楊敬宜

摘 要：煤礦井下生產(chǎn)的順利開展離不開各類機(jī)電設(shè)備的高效運轉(zhuǎn)，而提升機(jī)就是實現(xiàn)礦井物料內(nèi)運和煤炭外運的關(guān)鍵設(shè)備，但傳統(tǒng)的提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)多為交流接觸器-晶閘管控制的電阻投切型控制系統(tǒng)，這種控制系統(tǒng)在使用中因交流接觸裝置頻繁接觸動作，使得其主觸頭極易氧化從而造成設(shè)備損壞。同時，提升機(jī)啟動方式多為降壓啟動，極易出現(xiàn)工頻時無法正常啟動的情況。此外，在速度調(diào)節(jié)上的控制性較差，使得提升機(jī)減速和爬行停機(jī)精準(zhǔn)度不夠。由此可見，常規(guī)的提升機(jī)電控系統(tǒng)在使用中存在諸多缺陷，針對這一問題，應(yīng)用PLC變頻控制系統(tǒng)，能夠有效改善以往作業(yè)中存在的不足，從而大幅提升礦井生產(chǎn)綜合效益。

關(guān)鍵詞：礦井;提升機(jī);變頻控制;應(yīng)用要點

中圖分類號：TD67 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

引言

煤礦開采過程中需要用到大量的機(jī)械裝備，其中提升機(jī)是非常重要的煤礦生產(chǎn)設(shè)備之一，對于保障整個采煤過程的順利推進(jìn)具有非常關(guān)鍵的作用。隨著企業(yè)節(jié)能減排壓力以及生產(chǎn)成本的不斷增加，如何進(jìn)一步提升礦井提升機(jī)的運行效率及服務(wù)安全性是所有煤礦企業(yè)面臨的關(guān)鍵問題。針對礦井提升機(jī)開展自動化改造，確保提升機(jī)設(shè)備能夠根據(jù)生產(chǎn)過程實際狀態(tài)對相關(guān)工藝參數(shù)進(jìn)行實時調(diào)整，是保障提升機(jī)安全運行并提高設(shè)備運行效率的重要措施和手段。

1變頻控制技術(shù)的優(yōu)勢

變頻控制技術(shù)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在兩方面，一方面可以使機(jī)電設(shè)備的運行更加平穩(wěn)，另一方面可以使機(jī)電設(shè)備更加節(jié)能。煤礦大功率用電設(shè)備較多，在運行過程中會有大量的諧波進(jìn)入到電網(wǎng)中，這會導(dǎo)致機(jī)電設(shè)備運行時出現(xiàn)一定的異常，例如振動加劇、發(fā)熱。交流電源經(jīng)過變頻后波形更加標(biāo)準(zhǔn)，使交流電機(jī)在運行時更加平穩(wěn)。此外，交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源的頻率呈線性關(guān)系，采用變頻控制技術(shù)可以對電機(jī)進(jìn)行無極調(diào)速，減輕設(shè)備在啟停時的振動。節(jié)能是變頻控制技術(shù)最大的優(yōu)勢。當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速由N1變化到N2時，電機(jī)的輸送功率P2/P1=（N2/N1）3。也就是說，當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低10%時，電機(jī)的功率降低了27%。在很多情況下，煤礦機(jī)電設(shè)備并不能達(dá)到滿負(fù)荷狀態(tài)，例如皮帶輸送機(jī)等。變頻調(diào)速技術(shù)在使用過程中能夠按照機(jī)電設(shè)備的工作量對速度進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)機(jī)電設(shè)備的負(fù)荷低時，可以利用變頻控制技術(shù)降低電機(jī)的轉(zhuǎn)速，這樣可以節(jié)省大量的電能;同時，四象限變頻系統(tǒng)，在重物下方過程中，還可實現(xiàn)能量回饋。經(jīng)過統(tǒng)計，采用變頻控制技術(shù)后，機(jī)電設(shè)備將節(jié)能30%～80%，這可為煤礦創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

2變頻控制系統(tǒng)在礦井提升機(jī)中的應(yīng)用

礦井提升機(jī)主要承擔(dān)著將工作人員、物料安全、平穩(wěn)運輸至目標(biāo)位置的任務(wù)，是煤礦生產(chǎn)中的重要機(jī)械設(shè)備。在傳統(tǒng)的礦井提升機(jī)運行中，普遍利用電阻帶動電機(jī)控制，結(jié)合鼓型控制器調(diào)整速度，調(diào)速性能差，屬于有級調(diào)速，調(diào)速時能量大部分消耗在電阻上，給定方式落后，控制精度低，安全保護(hù)和監(jiān)測環(huán)節(jié)不完善，安全可靠性差，維護(hù)工作量大，而且運行不經(jīng)濟(jì)。而依托變頻控制技術(shù)的應(yīng)用就能夠規(guī)避上述問題的發(fā)生，通過變頻控制技術(shù)在礦井提升機(jī)中的應(yīng)用，可以強(qiáng)化對設(shè)備的保護(hù)作用，優(yōu)化礦井提升機(jī)的運行平滑性以及無級調(diào)速。實踐中，將變頻控制技術(shù)與編程器聯(lián)合使用，可以根據(jù)調(diào)整輸入于電控系統(tǒng)中的指令實現(xiàn)對繼電器的高效控制，且提升梯形圖與電路圖之間轉(zhuǎn)換的靈活性程度。通過應(yīng)用變頻控制技術(shù)實施對繼電器的控制，能夠明顯減少外部線路的設(shè)置數(shù)量以及繼電器的使用數(shù)量，也實現(xiàn)對故障問題的有效規(guī)避，避免空間不足的問題發(fā)生。同時，在變頻控制技術(shù)的支持下，礦井提升機(jī)的啟動/停止平穩(wěn)程度顯著上升，對鋼絲繩的沖擊減小。另外，變頻控制技術(shù)的應(yīng)用促使礦井提升機(jī)的無極調(diào)速成為可能，提升機(jī)的節(jié)能性以及運行可靠性增高，鋼絲繩數(shù)量與檢修次數(shù)減少，推動礦井提升機(jī)檢修成本的降低。

2.1變頻裝置選取分析

結(jié)合井下提升機(jī)的實際工作需要，為確保速度調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性和高效性，變頻裝置應(yīng)當(dāng)按照如下標(biāo)準(zhǔn)確定：a）所用控制方式必須具備低頻大力矩，其中，啟動轉(zhuǎn)矩必須高于2倍的額定轉(zhuǎn)矩，在工作頻率為1Hz時應(yīng)當(dāng)具備超過1.6倍的額定轉(zhuǎn)矩;懸掛重物時不發(fā)生溜鉤;零速時保持150%力矩。b）具備獨特的抱閘控制邏輯，相較于常規(guī)的FDT模式（開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)），具備更加優(yōu)良的控制性能。c）作業(yè)頻率應(yīng)當(dāng)在0.5～50.0Hz之間分段設(shè)置，具備無級連續(xù)調(diào)節(jié)。e）作業(yè)電壓范圍為320～480V，并且能夠始終在額定負(fù)荷下無故障運行。

2.2抗干擾設(shè)計

為確?？刂七^程中數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，變頻控制系統(tǒng)必須具備良好的抗干擾能力，具體包括以下3點：a）將信號電纜與電力電纜分隔鋪設(shè)，同時采用屏蔽電纜作為信號傳輸線纜，并將所有屏蔽電纜接地;b）導(dǎo)引至PLC柜的電纜應(yīng)當(dāng)盡量與容易產(chǎn)生電磁干擾的裝置隔離，所有操作臺和控制柜均配設(shè)保護(hù)接地舉措，內(nèi)部必須配有獨立的電纜屏蔽接地端子，并與內(nèi)部未接地電路板隔離;c）在變頻裝置的輸入端和輸出端配設(shè)相應(yīng)的電控裝置和濾波裝置，電機(jī)與變頻裝置間的電纜采用穿鋼管的方式鋪設(shè)，并將其他弱電信號布設(shè)在不同的電纜溝，防止輻射干擾。

2.3PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

PLC控制系統(tǒng)分為PLCI、PLCII兩部分，PLCⅠ為主控系統(tǒng)，能夠采集編碼器Ⅰ的作業(yè)信號，實現(xiàn)對提升機(jī)的行程控制和速度控制;PLCⅡ主要用于系統(tǒng)監(jiān)控，能夠?qū)幋a器Ⅱ信號進(jìn)行采集，并對提升機(jī)運行的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行實時掌控。作業(yè)時，PLCⅠ與PLCⅡ之間通過通訊方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，在正常作業(yè)期間2個PLC控制器均投入使用，從而實現(xiàn)提升機(jī)的“雙線”控制和保護(hù)。為保證2套PLC系統(tǒng)作業(yè)的同步性，PLCⅠ會對2個PIC系統(tǒng)（單片機(jī)系統(tǒng)）監(jiān)測所得的提升機(jī)行程信號和速度信號進(jìn)行實時比對，一旦存在較大差別，便會立即發(fā)出預(yù)警信號，保證作業(yè)安全。同時，當(dāng)一臺PLC裝置發(fā)生故障時，另一臺能夠繼續(xù)保持正常運行，使得系統(tǒng)運行的可靠性大幅提升。

控制的子程序主要用于對開車條件的確定，在提升機(jī)運行過程中及時對運行的偏差進(jìn)行校正，確定提升機(jī)是否存在故障。當(dāng)接受到啟動的信號后，啟動提升機(jī)，提升機(jī)開始加速運動，當(dāng)速度達(dá)到勻速運動的速度時，保持勻速運動，停止加速。當(dāng)運行至減速點時，運行速度開始降低，提升機(jī)進(jìn)入爬行工況。當(dāng)運行至停車點時，速度降低至零，達(dá)到停車制動，狀態(tài)復(fù)位，等待下次啟動。

2.4應(yīng)用效果分析

節(jié)能是變頻控制技術(shù)最大的優(yōu)勢，我公司承建的山東姜家窯金礦3#豎井雙提升系統(tǒng)均采用了基于PLC的變頻調(diào)速系統(tǒng)，經(jīng)過整個項目周期對提升機(jī)的提升效率以及電能消耗情況進(jìn)行詳細(xì)統(tǒng)計對比，結(jié)果表明：同比用電減少29%，節(jié)能效果顯著。另一方面，變頻控制系統(tǒng)的應(yīng)用使得提升機(jī)在不同階段之間的速度切換更加順滑，對設(shè)備造成的沖擊更小。因此設(shè)備的故障率顯著降低，維修費用節(jié)約70%，為煤礦企業(yè)節(jié)省了大量的維護(hù)保養(yǎng)成本。

結(jié)束語

提升機(jī)作為礦井生產(chǎn)作業(yè)中的重要設(shè)備，其運行質(zhì)量對整個礦井生產(chǎn)作業(yè)綜合效益有直接影響，礦井管理者必須高度重視相關(guān)問題，在生產(chǎn)中積極組織專業(yè)技術(shù)力量開展針對性分析探究，從而設(shè)計出適用性優(yōu)良的變頻調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對提升機(jī)的高效、安全、穩(wěn)定操控，為整個礦井生產(chǎn)的持續(xù)高效開展提供堅實保障。

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