礦井提升機控制系統(tǒng)發(fā)展的研究論文
摘要：礦井提升機控制系統(tǒng)作為煤礦的主要生產(chǎn)設(shè)備，關(guān)系到煤礦高效和安全生產(chǎn)，主要要求如下：平滑的調(diào)速性能、高精度、實現(xiàn)四象限運行、很好的檢測速度和行程、具備良好的故障監(jiān)測功能、具備可靠的制動控制系統(tǒng)等。
關(guān)鍵詞：礦井提升機；控制系統(tǒng)；發(fā)展現(xiàn)狀；改造
礦井提升機調(diào)速的控制系統(tǒng)具有自動化的特點，全面控制提升機調(diào)速，促使其滿足礦井作業(yè)的需求，以免超出礦井提升機的規(guī)定負(fù)載。礦井提升機調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用，需要符合礦井作業(yè)的實踐需求，一方面體現(xiàn)調(diào)速控制系統(tǒng)的優(yōu)勢，另一方面改善礦井提升機的性能，加強提升機調(diào)速的控制能力。
1、礦井提升機的電氣控制系統(tǒng)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(wǎng)的無功沖擊大，會產(chǎn)生較大的啟動壓降；高次諧波會引起交流電網(wǎng)電壓正弦波形的畸變，干擾其它用電設(shè)備；運行功率因數(shù)低；建設(shè)投資大、基礎(chǔ)費用高。
后來隨著礦井的規(guī)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(dǎo)體技術(shù)和交流電動機傳動方式的開發(fā)和生產(chǎn)，礦井提升機傳動裝置開始向交流傳動方式發(fā)展。例如繞線電動機轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速系統(tǒng)，但它存在很大缺點，調(diào)速控制性能差、耗電量大，而且由于其調(diào)速的非連續(xù)性，系統(tǒng)的機械沖擊及對電網(wǎng)的沖擊均很大。
現(xiàn)代技術(shù)的不斷發(fā)展將變頻調(diào)速技術(shù)、PLC技術(shù)融入提升機電控系統(tǒng)，可使提升機電控結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)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(fā)電狀態(tài)時，將電能回饋給電網(wǎng)，有很好的調(diào)速特性，過渡過程平穩(wěn)，且速度連續(xù)可調(diào)，機械沖擊小，并且節(jié)約了電能。
2、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理
大功率變頻裝置可以將工頻三相交流電經(jīng)過交直變換之后經(jīng)過逆變器，利用設(shè)定的參數(shù)進行了逆變，使得輸出為某一相應(yīng)設(shè)定頻率的交流電。變頻器輸出頻率的.變化，將導(dǎo)致電動機的輸出轉(zhuǎn)速變化，二者之間的關(guān)系近似線性。這樣，就起到了調(diào)速的作用。
在電路系統(tǒng)中，為了保證正常運行安全，必須將設(shè)備可靠的接地，因此，變頻器的接地端也應(yīng)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(fā)生工件在帶動電動機運轉(zhuǎn)，而產(chǎn)生很大的再生電動勢，即泵升電壓過高，損壞變頻器的現(xiàn)象出現(xiàn)。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(jù)變頻調(diào)速原理，在變頻器的控制輸入回路中接入頻率設(shè)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(shè)定電壓或電流輸入成正比。為了便于監(jiān)控變頻器的運行狀態(tài)并及時發(fā)現(xiàn)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(shè)計防爆裝置，在加上防爆外殼后，變頻器產(chǎn)生的熱損耗不能排出會導(dǎo)致其溫升過高而影響正常運行，變頻器的通風(fēng)系統(tǒng)我的設(shè)計為水冷系統(tǒng)，帶有雙循環(huán)熱交換器，內(nèi)循環(huán)的水將變頻器功率部件的熱傳導(dǎo)給空氣，空氣經(jīng)由外循環(huán)把熱量排出井外。
提升機緊急制動系統(tǒng)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(xiàn)制動對減速度的半閉環(huán)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(shè)定一個“停止起始頻率”，當(dāng)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(tǒng)檢測到緊急制動減速度達到預(yù)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(tǒng)在提升機系統(tǒng)中的發(fā)展現(xiàn)狀
3.1 提升行程控制。位置控制是提升機的控制的本質(zhì)，在工作中的預(yù)定地點要保證提升容器準(zhǔn)確停車，不能出現(xiàn)誤差要求準(zhǔn)確度很高。利用微計算機控制結(jié)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(jù)此來確定出系統(tǒng)的準(zhǔn)確的位置，進而施以控制和保護。
3.2 提升過程監(jiān)視。安全可靠性是第一位的，所以提升過程監(jiān)視與安全回路一樣，是現(xiàn)代提升機控制的重要環(huán)節(jié)，是安全可靠的保障。
3.3 安全回路。作為礦井保護的最后環(huán)節(jié)之一安全回路環(huán)節(jié)極為重要，準(zhǔn)確地實施安全制動，使安全回路具有完善的故障監(jiān)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(fā)生。
4、礦井提升機調(diào)速控制系統(tǒng)的改造
4.1 礦井提升機調(diào)速控制系統(tǒng)的參數(shù)。該礦井提升機調(diào)速控制系統(tǒng)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(zhuǎn)子串電阻進行調(diào)速控制。該提升機調(diào)速控制系統(tǒng)的運行較為傳統(tǒng)，以變頻調(diào)速為核心設(shè)計系統(tǒng)改造。
4.2 系統(tǒng)參數(shù)的相關(guān)改進。該礦井提升機調(diào)速控制系統(tǒng)圍繞變頻調(diào)速進行參數(shù)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(jié)合變頻調(diào)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(diào)節(jié)的狀態(tài)下確保提升機的速度達到最佳狀態(tài)。
�。�2）規(guī)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(diào)速提供矢量控制，確保該礦井能夠準(zhǔn)確地控制提升機的速度，實現(xiàn)穩(wěn)定的速度調(diào)節(jié)，改善調(diào)速控制的環(huán)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(shù)器、數(shù)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(shù)字監(jiān)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(wǎng)絡(luò)通訊，以進行網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用軟件實現(xiàn)的，同時還可以進行提升過程各階段的速度閉環(huán)控制。雙套PLC可以進行軟硬件上的聯(lián)鎖，從而有效監(jiān)視PLC實際運行情況，避免由于PLC死機等原因而出現(xiàn)的各種故障，最終實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的安全保護與實時監(jiān)測。
4.4 保護功能設(shè)置。先根據(jù)設(shè)定減速度減速，再緊急停車的故障：通風(fēng)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(tǒng)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(tǒng)油壓故障、減速段過速10%、最大運行速度超15%等。
5、結(jié)語
礦井提升機調(diào)速和控制系統(tǒng)的不斷完善使得礦井的發(fā)展、經(jīng)濟效益都有很大的提升，但我們不能滿足于現(xiàn)狀，我們應(yīng)該不斷總結(jié)經(jīng)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(chǎn)和經(jīng)濟發(fā)展。
參考文獻
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