PLC控制技術(shù)和直流調(diào)速晶閘管變頻技術(shù)在 煤礦暗斜井提升機(jī)防爆變頻改造中的應(yīng)用分析

摘要：礦井提升機(jī)是礦山生產(chǎn)中最為重要的設(shè)備之一，其主要任務(wù)是沿井筒提升各種物料和設(shè)備，以及工作人員的升降，是聯(lián)系井下與井上的主要途徑，素有礦井“咽喉”之稱。對(duì)提升機(jī)來(lái)說(shuō)，運(yùn)行的安全性和可靠性是極其重要的，一旦發(fā)生故障，會(huì)造成難以估量的損失。文章以煤礦暗斜井提升機(jī)防爆變頻改造為例，對(duì)PLC控制技術(shù)和直流調(diào)速晶閘管變頻技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了分析和研究。

關(guān)鍵詞：PLC控制技術(shù)；直流調(diào)速晶閘管變頻技術(shù)；提升機(jī)；防爆變頻改造；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TM343.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-8937（2014）15-0053-01

作為礦山開采過(guò)程中應(yīng)用最為廣泛的機(jī)械設(shè)備，提升機(jī)對(duì)于煤礦生產(chǎn)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著極其重要的作用，一旦提升機(jī)出現(xiàn)故障或者事故，不僅會(huì)嚴(yán)重影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，更會(huì)威脅礦井工作人員的人身安全。因此，做好提升機(jī)的管理和控制，對(duì)于煤礦生產(chǎn)而言，是十分重要的。

1PLC控制技術(shù)與直流調(diào)速晶閘管變頻技術(shù)

PLC，即Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器，屬于一種具有微處理機(jī)的數(shù)字化電子設(shè)備，可以應(yīng)用于自動(dòng)化控制領(lǐng)域，通過(guò)將控制命令的隨時(shí)加載，對(duì)其進(jìn)行儲(chǔ)存和執(zhí)行。在機(jī)電提升系統(tǒng)控制中，PLC技術(shù)可以通過(guò)與電氣控制技術(shù)的相互結(jié)合，極大地提升其綜合性能，能夠有效提高電氣控制裝置的安全性和穩(wěn)定性，具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)。

直流調(diào)速系統(tǒng)可以通過(guò)對(duì)控制電壓的調(diào)節(jié)，改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，具有良好的線性調(diào)速特性，控制性能簡(jiǎn)單高效，動(dòng)態(tài)特性優(yōu)異，是目前多數(shù)調(diào)速控制電動(dòng)機(jī)的最優(yōu)選擇。而直流調(diào)速晶閘管變頻技術(shù)，就是將晶閘管與直流調(diào)速系統(tǒng)相互結(jié)合，通過(guò)改變運(yùn)轉(zhuǎn)頻率，從而達(dá)到改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，起到節(jié)能效果，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，不僅在技術(shù)性能上表現(xiàn)出了較大的優(yōu)越性，在經(jīng)濟(jì)性和可靠性上也有了很大的提高。

2礦井提升機(jī)的防爆變頻改造

2.1改造前概況

該煤礦屬于中型國(guó)有煤礦，暗斜井提升系統(tǒng)建設(shè)于1996年，主要功能在于井上與井下的相互聯(lián)系，物料和設(shè)備的運(yùn)輸，礦井工作人員升降等。提升機(jī)為國(guó)產(chǎn)設(shè)備，電控系統(tǒng)采用的是TKD-A型。在設(shè)計(jì)建造設(shè)，由于經(jīng)濟(jì)因素、設(shè)備因素和技術(shù)因素等的影響，提升系統(tǒng)的最大提升能力為15 t，其主要技術(shù)參數(shù)如下：提升速度：3.14 m·s-1；提升斜長(zhǎng)：420 L/m；卷筒寬度：1.3 B/m；卷筒直徑：2.5 D/m；主電機(jī)功率：155 kW；傾角：23 °

2.2改造目標(biāo)

在不斷的發(fā)展過(guò)程中，該煤礦的生產(chǎn)能力大大提升，生產(chǎn)設(shè)備也開始向著大型化的方向發(fā)展，原有的15 t的提升能力已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)有設(shè)備的使用需求，而且提升系統(tǒng)自身存在一定的安全隱患，不具備相應(yīng)的防爆功能，同時(shí)系統(tǒng)能耗大，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，故障率較高。在這種情況下，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察和專家討論后，決定對(duì)暗斜井提升系統(tǒng)進(jìn)行防爆變頻改造，改造的目標(biāo)主要包括四個(gè)方面：①?gòu)?qiáng)化系統(tǒng)的提升能力，保證提升機(jī)的安全性和可靠性；②實(shí)現(xiàn)提升系統(tǒng)的防爆功能；③減少提升機(jī)在運(yùn)行維護(hù)中的能耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗；④對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)保護(hù)功能進(jìn)行完善。

2.3改造方案

2.3.1主電機(jī)

在對(duì)主電機(jī)進(jìn)行改造前，需要對(duì)實(shí)際要求的電機(jī)功率進(jìn)行計(jì)算，確保電機(jī)選擇的合理性。電機(jī)功率的計(jì)算公式為：N=FcmaxVmφ/1 000 #1051771;j=206 kW

其中，F(xiàn)cmax表示提升系統(tǒng)的最大靜張力差，Vm取值為55 kN；#1051771;j表示最大提升速度，取3.14 m/s；為減速器的工作效率，為0.92。

在原提升系統(tǒng)中，主電機(jī)為JR128-8繞線式電機(jī)，功率為155 kW。很顯然，這個(gè)功率與實(shí)際要求的功率相差較大，因此需要重新選擇適當(dāng)?shù)碾姍C(jī)。考慮到電控系統(tǒng)采用變頻調(diào)速系統(tǒng)，在兼顧適用性和經(jīng)濟(jì)性的前提下，選擇了YB2335-250 kW-8P型防爆變頻專用電機(jī)，采用強(qiáng)迫風(fēng)冷方式，電機(jī)功率達(dá)到250 kW，不僅能夠滿足實(shí)際需求，還留出了一定的富余。

2.3.2電控系統(tǒng)

電控系統(tǒng)采用的是變頻調(diào)速，則根據(jù)其基本原理可知，通過(guò)對(duì)電源頻率的調(diào)節(jié)，可以對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。在實(shí)際應(yīng)用中，將50 Hz的交流電經(jīng)過(guò)整流和濾波之后，轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，然后由PLC發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，將直流電再轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)頻率的交流電，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。在IGBT等電力半導(dǎo)體制造工藝不斷發(fā)展的影響下，變頻調(diào)速技術(shù)也逐漸成熟。憑借自身故障率低、可靠性強(qiáng)，容易實(shí)現(xiàn)防爆功能等優(yōu)勢(shì)，變頻系統(tǒng)在機(jī)電控制中得到了廣泛的應(yīng)用。因此，在該煤礦暗斜井提升機(jī)的改造中，選擇ZJJB-Ⅱ-250/6型防爆變頻調(diào)速電控系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)減速超速、主電機(jī)過(guò)問(wèn)、制動(dòng)系統(tǒng)故障、潤(rùn)滑系統(tǒng)故障、過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)載等方面的保護(hù)功能。這里針對(duì)電控系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置進(jìn)行簡(jiǎn)單分析：

①速度設(shè)置：正常情況下，物料的傳輸?shù)募訙p速度為0.2 m/s2，最大速度為3.14 m/s；檢修過(guò)程中，加減速度為0.2 m/s2，最大速度為0.5 m/s，可以實(shí)現(xiàn)速度的連續(xù)可調(diào)。

②制動(dòng)方式：一般來(lái)說(shuō)，在對(duì)重物進(jìn)行下放時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的能量，為了保證制動(dòng)安全，采用了回饋制動(dòng)的方式，將下放重物是產(chǎn)生的電能回饋給電網(wǎng)，從而有效節(jié)約能量消耗，也可以減少變頻器過(guò)熱的機(jī)率。

③PLC控制：為了保證電控系統(tǒng)的正常工作，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩套SIEMENS的S7-200系列PLC，互為補(bǔ)充，如果其中一套PLC出現(xiàn)故障，另一套可以迅速發(fā)揮作用，保證提升控制的有效進(jìn)行。

④軸編碼器：軸編碼器的作用，是對(duì)變頻調(diào)速系統(tǒng)的速度進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的檢測(cè)，從而保證系統(tǒng)的可靠性和安全性。本系統(tǒng)采用雙軸編碼器，即高速軸編碼器和低速軸編碼器，分別檢測(cè)2個(gè)位置的轉(zhuǎn)速，對(duì)系統(tǒng)有雙保險(xiǎn)作用。

2.3.3潤(rùn)滑系統(tǒng)

潤(rùn)滑系統(tǒng)的改造，主要是更換了防爆電機(jī)，在系統(tǒng)中增加了相應(yīng)的壓力和溫度傳感器，將其接入安全回路，從而使得在出現(xiàn)溫度或壓力異常時(shí)，提升機(jī)拒動(dòng)，避免安全事故的發(fā)生。

2.3.4液壓系統(tǒng)

將原有的KT線圈液壓調(diào)節(jié)閥改成了ZDYB-Ⅲ型防爆液壓系統(tǒng)，這種系統(tǒng)以比例溢流閥為核心，元件全部都是防爆型或者本安型，具有隨動(dòng)性好，可靠性高，油壓穩(wěn)定的特點(diǎn)。

2.3.5制動(dòng)器

將原有的前置式油缸盤閘改成為后置式油缸潘閘，可以增大制動(dòng)力矩，提高制動(dòng)的安全性。

3 結(jié)語(yǔ)

在暗斜井提升機(jī)防爆變頻改造完成后，經(jīng)過(guò)試運(yùn)行，確定了系統(tǒng)的適用性和安全性，與改造前相比，不僅安全性大大提高，提升機(jī)在運(yùn)行維護(hù)中的節(jié)能效果顯著，故障率也大大降低，在各種工況下都可以保證安全可靠的運(yùn)行，能夠滿足礦井生產(chǎn)的實(shí)際需求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 蘇長(zhǎng)勝.礦井提升機(jī)控制技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J].工礦自動(dòng)化，2013，(2).

[2] 陳經(jīng)艷.礦用提升絞車PLC控制系統(tǒng)的研究和應(yīng)用[D].長(zhǎng)沙:中南大學(xué)，2012.

[3] 趙學(xué)雷，連紅飛.暗斜井提升機(jī)防爆變頻改造探討[J].煤礦機(jī)械，2007，(5).

[4] 何曉群.礦井提升機(jī)調(diào)速和控制系統(tǒng)的發(fā)展[J].工礦自動(dòng)化，2009，(7).