關(guān)于礦用提升機電控系統(tǒng)性能的改進研究

郝文平 孫云飛

摘要：結(jié)合電控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，通過分析現(xiàn)有電控系統(tǒng)存在問題，開展了提升機電控系統(tǒng)的優(yōu)化改進研究，并對改進后電控系統(tǒng)進行了現(xiàn)場應(yīng)用。結(jié)果表明，新型電控系統(tǒng)具有更高的可靠性和穩(wěn)定性，能明顯減小作業(yè)人員的勞動強度。電控系統(tǒng)的優(yōu)化升級，對提高礦用提升機的運行效率和作業(yè)安全具有重要意義，進一步開展電控系統(tǒng)的優(yōu)化研究，將成為后期研究的重點。

關(guān)鍵詞：煤礦提升機;電控系統(tǒng);改進

引言：礦用提升機是井下作業(yè)的重要運輸工具，而現(xiàn)有的提升機普遍存在結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)速性能差、速度控制精度窄、運行可靠性低等問題，其大部分故障發(fā)生原因主要來自于提升機中的電控系統(tǒng)問題，提升機設(shè)備一旦發(fā)生故障，將直接影響著井下的生產(chǎn)效率和作業(yè)安全。據(jù)統(tǒng)計，2016年，僅淮南煤礦中因提升機電控系統(tǒng)出現(xiàn)故障而導致的煤礦事故多達30余起，占該煤礦全年所有故障事故的1/3，直接給煤礦企業(yè)造成了約120萬元的經(jīng)濟損失。因此，非常有必要對提升機電控系統(tǒng)進行升級改進設(shè)計。以礦用提升機電控系統(tǒng)調(diào)速原理分析為理論基礎(chǔ)，通過對電控系統(tǒng)現(xiàn)狀進行分析，開展了電控系統(tǒng)的優(yōu)化改進設(shè)計，并對其進行了現(xiàn)場應(yīng)用測試。

1電控系統(tǒng)調(diào)速原理

電控系統(tǒng)作為提升機的主要組成部分，其結(jié)構(gòu)主要由電源柜、變頻器、操作控制臺、PLC控制臺、各種傳感器等幾部分組成。電控系統(tǒng)調(diào)速過程主要包括絞車電機為驅(qū)動電機的正常逆變過程和絞車電機為發(fā)電機的能量回饋過程;其中，正常逆變過程主要由正常逆變、整流、濾波等部分組成，是電控系統(tǒng)的核心部分，通過改變電機定子的供電頻率，來實現(xiàn)對輸出電壓的改變，以起到調(diào)速作用，其調(diào)速原理如圖1所示。而能量回饋過程主要由整流、回饋逆變和輸出濾波三部分組成，可通過正常逆變部分中IGBT二極管完成整流過程，并在系統(tǒng)中的兩個調(diào)節(jié)器之間的串聯(lián)作用，通過控制電機扭矩大小、功率輸出、機械制動器控制等操作，實現(xiàn)對交流電機轉(zhuǎn)速、電流大小的調(diào)節(jié)和控制。另外，電控系統(tǒng)中的PLC控制臺，可針對提升機出現(xiàn)故障問題時，以故障問題檢測和計算為基礎(chǔ)，啟動故障備用信號，以快速提醒維修人員對設(shè)備進行維修。

2提升機電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成礦用提升機結(jié)構(gòu)

主要由提升機、電控系統(tǒng)、裝卸載設(shè)備、鋼絲繩、提升容器、井架及電氣設(shè)備等結(jié)構(gòu)組成，其中，電控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要包括電源柜、變頻器、操作控制臺、PLC控制臺、各種傳感器等幾部分。電源柜主要是通過內(nèi)部的隔離開關(guān)向提升機、PLC控制臺、變頻器、操作控制臺等部件提供電源;同時，當提升機系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可通過PLC控制臺的遠程監(jiān)控運行，啟動故障備用信號，以快速提醒維修人員對設(shè)備進行維修;電控系統(tǒng)中的變頻器，可通過控制扭矩大小、功率輸出、機械制動器控制等操作，實現(xiàn)對交流電機的控制。另外，在操作控制臺上設(shè)置了手動、自動、檢修轉(zhuǎn)換開關(guān)、顯示屏等設(shè)備，通過操作控制臺，可實現(xiàn)對提升機運行狀況、故障問題等現(xiàn)象及運行數(shù)據(jù)進行實時顯示，并通過遠程控制方式，實現(xiàn)對提升機的故障診斷，以此快速實現(xiàn)對提升機故障問題的維修。

3現(xiàn)有電控系統(tǒng)存在問題

目前，煤礦提升機電控系統(tǒng)主要采用了交交變頻控制技術(shù)，可滿足大功率、低速調(diào)節(jié)、高轉(zhuǎn)矩等不同工況下的使用需求，但在使用過程中，仍存在故障率高、可靠性低等問題，其具體問題主要如下

3.1現(xiàn)有礦用提升機系統(tǒng)中的驅(qū)動電機主要采用交流異步電機，配置繼電器、接觸器等部件，通過串連或切斷電阻方式實現(xiàn)對電機的調(diào)速，其整個控制系統(tǒng)存在結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)速性能差、速度控制精度低等問題，且在日常的使用過程中，其整體節(jié)能效果較差，在提升機啟動瞬間對設(shè)備自身會產(chǎn)生較大沖擊作用。

3.2電控系統(tǒng)中的行程控制系統(tǒng)的綜合性能較低主要采用人工提前設(shè)置行程開關(guān)的時間和機械行程，以機械設(shè)置為主，而未充分將計算機控制系統(tǒng)全面應(yīng)用到電控系統(tǒng)中，具有一定的不便操作性和精度控制較低等問題。

4電控系統(tǒng)升級改進設(shè)計

4.1大功率整流柜改進

整流柜是電控系統(tǒng)中的主要設(shè)備，可通過內(nèi)部將將外界輸入電壓進行整流后，轉(zhuǎn)換為提升機內(nèi)部電器工作所需的電壓。結(jié)合現(xiàn)有整流柜性能特點，將內(nèi)部的管芯進行替換，并將三相橋上的2只晶閘管進行反并聯(lián)，增設(shè)快速熔斷器保護晶閘管、磁環(huán)、RC電磁環(huán)路等橋臂保護裝置。同時，將其內(nèi)部的冷卻方式改為風冷，可更好的對整流柜進行冷卻。另外，在現(xiàn)有功能中，增加了晶閘管導通監(jiān)視回路、風壓檢測回路、系統(tǒng)報警回路、晶閘管過電壓保護回路等，可更加快速、安全的實現(xiàn)對整流柜的安全保護。由此，確定了整流柜的主要參數(shù)及配置如表1所示4.2總體方案改進

結(jié)合現(xiàn)有提升機電控系統(tǒng)的性能特點，首先對其總體方案進行了改進設(shè)計。改進后的電控系統(tǒng)主要包括主控PLC控制臺、監(jiān)控PLC控制臺、6RA70電樞整流器、6RA70勵磁整流器、各類傳感器、操作臺及上機位等組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。在整個電控系統(tǒng)中，主控PLC控制臺作為主控制站，直流流調(diào)速裝置和監(jiān)控PLC控制臺為從控制站，系統(tǒng)中的所有指令、控制動作主要經(jīng)PLC控制后進行發(fā)出通過監(jiān)控PLC控制臺的運行，完成對提升機的系統(tǒng)監(jiān)測和保護[2-3]。同時，在天輪、傳動軸上增設(shè)了光電編碼器，其發(fā)出的反饋速度信號可直接發(fā)送至主控PLC控制臺上，形成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對天倫、傳動軸運行狀態(tài)的檢測運算。由此，可對提升機進行更加全面的檢測診斷，提升了電控系統(tǒng)的綜合性能。4.3安全回路改進

現(xiàn)有安全回路基礎(chǔ)上，將電控系統(tǒng)改進為了包含PLC控制安全回路和繼電器安全回路的雙線制安全回路，當系統(tǒng)中出現(xiàn)直流側(cè)快開動作跳閘、主控制器PLC故障、調(diào)速器故障等重事故時，可將線路接入繼電器硬安全回路中，即可進行跳閘停車;而針對系統(tǒng)中的各種輕事故，可將故障的發(fā)生位置接入至主控PLC和上機位中，實現(xiàn)對故障的手動控制及聲光報警，同時，將電流、電壓、溫度、故障類別等故障類別進行實時記錄和顯示。另外，由繼電器構(gòu)成的安全回路，同樣可實現(xiàn)安全回路接點狀態(tài)監(jiān)視等功能，改進后的安全回路如圖3所示。因此，改進后的安全回路更加系統(tǒng)，能更好的對提升機運行過程進行安全保護。5改進后電控系統(tǒng)實際應(yīng)用情況結(jié)合前文設(shè)計，將改進后的提升機電控系統(tǒng)在煤礦中進行了現(xiàn)場應(yīng)用。在現(xiàn)場應(yīng)用中，改進后的電控系統(tǒng)具有更加智能的運行狀態(tài)控制，提升機的升降方式、運行速度、啟停位置均通過了電控系統(tǒng)中的PLC進行智能控制，而無需人員進行操作控制，減小了作業(yè)人員的勞動強度，提高了提升機的工作效率。同時，該系統(tǒng)中在運行過程中，不僅能根據(jù)提升機故障情況及時發(fā)出報警提示，準確顯示故障發(fā)生位置，而且還將提升機運行數(shù)據(jù)進行了自動檢測和存儲。據(jù)現(xiàn)場工作人員介紹，該電控系統(tǒng)與傳統(tǒng)相比，檢測和控制精度更高，控制方式更加智能化，得到了現(xiàn)場工作人員的一致好評。

結(jié)論：改進后的新型電控系統(tǒng)具有更高的可靠性和運行穩(wěn)定性，能明顯減小作業(yè)人員的勞動強度。電控系統(tǒng)的優(yōu)化升級，對提高礦用提升機的運行效率和作業(yè)安全具有重要意義。

參考文獻：

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