礦用提升機(jī)電控系統(tǒng)性能的改進(jìn)

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摘要：以電控系統(tǒng)調(diào)速原理分析為理論基礎(chǔ)，通過對電控系統(tǒng)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，開展了電控系統(tǒng)的優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)，并對其進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用測試，測試結(jié)果表明，改進(jìn)后的電控系統(tǒng)運(yùn)行更加可靠，操作更加方便，系統(tǒng)的智能化程度和控制精度更高，針對設(shè)備出現(xiàn)故障問題時(shí)，能更加快速地找到故障位置處并進(jìn)行維修。

關(guān)鍵詞：煤礦提升機(jī)電控系統(tǒng)改進(jìn)

引言

礦用提升機(jī)是井下作業(yè)的重要運(yùn)輸工具，而現(xiàn)有的提升機(jī)普遍存在結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)速性能差、速度控制精度窄、運(yùn)行可靠性低等問題，其大部分故障發(fā)生原因主要來自于提升機(jī)中的電控系統(tǒng)問題，提升機(jī)設(shè)備一旦發(fā)生故障，將直接影響著井下的生產(chǎn)效率和作業(yè)安全。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年，僅淮南煤礦中因提升機(jī)電控系統(tǒng)出現(xiàn)故障而導(dǎo)致的煤礦事故多達(dá)30余起，占該煤礦全年所有故障事故的1/3，直接給煤礦企業(yè)造成了約120萬元的經(jīng)濟(jì)損失。因此，非常有必要對提升機(jī)電控系統(tǒng)進(jìn)行升級改進(jìn)設(shè)計(jì)。以礦用提升機(jī)電控系統(tǒng)調(diào)速原理分析為理論基礎(chǔ)，通過對電控系統(tǒng)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，開展了電控系統(tǒng)的優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)，并對其進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用測試。

1電控系統(tǒng)調(diào)速原理

電控系統(tǒng)作為提升機(jī)的主要組成部分，其結(jié)構(gòu)主要由電源柜、變頻器、操作控制臺、PLC控制臺、各種傳感器等幾部分組成。電控系統(tǒng)調(diào)速過程主要包括絞車電機(jī)為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正常逆變過程和絞車電機(jī)為發(fā)電機(jī)的能量回饋過程；其中，正常逆變過程主要由正常逆變、整流、濾波等部分組成，是電控系統(tǒng)的核心部分，通過改變電機(jī)定子的供電頻率，來實(shí)現(xiàn)對輸出電壓的改變，以起到調(diào)速作用。而能量回饋過程主要由整流、回饋逆變和輸出濾波三部分組成，可通過正常逆變部分中IGBT二極管完成整流過程，并在系統(tǒng)中的兩個(gè)調(diào)節(jié)器之間的串聯(lián)作用，通過控制電機(jī)扭矩大小、功率輸出、機(jī)械制動(dòng)器控制等操作，實(shí)現(xiàn)對交流電機(jī)轉(zhuǎn)速、電流大小的調(diào)節(jié)和控制。另外，電控系統(tǒng)中的PLC控制臺，可針對提升機(jī)出現(xiàn)故障問題時(shí)，以故障問題檢測和計(jì)算為基礎(chǔ)，啟動(dòng)故障備用信號，以快速提醒維修人員對設(shè)備進(jìn)行維修。

2提升機(jī)電控系統(tǒng)現(xiàn)狀

目前，煤礦提升機(jī)電控系統(tǒng)主要采用了交交變頻控制技術(shù)，可滿足大功率、低速調(diào)節(jié)、高轉(zhuǎn)矩等不同工況下的使用需求，但在使用過程中，仍存在故障率高、可靠性低等問題，其具體問題主要如下：1）現(xiàn)有礦用提升機(jī)系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要采用交流異步電機(jī)，配置繼電器、接觸器等部件，通過串連或切斷電阻方式實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的調(diào)速，其整個(gè)控制系統(tǒng)存在結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)速性能差、速度控制精度窄等問題，且在日常的使用過程中，其整體節(jié)能效果較差，在提升機(jī)啟動(dòng)瞬間對設(shè)備自身會(huì)產(chǎn)生較大沖擊作用。2）系統(tǒng)中安全回路保護(hù)在線檢測系統(tǒng)不夠完備，當(dāng)提升機(jī)發(fā)生突發(fā)事故時(shí)，大部分安全回路不能及時(shí)切斷電源，少部分安全回路仍需人工進(jìn)行切斷，存在勞動(dòng)力大、危險(xiǎn)性高等問題，未實(shí)現(xiàn)以計(jì)算機(jī)控制為核心的安全保護(hù)智能控制。3）經(jīng)過多年的優(yōu)化改進(jìn)，現(xiàn)有提升機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)初步實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)減速、限速、數(shù)字顯示等功能，但整體仍存在自動(dòng)化程度較低、遠(yuǎn)程監(jiān)控功能和精度不夠等問題，不能較好實(shí)現(xiàn)對提升機(jī)運(yùn)行故障的準(zhǔn)確顯示和精準(zhǔn)定位，且電控系統(tǒng)中關(guān)于監(jiān)控系統(tǒng)控制模塊的可靠性有待提升。

3電控系統(tǒng)升級改進(jìn)設(shè)計(jì)

以現(xiàn)有電控系統(tǒng)為改進(jìn)基礎(chǔ)，改進(jìn)后電控系統(tǒng)主要包括上機(jī)位、主控PLC、監(jiān)控PLC、操作臺，而在其下面設(shè)計(jì)了光電編碼器、位置傳感器、液壓站、硬件安全回路、溫度傳感器、及兩個(gè)整流器等設(shè)備，其主要系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。在整個(gè)電控系統(tǒng)中，以主控PLC為主控制站，直流流調(diào)速裝置和監(jiān)控PLC控制臺為從控制站，系統(tǒng)中的所有指令、控制動(dòng)作主要經(jīng)PLC控制后進(jìn)行發(fā)出，通過監(jiān)控PLC控制臺的運(yùn)行，完成對提升機(jī)的系統(tǒng)監(jiān)測和保護(hù)。計(jì)算機(jī)上的操作臺采用了工業(yè)級控制，可對提升系統(tǒng)中的運(yùn)行狀態(tài)、故障問題、工作數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控、記錄和管理，并將結(jié)果顯示于顯示屏上，通過采集的數(shù)據(jù)，生產(chǎn)曲線，以協(xié)助人員實(shí)現(xiàn)對各類數(shù)據(jù)的分析、處理和研究。同時(shí)，在天輪、傳動(dòng)軸上增設(shè)了光電編碼器，其發(fā)出的反饋速度信號可直接發(fā)送至主控PLC控制臺上，實(shí)現(xiàn)對天倫、傳動(dòng)軸運(yùn)行狀態(tài)的檢測運(yùn)算。整流柜是電控系統(tǒng)中的主要設(shè)備，可通過內(nèi)部將將外界輸入電壓進(jìn)行整流后，轉(zhuǎn)換為提升機(jī)內(nèi)部電器工作所需的電壓。結(jié)合現(xiàn)有整流柜性能特點(diǎn)，將內(nèi)部的管芯進(jìn)行替換，并將三相橋上的2只晶閘管進(jìn)行反并聯(lián)，增設(shè)快速熔斷器保護(hù)晶閘管、磁環(huán)、RC電磁環(huán)路等橋臂保護(hù)裝置。同時(shí)，將其內(nèi)部的冷卻方式改為風(fēng)冷，可更好的對整流柜進(jìn)行冷卻。另外，在現(xiàn)有功能中，增加了晶閘管導(dǎo)通監(jiān)視回路、風(fēng)壓檢測回路、系統(tǒng)報(bào)警回路、晶閘管過電壓保護(hù)回路等，可更加快速、安全的實(shí)現(xiàn)對整流柜的安全保護(hù)。現(xiàn)有安全回路基礎(chǔ)上，將電控系統(tǒng)改進(jìn)為了包含PLC控制安全回路和繼電器安全回路的雙線制安全回路，當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)直流側(cè)快開動(dòng)作跳閘、主控制器PLC故障、調(diào)速器故障等重事故時(shí)，可將線路接入繼電器硬安全回路中，即可進(jìn)行跳閘停車；而針對系統(tǒng)中的各種輕事故，可將故障的發(fā)生位置接入至主控PLC和上機(jī)位中，實(shí)現(xiàn)對故障的手動(dòng)控制及聲光報(bào)警，同時(shí)，將電流、電壓、溫度、故障類別等故障類別進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄和顯示。另外，由繼電器構(gòu)成的安全回路，同樣可實(shí)現(xiàn)安全回路接點(diǎn)狀態(tài)監(jiān)視等功能，改進(jìn)后的安全回路如圖3所示。因此，改進(jìn)后的安全回路更加系統(tǒng)，能更好的對提升機(jī)運(yùn)行過程進(jìn)行安全保護(hù)。

4改進(jìn)后電控系統(tǒng)應(yīng)用效果

結(jié)合前文設(shè)計(jì)，將改進(jìn)后的提升機(jī)電控系統(tǒng)在煤礦中進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用測試。由測試結(jié)果可知，其升降方式、啟停位置、運(yùn)行速度均可通過電控系統(tǒng)中的PLC進(jìn)行智能控制，而無需人員進(jìn)行操作控制，減小了作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度；同時(shí)，可自動(dòng)對系統(tǒng)進(jìn)行診斷檢修，并將設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)保存至儲(chǔ)存器中。據(jù)現(xiàn)場人員介紹，該電控系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，操作更加方便，系統(tǒng)的智能化程度和控制精度更高，針對設(shè)備出現(xiàn)故障問題時(shí)，能更加快速找到故障位置處并進(jìn)行維修，得到了現(xiàn)場工作人員的一致好評。電控系統(tǒng)的優(yōu)化升級，對提高礦用提升機(jī)的運(yùn)行效率和作業(yè)安全具有重要作用。

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作者：米文科 單位：大同煤礦集團(tuán)宏大萬杰煤業(yè)有限責(zé)任公司