的改造

4.1 礦井提升機調速控制系統的參數。該礦井提升機調速控制系統中電動機功率為75kW，提供最大的提升速度是2.5m/s，運行中的減速比是24∶1，利用轉子串電阻進行調速控制。該提升機調速控制系統的運行較為傳統，以變頻調速為核心設計系統改造。

4.2 系統參數的相關改進。該礦井提升機調速控制系統圍繞變頻調速進行參數改進，分析具體的改進措施。如：（1）針對礦井提升機啟動的各個速度階段，實行頻率改進，結合變頻調速裝置，將提升機速度重新劃分為四個階段，在提升機運行中提供啟動和變化的速度，在變頻調節的狀態下確保提升機的速度達到最佳狀態；（2）規定提升機啟動和制動的頻率是0.2Hz，速度控制的頻率上限是50Hz，利用變頻調速提供矢量控制，確保該礦井能夠準確地控制提升機的速度，實現穩定的速度調節，改善調速控制的環境。

4.3 PLC控制裝置。PLC電控選擇雙套不同配置的可編程序控制器，主控PLC輸入輸出口留有一定的余量，主要由CPU板、電源板、高速計數器、數字量I/O板、模擬量I/O板、通訊板等硬件組成。輔控PLC可以進行電子數字監控，操作臺上需要從PLC輸入輸出口進行接線的，都需要從輔控PLC接線，并與主控PLC進行網絡通訊，以進行網絡化控制。提升機手動、半自動、緊急制動、慢動、換層等操作功能都是由主控PLC應用軟件實現的，同時還可以進行提升過程各階段的速度閉環控制。雙套PLC可以進行軟硬件上的聯鎖，從而有效監視PLC實際運行情況，避免由于PLC死機等原因而出現的各種故障，最終實現對整個系統的安全保護與實時監測。

4.4 保護功能設置。先根據設定減速度減速，再緊急停車的故障：通風機在運行中停機、主電機軸承超過其能夠承受的熱量接受程度、液壓制動系統油量不足或油溫超限、變頻器局部故障、控制電源欠壓、閘盤偏擺及閘瓦磨損等。

在完成某次提升之后不能再次開車故障：主電機溫度過高、控制柜溫度超過最高溫限制、信號電源接地故障、低壓電源漏電等。

緊急制動故障：提升容器過卷、鋼絲繩滑動超限、安全制動按鈕指令故障、高低壓電源斷電故障、變頻器故障、制動系統油壓故障、減速段過速10%、最大運行速度超15%等。

5 結語

礦井提升機調速和控制系統的不斷完善使得礦井的發展、經濟效益都有很大的提升，但我們不能滿足于現狀，我們應該不斷總結經驗吸取先進理論，融入我們的實際情況，不斷改進完善，更好的促進礦井的安全生產和經濟發展。

參考文獻

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