矿井提升机PLC电控及变频调速系统技术应用研究

2015-08-15张鹏

机械管理开发 2015年8期

张鹏

（山西焦煤西山煤电西曲矿，山西古交 030200）

引言

作为近些年才逐渐发展成熟的一门自动化控制技术，变频调速技术通过改变控制对象电源的频率，实现了在较大范围内对交流发电机的无级平缓调速，在电动机运行的过程中能够根据即时负载情况做出及时的调整，确保电动机始终以最佳的状态运行，进而使设备能够在生产的整个过程中都保持较高的运行效率并实现节能减排的目标。在矿井提升机控制系统研究中，采用变频器和可编程控制器相结合的方法，在使用过程中实现了变频调速、换向等功能，使运行更加平稳可靠。

1 国内煤矿提升机使用现状

我国煤矿多为1980年～2000年投产的矿井，多数矿井的主、副井提升设备为JK系列矿井提升机，配套使用的均为老式TKD系列电控系统，应用缠绕型电机转子串联电阻的多级投切方式实现速度的有效调控，电机、电控系统、液压站、保护装置等均为非防爆设备，已不符合现代矿井的安全运行要求［1］。

老旧提升机在使用多年后，大多都存在部分设备严重老化，减速器、液压站渗漏严重，电控系统故障率高，检修维护量大，且调速系统存在档位跳跃性，起动及换档调速时电流及驱动装置冲击较大，节电效果差，影响矿井的正常生产。因此，新型PLC电控—变频调速系统的应用，既可进一步保障提升机系统的安全运行，又可良好地满足矿井的正常生产及设备安全要求［2］。

为解决电控系统非防爆设备、部分设备严重老化，减速器、液压站渗漏严重，电控系统故障率高，检修维护量大，且调速系统起动及换档调速时电流及驱动装置冲击较大，节电效果差的现状，采用双电源供电，防爆PLC集控及变频调速电控系统，更新电机、减速器、液压站及视频监控系统等［3］来改善以上问题。

2 系统的技术特点及创新点

系统技术特点：提升机电控系统采用PLC集控，变频驱动电控系统。电机采用变频调速式强制风冷式防爆电机，可良好地与变频调速装置匹配使用，盘型制动系统配置数字式闸间隙保护装置，对闸间隙的在线数据可直观检测［4］。

2.1 控制系统的技术特点

控制系统技术性能。提升机控制系统主要由两套可编程序控制器（采用西门子S7－300PLC）和部分硬件电路组成，两套PLC系统互为备用。它的功能主要是通过PLC1中的功能软件完成的。机控系统的提升主要包括下列内容：

1）主控系统是由PLC1所构成，用以实现提升机的保护功能与控制功能，实现对提升机检修、手动等运行形式的有效控制；实现提升机的闭锁与逻辑控制；实现传动系统的速度设定与运转控制；实现提升信息系统的有效控制与闭锁；实现提升机电气、液压、机械等方面保护、报警与故障灯功能，并实现对超速减速、超速等速、过卷等故障的多层防护；实现轴编码器间的断线保护与互相监控；形成软件与硬件的安全电路，实现两者间相互闭锁与冗余；实现对提升机制动系统中安全闸与工作闸的有效控制；能够对提升机的运行速度与位置进行数字指示与测量。

2）监控系统是由PLC2所构成，它对位置进行检测所用的轴编码器采用的是独立的一台。该系统主要包括以下功能：根据行程设定传动系统的速度，实现对位置的有效控制；自动形成速度—位置的包络曲线，实现对提升机速度的实时监控；完成双线制提升机所要求的减速、超速、过卷、限速等防护功能；同主控系统PLC1的输出速度信号与位置信号进行比较，实现对所有PLC系统运行状态的有效监控；形成安全软件电路，并同其他的电路相互封闭冗余；在PLC1系统发生故障时，能够保证对提升机的有效控制。

3）可编程序控制器具有完善的保护功能，对于超速与全速的防护、井筒端头超速减速的防护、负荷超压的防护、深度显示器的防护、闸间隙防护、松绳防护、减速防护等安全防护措施，以上防护措施都需要达到相关规范中所规定的要求［5］。同时还能完成定点速度监视、减速器温度检测、主电机轴承及定子温度检测、液压站压力与温度检测、闸瓦磨损等监控与保护功能，提供无源接点信号，电控装置为以上信号留有电气接口。

4）操作台有液晶显示器、深度指示器、指示灯与显示仪表等，能够即时地显示下列数据：电机的电压、提升的速度、电流、液压站压力（需要液压站提供4～20mA压力信号）温度（需要液压站提供信号），减速器的油温等。显示屏具有模拟动画的绞车位置显示［6］。

5）提升机闸间隙保护装置能够实时检测和显示每个闸的开启距离，超过规定时实现声光报警，并断电停机。

6）隔爆型工业视频监控系统要求选用工业级的隔爆黑白摄像机，配备硬盘录像机，能够存储不少于30天的视频信息，并且具有回放功能，显示器采用19寸防爆监视器。

7）监控减速器油温、液压站温度、压力、电机绕组轴承温度、主轴承温度、天轮轴承温度。将所有传感器信号传至电控系统，并通过显示屏显示，实现在线监测功能［7］。

8）提升机电控装置与防跑车装置在提升机安全回路接入一组无源闭合接点，当防跑车装置发现问题后，此接点断开，提升机电控装置的安全继电器释放，进行安全制动［8］。

2.2 变频调速设备与装置的技术特征

变频器的输入电压，它的电压波动的范围在－15%～10%之间，定输入频率是50Hz；变频器的输出：电压频率：0～50Hz（连续可调）；过载系数：1.5IN 2min，2IN 1min；控制方式：无速度传感器矢量控制；调制方式：PWM调制；保证在5%～100%的速度范围内，调速精度不大于0.5%；变频器内部采用德国进口核心部件，采用AFE自换向功能，能够适用于电机能量再生工作状态；功率因数的值较高，一般cosΦ的值都在0.95以上；对电网高频谐波所产生的污染较小，变频器形成的的谐波电流在5%以下；变频器设置有过载、过流、欠压、超压等防护设施。