馬慶平

(遼寧東煤基本建設(shè)有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110022)

1 礦井提升機(jī)的傳統(tǒng)電氣系統(tǒng)

1.1 礦井提升機(jī)的提升流程與電氣控制

為了詳細(xì)講解礦井提升機(jī)的電氣系統(tǒng)，先要明確其工作流程，依其工作方式對(duì)現(xiàn)有的氣系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估，方能提出較有意義的電氣控制方案。接下來(lái)我們就對(duì)其工作流程加以敘述。

礦井提升機(jī)在提升的整個(gè)過(guò)程可分為加速、等速、減速、爬行和停車(chē)這5個(gè)階段。在這5個(gè)階段中加速階段是礦井提升機(jī)由靜止到運(yùn)行到最高速度的過(guò)程;等速階段是礦井提升機(jī)以最高速度運(yùn)行的過(guò)程，它是提升過(guò)程的主要運(yùn)行階段;減速階段是礦井提升機(jī)由最高速度減速到爬行速度的過(guò)程;爬行階段是箕斗進(jìn)行定位、準(zhǔn)備進(jìn)行安全停車(chē)的過(guò)程;停車(chē)階段是礦井提升機(jī)由爬行速度到靜止停好車(chē)后的過(guò)程。

在這一系列過(guò)程中，在礦井開(kāi)始工作時(shí)，由操作臺(tái)發(fā)出加速指令，指令傳輸?shù)骄诮g車(chē)提升機(jī)的控制器中，它控制電機(jī)開(kāi)始加速，并通過(guò)減速器帶動(dòng)卷筒旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而收、放鋼絲繩帶動(dòng)箕斗升降達(dá)到最高速度，之后在到達(dá)距停車(chē)位一定距離的時(shí)候發(fā)出減速指令，電機(jī)速度降低，箕斗速度減慢至爬行速度，當(dāng)準(zhǔn)備好停車(chē)至停車(chē)位時(shí)，由停車(chē)指令觸發(fā)卷筒抱閘制動(dòng)機(jī)制

1.2 老式礦井提升機(jī)的電氣系統(tǒng)

老式礦井提升機(jī)通常采用傳統(tǒng)的交流異步電機(jī)來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。傳統(tǒng)的交流異步電機(jī)是通過(guò)由繼電器、接觸器構(gòu)成的邏輯控制裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)串、切電阻，以達(dá)到調(diào)速目的。這使得其調(diào)速性能較差，同時(shí)在串、切電阻的過(guò)程中要消耗大量的能量，這也會(huì)造成能源的浪費(fèi)。加之傳統(tǒng)異步電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)的特性曲線較軟，這使得它在次同步狀態(tài)下難以產(chǎn)生有效的制動(dòng)力矩，這對(duì)于準(zhǔn)確地控制礦井提升機(jī)在特定位置停車(chē)造成了困難。同時(shí)礦井提升機(jī)在完成減速、爬行和停車(chē)的過(guò)程中常采用動(dòng)力制動(dòng)、低頻拖動(dòng)加制動(dòng)的制動(dòng)方式來(lái)完成，這套控制系統(tǒng)中的晶閘管裝置還存在著調(diào)試?yán)щy、維護(hù)工作量大等問(wèn)題。[1]

老式礦井提升機(jī)的另一個(gè)問(wèn)題是采用了傳統(tǒng)的交流電控系統(tǒng)，這種電控系統(tǒng)均為單線系統(tǒng)，多個(gè)控制器使用同一套線路，這不僅會(huì)造成各命令之間的相互影響，與控制系統(tǒng)相互混聯(lián)，還會(huì)對(duì)其安全性產(chǎn)生較大的影響。

2 礦井提升機(jī)的電氣調(diào)速系統(tǒng)

由于傳統(tǒng)的交流電控系統(tǒng)的調(diào)速性能較差，其調(diào)速性能主要由其控制方案所決定，因此我們?yōu)榱颂嵘V井提升機(jī)的調(diào)速性能我們可以依據(jù)不同的工況選擇不同的控制方案。經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展其控制方案種類(lèi)多樣，可滿足施工作業(yè)時(shí)的不同需求，接下來(lái)本文就以模糊控制和直接轉(zhuǎn)矩這兩個(gè)電氣調(diào)速系統(tǒng)作為研究對(duì)象進(jìn)行介紹。

2.1 模糊控制電氣調(diào)速系統(tǒng)

模糊控制電氣調(diào)速系統(tǒng)是指將特定的被控對(duì)象、過(guò)程控制策略等總結(jié)為一系列以“If、Then……”等為表達(dá)式的控制規(guī)則，通過(guò)處理器的模糊推理處理得到的控制作用集來(lái)形成被量化了的模糊語(yǔ)言集，用以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。常用的模糊算法包含以下幾個(gè)步驟:對(duì)模糊子集進(jìn)行定義，確立模糊控制規(guī)則;將基本論域轉(zhuǎn)化為模糊集合論域;進(jìn)行模糊關(guān)系的矩陣運(yùn)算;進(jìn)行模糊推理合成，運(yùn)算出用于控制輸出的模糊子集;進(jìn)行逆模糊運(yùn)算、模糊判決，從面得到精確控制量進(jìn)行控制。

在對(duì)礦井提升機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制的過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)模糊控制的原理如下圖所示。

模糊控制電氣控制系統(tǒng)原理圖

通過(guò)其原理圖我們可以知道，在這個(gè)系統(tǒng)中，由PLC對(duì)傳感器的采樣計(jì)算出被控制量的精確值，并與給定值進(jìn)行比較以得到誤差信號(hào)e和誤差變化率de/dt，然后將誤差模糊化形成模糊量E和Ec，之后對(duì)模糊量進(jìn)行模糊推理運(yùn)算得到模糊控制量U，然后將模糊控制量U轉(zhuǎn)化為設(shè)備可用的量化控制信號(hào)u并將其傳入變頻器進(jìn)行控制，收到信號(hào)的變頻器依照信息指令對(duì)礦井提升機(jī)進(jìn)行作用，實(shí)現(xiàn)控制過(guò)程。這種電氣系統(tǒng)與傳統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)相比，工作范圍寬，適用范圍廣，非常適合對(duì)非線性系統(tǒng)的控制。[2]

2.2 直接轉(zhuǎn)矩電氣調(diào)速系統(tǒng)

直接轉(zhuǎn)矩控制是以轉(zhuǎn)矩為中心來(lái)對(duì)磁鏈、轉(zhuǎn)矩進(jìn)行綜合控制。它是通過(guò)對(duì)電機(jī)的定子電壓和電流進(jìn)行檢測(cè)，以瞬時(shí)空間矢量理論為依托，通過(guò)對(duì)電機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行計(jì)算并與給定值的比較，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的直接控制。其原理如圖所示:

直接轉(zhuǎn)矩電氣控制系統(tǒng)原理圖

直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的控制效果與轉(zhuǎn)矩的實(shí)際狀況相關(guān)，它具有控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，處理控制信號(hào)的物理概念明確，系統(tǒng)響應(yīng)迅速且無(wú)超調(diào)等特點(diǎn)，是一種具有高靜、動(dòng)態(tài)性能的交流調(diào)速控制方式。

通過(guò)以上對(duì)礦井提升機(jī)電氣調(diào)速控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)述，使初學(xué)者們對(duì)其知識(shí)架構(gòu)有了初步的了解，希望可以為其深入研究提供參考依據(jù)。

[1]盧燕.《礦井提升機(jī)電力拖動(dòng)與控制》.冶金工業(yè)出版社.2001

[2]王清靈，龔幼民.《現(xiàn)代礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)》.北京:機(jī)械工業(yè)出版社.1996.