絞車變頻提升系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：對(duì)礦區(qū)的交流提升機(jī)經(jīng)典控制系統(tǒng)（TKD電控系統(tǒng)）改造為以PLC為控制核心的低壓變頻控制系統(tǒng)，使絞車控制集中化，調(diào)試更加平穩(wěn)節(jié)能。

關(guān)鍵詞：絞車 PLC 變頻器

中圖分類號(hào)：TM921.51；TD534文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）06（b）-0098-01

1 現(xiàn)場(chǎng)情況

本方案為某礦區(qū)的絞車提升改造。原有系統(tǒng)為滑環(huán)電機(jī)串電阻控制的交流提升機(jī)經(jīng)典控制系統(tǒng)（TKD電控系統(tǒng)）。原有電機(jī)為JRQ-148-8 240 kW/6kV，轉(zhuǎn)速735 rpm/min。 卷筒直徑2 m、卷筒寬度1.5 m、鋼絲繩最大靜張力6000 kg、液壓工作壓力55 kg、鋼絲繩速度5 m/s、地面供電電壓等級(jí)6 kV、環(huán)境溫度-5℃～40℃、海拔高度1950 m、使用場(chǎng)所為斜井。

2 現(xiàn)有轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)試分析

礦井提升機(jī)擔(dān)負(fù)著運(yùn)輸人員、材料、礦石、礦物的重要任務(wù)，是礦井生產(chǎn)中四大運(yùn)轉(zhuǎn)中特別重要的設(shè)備。對(duì)于交流提升機(jī)拖動(dòng)而言，原有的控制系統(tǒng)普遍采用繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻的方式進(jìn)行調(diào)速，這些系統(tǒng)存在以下缺點(diǎn)：（1）電阻能耗大，且占用空間大。（2）使用轉(zhuǎn)差和開(kāi)環(huán)控制，調(diào)速范圍小、精度低、安全性能差；在減速段和下放時(shí)需投切動(dòng)力制動(dòng)直流電源或低頻電源，易造成設(shè)備損壞，且浪費(fèi)了大量的電能。（3）系統(tǒng)的故障率高，接觸器、電阻器、繞線電機(jī)碳刷容易損壞，維護(hù)工作量很大，影響了生產(chǎn)效率。（4）低速和爬行階段需要依靠制動(dòng)閘皮摩擦滾筒實(shí)現(xiàn)速度控制，特別是在負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，很難實(shí)現(xiàn)恒減速控制，導(dǎo)致調(diào)速不連續(xù)、速度控制性能較差。（5）啟動(dòng)和換檔沖擊電流大，造成了很大的機(jī)械沖擊，導(dǎo)致電機(jī)的使用壽命大大降低，而且極容易出現(xiàn)“掉道”現(xiàn)象。（6）自動(dòng)化程度不高，增加了開(kāi)采成本，影響了產(chǎn)量。（7）低電壓和低速段的啟動(dòng)力矩小，帶負(fù)載能力差，無(wú)法實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩提升。

3 改造計(jì)劃

（1）將TKD電控統(tǒng)系改造為以PLC（西門(mén)子）為控制核心的低壓變頻控制系統(tǒng)（西門(mén)子）。（2）增加高壓配電柜、干式變壓器、配電柜、變頻柜、操作臺(tái)、液壓泵站等電控設(shè)備；（3）原有的深度指示器（自整角機(jī)等設(shè)備）改為新型的柱式深度指示器（立于卷筒旁）。（4）原有的現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)元件（松繩開(kāi)關(guān)、閘瓦間隙檢測(cè)等）、抱閘系統(tǒng)不做修改，接入新系統(tǒng)中。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于傳動(dòng)領(lǐng)域發(fā)展的多樣性，使得目前出現(xiàn)了多種驅(qū)動(dòng)方案，下面是我們針對(duì)提升機(jī)所做的質(zhì)量高、性能價(jià)格比高、最合理的優(yōu)化方案如圖1。

4.1 控制系統(tǒng)

提升機(jī)變頻電控系統(tǒng)由提升機(jī)專用變頻器、智能型主控臺(tái)、回饋制動(dòng)柜和傳感器組成。

4.2 變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

提升機(jī)變頻電控系統(tǒng)是采用國(guó)際先進(jìn)的變頻調(diào)速、直流制動(dòng)、能量回饋、轉(zhuǎn)矩提升技術(shù)研制成功的高新技術(shù)產(chǎn)品，適用于礦井地面或井下37～600 kW提升機(jī)的智能電氣控制，它利用改變被控對(duì)象的電源頻率，成功實(shí)現(xiàn)了交流電動(dòng)機(jī)大范圍內(nèi)的無(wú)極平滑調(diào)速。尤其對(duì)于多繩、多水平、雙機(jī)、斜井等運(yùn)行場(chǎng)合，表現(xiàn)出巨大的優(yōu)越性。

4.3 制動(dòng)系統(tǒng)

為了確保斜井提升機(jī)的安全，提升機(jī)的機(jī)械閘是提升機(jī)安全運(yùn)行的最后一道屏障，這部分由液壓制動(dòng)系統(tǒng)完成，其控制如電機(jī)啟動(dòng)、停止，敞閘、施閘等動(dòng)作均由微機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)完成。同時(shí)對(duì)于液壓系統(tǒng)的故障狀態(tài)，如油溫過(guò)高、過(guò)低、濾油器堵塞、油泵過(guò)載、停轉(zhuǎn)等狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)濾油器堵塞、油泵過(guò)載、停轉(zhuǎn)等故障發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警的同時(shí)控制停機(jī)，但當(dāng)油溫過(guò)高、過(guò)低等故障發(fā)生時(shí)系統(tǒng)只發(fā)出報(bào)警信號(hào)，不馬上停機(jī)。

4.4 低壓配電系統(tǒng)

低壓配電系統(tǒng)的輸入為高壓配電系統(tǒng)中饋電柜輸出；高壓配電系統(tǒng)中饋電柜輸出經(jīng)630 kVA--6/0.4的變壓器變?yōu)?80 V低壓電。隔離變壓器采用DYn0接法，采用三相四線制供電。為了確保低壓供電的可靠性，低壓供電可以采用雙回路供電辦法。一路供電由上述供電，另一路引自用戶另一渠道。低壓電的分配在低壓配電柜內(nèi)完成，其除了給提升機(jī)電控系統(tǒng)各設(shè)備，如高壓配電系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)，變頻器，核心控制系統(tǒng)中操作臺(tái)、PLC柜，行程控制系統(tǒng)中PLC，操作臺(tái)，上位，信號(hào)系統(tǒng)等供電外，還提供附屬設(shè)備供電，如照明等，供電容量約500 kVA。

4.5 系統(tǒng)安全性、可靠性保證

（1）安全性保證。系統(tǒng)安全性監(jiān)視采用全數(shù)字傳動(dòng)系統(tǒng)、PLC及繼電回路的冗余結(jié)構(gòu)，具體體現(xiàn)為：①重要控制參數(shù)、信息及故障的多重化檢測(cè)、監(jiān)控及分級(jí)處理（緊急安全制動(dòng)、事故停車、不準(zhǔn)提升、事故報(bào)警）。②系統(tǒng)按冗余原則設(shè)計(jì)，保證某部分出故障時(shí)，系統(tǒng)仍能工作。（2）可靠性保證。為保證系統(tǒng)的可靠性，在系統(tǒng)及產(chǎn)品設(shè)計(jì)中嚴(yán)格遵循下列原則：①電氣系統(tǒng)中使用的元器件均為質(zhì)量可靠、性能穩(wěn)定且符合歐洲工業(yè)級(jí)電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)。②系統(tǒng)設(shè)計(jì)中注重故障處理的快速性和應(yīng)急性。

4.6 信號(hào)系統(tǒng)

信號(hào)系統(tǒng)采用PLC+HMI集中設(shè)計(jì)、顯示、操控系統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上延用操作員習(xí)慣使用的手柄操作臺(tái)，并集成人機(jī)對(duì)話界面系統(tǒng)，操作員能從人機(jī)界面真實(shí)準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)查看各種報(bào)警信號(hào)，安全可靠、功能靈活多樣、便于擴(kuò)展、且有自檢等多種功能，是煤礦絞車提升最理想的先進(jìn)設(shè)備。

參考文獻(xiàn)

[1] 高會(huì)平.副暗斜井絞車變頻調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)改造[J].科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2004，14（9）：307-308.

[2] 林清超.鉛坑礦提升絞車變頻改造與應(yīng)用[J].海峽科學(xué)，2011（4）：39-41.

[3] 丁小晴.煤礦絞車變頻電控技術(shù)應(yīng)用淺析[J].民營(yíng)科技，2011（4）：51-51.