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        變頻調(diào)速控制器在煤礦無極繩絞車中的應用

        2022-05-14 02:49:26劉遠亮
        機械管理開發(fā) 2022年3期
        關鍵詞:無極子程序絞車

        劉遠亮

        (西山煤電集團有限責任公司西曲礦,山西 古交 030299)

        引言

        隨著科學技術的快速發(fā)展,我國煤礦逐步朝著現(xiàn)代化、智能化的方向發(fā)展,無極繩絞車作為我國運輸系統(tǒng)中重要的輔助設備,在大傾角、大載荷運輸環(huán)境中被廣泛應用[1]。傳統(tǒng)的無極繩絞車采用直啟或者軟啟的方式進行電機控制,在負載運行過程中,無法實現(xiàn)精準控制無極繩絞車變頻控制的目的,所以需要對無極繩絞車的電控系統(tǒng)進行優(yōu)化設計。此前眾多學者對無極繩絞車控制系統(tǒng)進行過一定的研究[2]。

        1 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的設計方案

        無極繩絞車選定液壓傳動系統(tǒng)實現(xiàn)調(diào)速,其功率大、響應速度快。同時調(diào)速的原理是變量泵通過反應對變量機構進行速度的調(diào)整。其中容積調(diào)速可分為手動與電控兩種,雖然手動調(diào)速與電控調(diào)速的操作流程不同,但均可以實現(xiàn)對無極繩絞車調(diào)速的目的。容積調(diào)速的優(yōu)點在于其不會出現(xiàn)節(jié)流、溢流等問題,這就使得調(diào)速的穩(wěn)定性及效率均能得到一定的提升,有效地保證提升物資運輸過程的平穩(wěn)性。一般的液壓系統(tǒng)通常由主回路、操控回路、制動回路等部分組成。本文基于PLC 對液壓系統(tǒng)進行優(yōu)化設計。

        無極繩絞車變頻調(diào)速原理如圖1 所示,變頻調(diào)速系統(tǒng)主要由變頻器、PLC、控制臺、上位機等組成。其控制核心為PLC 控制器,其獲取系統(tǒng)壓力以及牽引速度值后進行邏輯處理,并將處理后的信號及時與控制臺進行互通,從而使得控制臺控制變頻器,達到變頻器啟停、加減速等操作。電機與變頻器按照U/V/W 依次連接,當無極繩絞車電機啟動后,此時編碼軟件會將電機的轉速及運行信號及時傳輸至PLC控制器,PLC 控制器將電機、變頻器的運行參數(shù)及故障信息等通過CAN 通信模式傳輸至上位機進行顯示,便于管理人員及時發(fā)現(xiàn)及觀察無極繩絞車的實時運行情況及對絞車的故障進行檢測。

        圖1 無極繩絞車變頻調(diào)速原理

        2 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的軟硬件選型

        2.1 硬件選型

        本文選用S7-226-AC/DC/RELAY 西門子控制器,控制器擁有8 kB+5 kB 的儲存空間,且具有很好的可擴展性,直流模塊選用內(nèi)置有RC 濾波和光電隔離EM223-181/180,該模塊具有很強的抗干擾能力,能夠保證井下數(shù)據(jù)傳輸過程中的準確性,模擬量的擴展模塊選用兼有數(shù)字量/ 模擬量濾波器的EM231-AI-6×12BITS,該模塊同樣適合井下工作,具有抗爆、抗干擾的能力。系統(tǒng)的電機選用礦用YBBP-315S-4 三相異步電機,電機額定功率為110 kW,額定電流為200.4 A,額定轉速為1 485 r/min,工作的功率因素為0.9,工作效率為93%。同時選用三菱700系列中的FR-A740-132KCHT 變頻器,其精度為±0.2%,額定容量為132 kW,輸出頻率為0.2~400 Hz。

        2.2 軟件設計

        無極繩絞車變頻調(diào)速系統(tǒng)由PLC 主程序及12 個子程序組合而成,主程序與子程序通過通訊模塊進行連接,并可以相互調(diào)試,子程序主要用于保證無極繩絞車運行過程中的保護、正常急啟急停、數(shù)據(jù)處理、復位、變頻控制等,具體的PLC 軟件控制程序結構見圖2。

        圖2 PLC 軟件控制程序結構示意圖

        無極繩絞車的變頻控制系統(tǒng)能夠實現(xiàn)對無極繩絞車的變頻啟動、停止減加速等操作,同時系統(tǒng)可以通過PLC 控制器對系統(tǒng)檢測的電機反饋轉速進行邏輯分析,同時給出系統(tǒng)當前的系統(tǒng)壓力和牽引速度,對系統(tǒng)進行實時的變頻控制,從而使得電機的轉速得到及時的調(diào)節(jié),為了保證無極繩絞車變頻控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性及安全性,需要在整個系統(tǒng)中增加保護設置子程序和緊急停車處理子程序,當變頻控制系統(tǒng)檢測到設備運行過程中存在超過設定值的情況時,會立刻傳輸至PLC 控制端,PLC 控制器接收到異常信號后會對系統(tǒng)進行緊急保護操作,避免出現(xiàn)由于急停急啟及負載過量等原因造成的系統(tǒng)損壞,有效地保證了變頻控制系統(tǒng)的安全運行,提升了運行效率。

        變頻器的初始化流程如圖3 所示,可以看出,變頻器運行過程中存在四個狀態(tài)分別為故障狀態(tài)、準備狀態(tài)、空閑狀態(tài)和使能狀態(tài),四個狀態(tài)中故障狀態(tài)為變頻器的初始狀態(tài),而使能狀態(tài)為系統(tǒng)的預運行狀態(tài),在使能狀態(tài)下,給定電機速度或和系統(tǒng)運行轉矩后,電機運行。變頻器的初始化流程首先進行故障檢測,當系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)故障時,此時會進入故障檢測的指令,而系統(tǒng)未發(fā)現(xiàn)故障則進入運行前的準備階段,故障清理后會進入準備階段,而如果系統(tǒng)不處于空閑狀態(tài)時直接進入準備狀態(tài),對準備狀態(tài)進行檢測,處于準備狀態(tài)則發(fā)出使能指令,而當系統(tǒng)不處于準備狀態(tài)時直接進入使能狀態(tài),設備開始運行。

        圖3 變頻器的初始化流程圖

        3 應用效果分析

        對設計的變頻控制無極繩絞車進行工業(yè)化研究,歷經(jīng)3 個月的井下試驗,得出如下運行結論:設計的變頻控制系統(tǒng)運行安全、穩(wěn)定,PLC 控制器能夠對變頻器的節(jié)點進行有效控制,PLC 控制器與變頻器間的通信信號傳輸較為暢通,未受到井下工作的影響;在電機的控制流程中,當系統(tǒng)的運行速度達到1 500 r/min 時,此時按下“反轉”按鈕時,系統(tǒng)不會立刻進行反轉,而是先將系統(tǒng)運行速度控制于一定合理范圍值時,進行反轉,防止速度遞減過快對電機及系統(tǒng)的損壞;系統(tǒng)運行中,故障的處理顯示較為全面,且能給出故障的初步解決方案,提升了設備的運行效率;遠程操作系統(tǒng)能夠較好的對系統(tǒng)進行控制,信號傳輸速度較快。

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