張 鵬

（山西焦煤西山煤電西曲礦，山西 古交 030200）

引言

作為近些年才逐漸發(fā)展成熟的一門自動化控制技術，變頻調(diào)速技術通過改變控制對象電源的頻率，實現(xiàn)了在較大范圍內(nèi)對交流發(fā)電機的無級平緩調(diào)速，在電動機運行的過程中能夠根據(jù)即時負載情況做出及時的調(diào)整，確保電動機始終以最佳的狀態(tài)運行，進而使設備能夠在生產(chǎn)的整個過程中都保持較高的運行效率并實現(xiàn)節(jié)能減排的目標。在礦井提升機控制系統(tǒng)研究中，采用變頻器和可編程控制器相結(jié)合的方法，在使用過程中實現(xiàn)了變頻調(diào)速、換向等功能，使運行更加平穩(wěn)可靠。

1 國內(nèi)煤礦提升機使用現(xiàn)狀

我國煤礦多為1980年～2000年投產(chǎn)的礦井，多數(shù)礦井的主、副井提升設備為JK系列礦井提升機，配套使用的均為老式TKD系列電控系統(tǒng)，應用纏繞型電機轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻的多級投切方式實現(xiàn)速度的有效調(diào)控，電機、電控系統(tǒng)、液壓站、保護裝置等均為非防爆設備，已不符合現(xiàn)代礦井的安全運行要求［1］。

老舊提升機在使用多年后，大多都存在部分設備嚴重老化，減速器、液壓站滲漏嚴重，電控系統(tǒng)故障率高，檢修維護量大，且調(diào)速系統(tǒng)存在檔位跳躍性，起動及換檔調(diào)速時電流及驅(qū)動裝置沖擊較大，節(jié)電效果差，影響礦井的正常生產(chǎn)。因此，新型PLC電控—變頻調(diào)速系統(tǒng)的應用，既可進一步保障提升機系統(tǒng)的安全運行，又可良好地滿足礦井的正常生產(chǎn)及設備安全要求［2］。

為解決電控系統(tǒng)非防爆設備、部分設備嚴重老化，減速器、液壓站滲漏嚴重，電控系統(tǒng)故障率高，檢修維護量大，且調(diào)速系統(tǒng)起動及換檔調(diào)速時電流及驅(qū)動裝置沖擊較大，節(jié)電效果差的現(xiàn)狀，采用雙電源供電，防爆PLC集控及變頻調(diào)速電控系統(tǒng)，更新電機、減速器、液壓站及視頻監(jiān)控系統(tǒng)等［3］來改善以上問題。

2 系統(tǒng)的技術特點及創(chuàng)新點

系統(tǒng)技術特點：提升機電控系統(tǒng)采用PLC集控，變頻驅(qū)動電控系統(tǒng)。電機采用變頻調(diào)速式強制風冷式防爆電機，可良好地與變頻調(diào)速裝置匹配使用，盤型制動系統(tǒng)配置數(shù)字式閘間隙保護裝置，對閘間隙的在線數(shù)據(jù)可直觀檢測［4］。

2.1 控制系統(tǒng)的技術特點

控制系統(tǒng)技術性能。提升機控制系統(tǒng)主要由兩套可編程序控制器（采用西門子S7－300PLC）和部分硬件電路組成，兩套PLC系統(tǒng)互為備用。它的功能主要是通過PLC1中的功能軟件完成的。機控系統(tǒng)的提升主要包括下列內(nèi)容：

1）主控系統(tǒng)是由PLC1所構成，用以實現(xiàn)提升機的保護功能與控制功能，實現(xiàn)對提升機檢修、手動等運行形式的有效控制；實現(xiàn)提升機的閉鎖與邏輯控制；實現(xiàn)傳動系統(tǒng)的速度設定與運轉(zhuǎn)控制；實現(xiàn)提升信息系統(tǒng)的有效控制與閉鎖；實現(xiàn)提升機電氣、液壓、機械等方面保護、報警與故障燈功能，并實現(xiàn)對超速減速、超速等速、過卷等故障的多層防護；實現(xiàn)軸編碼器間的斷線保護與互相監(jiān)控；形成軟件與硬件的安全電路，實現(xiàn)兩者間相互閉鎖與冗余；實現(xiàn)對提升機制動系統(tǒng)中安全閘與工作閘的有效控制；能夠?qū)μ嵘龣C的運行速度與位置進行數(shù)字指示與測量。

2）監(jiān)控系統(tǒng)是由PLC2所構成，它對位置進行檢測所用的軸編碼器采用的是獨立的一臺。該系統(tǒng)主要包括以下功能：根據(jù)行程設定傳動系統(tǒng)的速度，實現(xiàn)對位置的有效控制；自動形成速度—位置的包絡曲線，實現(xiàn)對提升機速度的實時監(jiān)控；完成雙線制提升機所要求的減速、超速、過卷、限速等防護功能；同主控系統(tǒng)PLC1的輸出速度信號與位置信號進行比較，實現(xiàn)對所有PLC系統(tǒng)運行狀態(tài)的有效監(jiān)控；形成安全軟件電路，并同其他的電路相互封閉冗余；在PLC1系統(tǒng)發(fā)生故障時，能夠保證對提升機的有效控制。

3）可編程序控制器具有完善的保護功能，對于超速與全速的防護、井筒端頭超速減速的防護、負荷超壓的防護、深度顯示器的防護、閘間隙防護、松繩防護、減速防護等安全防護措施，以上防護措施都需要達到相關規(guī)范中所規(guī)定的要求［5］。同時還能完成定點速度監(jiān)視、減速器溫度檢測、主電機軸承及定子溫度檢測、液壓站壓力與溫度檢測、閘瓦磨損等監(jiān)控與保護功能，提供無源接點信號，電控裝置為以上信號留有電氣接口。

4）操作臺有液晶顯示器、深度指示器、指示燈與顯示儀表等，能夠即時地顯示下列數(shù)據(jù)：電機的電壓、提升的速度、電流、液壓站壓力（需要液壓站提供4～20mA壓力信號）溫度（需要液壓站提供信號），減速器的油溫等。顯示屏具有模擬動畫的絞車位置顯示［6］。

5）提升機閘間隙保護裝置能夠?qū)崟r檢測和顯示每個閘的開啟距離，超過規(guī)定時實現(xiàn)聲光報警，并斷電停機。

6）隔爆型工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)要求選用工業(yè)級的隔爆黑白攝像機，配備硬盤錄像機，能夠存儲不少于30天的視頻信息，并且具有回放功能，顯示器采用19寸防爆監(jiān)視器。

7）監(jiān)控減速器油溫、液壓站溫度、壓力、電機繞組軸承溫度、主軸承溫度、天輪軸承溫度。將所有傳感器信號傳至電控系統(tǒng)，并通過顯示屏顯示，實現(xiàn)在線監(jiān)測功能［7］。

8）提升機電控裝置與防跑車裝置在提升機安全回路接入一組無源閉合接點，當防跑車裝置發(fā)現(xiàn)問題后，此接點斷開，提升機電控裝置的安全繼電器釋放，進行安全制動［8］。

2.2 變頻調(diào)速設備與裝置的技術特征

變頻器的輸入電壓，它的電壓波動的范圍在－15%～10%之間，定輸入頻率是50Hz；變頻器的輸出：電壓頻率：0～50Hz（連續(xù)可調(diào)）；過載系數(shù)：1.5IN 2min，2IN 1min；控制方式：無速度傳感器矢量控制；調(diào)制方式：PWM調(diào)制；保證在5%～100%的速度范圍內(nèi)，調(diào)速精度不大于0.5%；變頻器內(nèi)部采用德國進口核心部件，采用AFE自換向功能，能夠適用于電機能量再生工作狀態(tài)；功率因數(shù)的值較高，一般cosΦ的值都在0.95以上；對電網(wǎng)高頻諧波所產(chǎn)生的污染較小，變頻器形成的的諧波電流在5%以下；變頻器設置有過載、過流、欠壓、超壓等防護設施。

3 系統(tǒng)所達到的技術水平

將原用電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的提升機電控系統(tǒng)改造為變頻調(diào)速的PLC電控系統(tǒng)，可實現(xiàn)操作簡單統(tǒng)一，無極調(diào)速，速度曲線平滑，減小機械沖擊，降低設備噪音，具有實時監(jiān)測監(jiān)控設備運行狀態(tài)，故障顯示等記憶功能，提高設備運行的安全系數(shù)。

4 應用的效果及推廣前景

通過對原絞車機械及電控系統(tǒng)的更新改造，加裝在線監(jiān)測及視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)變頻無極調(diào)速，PLC集中控制功能，達到對設備工況監(jiān)控及保護裝置的在線檢測動作功能。對礦井大型機電運輸設備集中控制有良好的推廣作用。

［1］ 吳忠智，吳加林.變頻器應用手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2000.

［2］ 郅富標，毋虎城.基于PLC控制的礦井提升機技術改造［J］.北京工業(yè)職業(yè)技術學院學報，2010（7）：21.

［3］ 王兆安.電力電子變流技術［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2003.

［4］ 高欽和.可編程控制器應用技術與設計實例［M］.北京：人民郵電出版社，2004.

［5］ 陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1993.

［6］ 李世基.微機與可編程控制器［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1994.

［7］ 崔亞軍.可編程控制器原理與程序設計［M］.北京：電子工業(yè)出版社，1993.

［8］ 金曉萍，鄧志杰，牛宏俠，等.基于PLC的礦井提升機交流變頻調(diào)速系統(tǒng)［J］.工礦自動化，2008（4）：101－103.