1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)的技術(shù)改造 摘要：礦井提升機(jī)承擔(dān)著向井下輸送工作人員以及礦石等任務(wù),每天的工作量十分繁重。我國礦井提升機(jī)電控多數(shù)采用轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方式，這類電控系統(tǒng)缺點(diǎn)較多。為了提升礦井提升機(jī)的運(yùn)行可靠性，礦井提升機(jī)的電控系統(tǒng)采用PLC控制進(jìn)行了改造。改造后的提升機(jī)電控調(diào)速系統(tǒng)與原有交流電機(jī)串電阻調(diào)速方式相比，調(diào)速性能大為提高，而且安全性、可靠性和生產(chǎn)效率都有所提高。關(guān)鍵詞：礦井提升機(jī)；電控系統(tǒng)；PLC；改造引言：對于礦井提升機(jī)的電控系統(tǒng)來講，不但要滿足復(fù)雜的操作，還必須保證很高的可靠性。目前，我國礦井提升機(jī)普遍采用的是電機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速系統(tǒng)，通過逐級切斷串入的

2、電阻，來達(dá)到分級調(diào)速的目的。這種調(diào)速方法屬于功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)，耗電量較大；而且這種調(diào)速系統(tǒng)的控制性能不夠理想，還會給電網(wǎng)造成很大的諧波影響。對傳統(tǒng)的提升機(jī)調(diào)速進(jìn)行改造迫在眉睫，由于變頻調(diào)速的調(diào)速特性很好，過渡過程非常平穩(wěn)，而且節(jié)能效果明顯。因此，將變頻調(diào)速技術(shù)、可編程控制器（PLC）技術(shù)應(yīng)用到提升機(jī)電控系統(tǒng)當(dāng)中，是保證提升機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行的必然選擇。一、電控系統(tǒng)存在的不足和改造趨勢1.1電機(jī)串電阻調(diào)速方式的缺點(diǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速方法是通過分合串聯(lián)在轉(zhuǎn)子回路多級電阻,也就是調(diào)整異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率來進(jìn)行調(diào)速的。這種調(diào)速方法操作比較簡單，投資較少,同時也存在很多弊端：如功率因數(shù)較低，有諧波污染。

3、在提升機(jī)反復(fù)的啟動以及制動的工作過程當(dāng)中，電機(jī)轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻進(jìn)行調(diào)速也會產(chǎn)生很大的能量損耗，同時由于啟動和換擋時會有電流的沖擊，也會產(chǎn)生一定的諧波污染,不但造成了電能的浪費(fèi)而且會危害設(shè)備的安全。另外這種調(diào)速方法調(diào)速范圍十分有限，特別是當(dāng)負(fù)載波動時較難實(shí)現(xiàn)恒定的減速控制。電機(jī)的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)控制由接觸器完成且電機(jī)存在滑環(huán)等因素，控制電路會隨著元件的磨損，工作特性變差，控制精度降低，容易出現(xiàn)故障。調(diào)速平滑性差，提升機(jī)在減速和爬行階段的速度控制性能差，會對鋼絲繩等其它機(jī)械設(shè)備造成不可避免的機(jī)械沖擊。1.2電控系統(tǒng)中調(diào)速控制的趨勢從交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式可以看出，通過改變電源的頻率，就可以實(shí)現(xiàn)交流電機(jī)的調(diào)速。這種

4、調(diào)速方法和轉(zhuǎn)子側(cè)串聯(lián)電阻來進(jìn)行調(diào)速相比，變頻調(diào)速具有非常大的優(yōu)勢:如電能的利用率高,功率因數(shù)幾乎達(dá)到1,對裝有AFE變頻器的電控系統(tǒng)還可以在重物下放過程中勢能轉(zhuǎn)化成的電能返回系統(tǒng),具有較高的電能利用效率,而且對電網(wǎng)電流沒有諧波污染。變頻調(diào)速系統(tǒng)還具有啟動時轉(zhuǎn)矩大,啟動和加速時所需電流較小,所以對電網(wǎng)和設(shè)備的沖擊性小。可以實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的無級調(diào)速、恒定加速或者恒定減速制動,可以較好的預(yù)防提升機(jī)發(fā)生過卷、過放事故。由于變頻調(diào)速啟動和加減速制動十分平穩(wěn),減小了對鋼繩的機(jī)械沖擊,延長了鋼繩的壽命。變頻調(diào)速控制電機(jī)和繞線式電機(jī)比,其體積較小,結(jié)構(gòu)很簡單,電機(jī)沒有換相器件,無需特殊維護(hù)等。老式電控中的繼電器單

5、元由PLC來替代,減少了速度繼電器和方向繼電器等的使用,控制線路得到了簡化。而且PLC軟件控制可方便的實(shí)現(xiàn)堵轉(zhuǎn),編碼器的等速過速,對編碼器的深度值進(jìn)行比較以及錯向等功能,使得電控系統(tǒng)的安全性和可靠性很大的提高。隨著節(jié)約能源作為企業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的必然要求,日益成熟變頻調(diào)速裝置其價格的也會逐漸降低,變頻調(diào)速與PLC控制在礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)中將會得到十分廣泛的使用。二、提升機(jī)電控系統(tǒng)改造原則和方案在保證系統(tǒng)功能及安全性的前提下,充分利用現(xiàn)有設(shè)備，降低改造成本。提升機(jī)電控為交流繞線電機(jī)串電阻調(diào)速方式,隨著礦石供應(yīng)的緊張及井下生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大,原提升機(jī)和電控系統(tǒng)已不能滿足生產(chǎn)需要故對其進(jìn)行了技術(shù)改造。電控系統(tǒng)

6、主要由傳動、控制和供電部分等組成，原理如圖1所示。圖1 提升機(jī)電控原理圖三、提升機(jī)電控系統(tǒng)改造3.1傳動部分的改造變頻器選用ABB公司的ACS800系列,該變頻調(diào)速器是多處理器、模塊化的控制系統(tǒng),選用直接轉(zhuǎn)矩的控制方式,額定電壓為690V,功率因數(shù)接近1,變頻器的效率為96%左右, 在150%負(fù)載情況下過載運(yùn)行時間為5分鐘, 在200%負(fù)載情況下過載運(yùn)行時間為1分鐘,具有良好的性能,在不同礦井的提升機(jī)中已經(jīng)多處運(yùn)用。全數(shù)字變頻調(diào)速系統(tǒng)的電機(jī)控制模塊是以微處理軟件為基礎(chǔ)，微處理器依據(jù)檢測到的信號、參數(shù)的整定值、I/O控制模塊的信號以及來自控制面板的命令來對電機(jī)加以控制。電機(jī)控制模塊向控制電機(jī)的集

7、成電路專用發(fā)出信號,計(jì)算出開關(guān)管IGBT的開關(guān)時刻,驅(qū)動電路發(fā)出信號信號來驅(qū)動開關(guān)管IGBT動作。控制面板作為用戶和變頻器的連接橋梁,用戶可以通過控制面板來對一些參數(shù)進(jìn)行設(shè)置,也可以從中讀取數(shù)據(jù)或者發(fā)出指令。控制面板如果裝在外邊，可以通過電纜和變頻器連接。3.2控制部分的改造為了滿足提升機(jī)的可靠性和安全性要求，系統(tǒng)使用了西門子2臺PLC分別作為主控PLC和監(jiān)控PLC。3.2.1主控PLC的功能主控PLC的功能，執(zhí)行操作進(jìn)程,生成開車和方向信號；控制提升機(jī)完成各種運(yùn)行狀態(tài)；對提升機(jī)的機(jī)械部分、液壓和電氣方面進(jìn)行檢測、如果有故障存在則發(fā)出報警和保護(hù)。對發(fā)生過卷或者超速等嚴(yán)重故障，采用軟硬件多重保護(hù)

8、預(yù)防；構(gòu)成硬件安全和軟件安全,兩部分相互冗余,互相閉鎖；控制提升機(jī)的液壓制動系統(tǒng)里的工作閘和安全閘；發(fā)生故障時控制保護(hù)和閉鎖動作。系統(tǒng)各個部分發(fā)出的保護(hù)信號輸入到主控PLC當(dāng)中, PLC將信號進(jìn)行分析處理后生成立即動作、終端動作和報警3種,送到監(jiān)視器端顯示故障的類型，控制聲光進(jìn)行報警，系統(tǒng)報警同時動作。3.2.2監(jiān)控PLC功能監(jiān)控器是由PLC、軸編碼器和井筒開關(guān)組成。軸編碼器把提升機(jī)連接的鋼絲繩速度與行程的位置變換成電信號送入監(jiān)控PLC當(dāng)中,監(jiān)控PLC將已經(jīng)設(shè)置好的一些行程參數(shù)以及軸編碼器輸入的信號綜合起來進(jìn)行邏輯運(yùn)算,生成控制信號，給定提升機(jī)速度。為了減少啟動和制動過程造成的機(jī)械沖擊,提升控

9、制精度,給定的加速、減速信號為曲線,減速段的控制是通過PLC運(yùn)算來保證減速段速度為固定值,保證停車點(diǎn)位置不變。監(jiān)控PLC與主控PLC之間通過工業(yè)總線進(jìn)行通訊，兩臺PLC之間不但有軟件的互聯(lián)，也有硬件上面的連鎖，實(shí)現(xiàn)對速度和位置等重要信號互相監(jiān)視，并且對深度顯示器的各種動作元件和井筒開關(guān)等形成冗余控制。3.3供電部分改造6 kV供電采用六面KGS1型高壓兩路進(jìn)線開關(guān)柜，可以供兩臺提升機(jī)同時進(jìn)線,并且裝有機(jī)械和電氣互鎖,確保兩臺開關(guān)柜的斷路器不會同時合上；主整流變壓器為變頻器主回路供電，輔助變壓器為提升機(jī)的低壓系統(tǒng)提供電源，PT柜供測量和保護(hù)使用，另外一路備用。柜內(nèi)安裝電壓、電流、失壓、過流等各種

10、繼電保護(hù)。直流屏選擇60AH,為高壓開關(guān)柜提供電源,設(shè)置備用電源,當(dāng)發(fā)生停電時,系統(tǒng)自動切到備用的電源。電控系統(tǒng)改造之后，解決了原來控電系統(tǒng)存在的問題，提高了系統(tǒng)的安全性，降低了維修的強(qiáng)度，使提升機(jī)的起動和加減速過程更加平穩(wěn)，達(dá)到了平滑調(diào)速，降低了對鋼繩和機(jī)械設(shè)備的沖擊，消除了電機(jī)起停時產(chǎn)生的沖擊電流給電網(wǎng)造成的影響，節(jié)能效果非常明顯。下表為林西礦業(yè)公司四號井提升機(jī)改造后用電和節(jié)電的數(shù)據(jù)，節(jié)電效果非常明顯。到2011年4月份止總共節(jié)電248.5KW.h，平均每個月節(jié)電31.06KW.h，平均每年可以節(jié)省電費(fèi)200萬元以上。提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到了節(jié)支降耗，節(jié)能減排的目的。2010年8月到2011年4月改造前后的用電量和節(jié)電量（8月份改造）月份891011121234用電量(kw.h)44.824.721.419.78.45.86.41112.5節(jié)電量(kw.h)020.123.425.136.43938.433.832.3四、總結(jié)變頻調(diào)速與轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速和直流調(diào)速相比,在技術(shù)和性能上確實(shí)具有先天的優(yōu)勢，它不僅可以有效節(jié)電，而且還能適應(yīng)更為復(fù)雜的工作環(huán)境，提高煤礦工程的可靠性和安全性。總之，成熟的新技術(shù)值得我們在實(shí)際工作中借鑒使用，以最大程度地實(shí)現(xiàn)工程