變頻控制系統(tǒng)在礦井提升機(jī)中的應(yīng)用

楊敬宜

摘 要：煤礦井下生產(chǎn)的順利開(kāi)展離不開(kāi)各類(lèi)機(jī)電設(shè)備的高效運(yùn)轉(zhuǎn)，而提升機(jī)就是實(shí)現(xiàn)礦井物料內(nèi)運(yùn)和煤炭外運(yùn)的關(guān)鍵設(shè)備，但傳統(tǒng)的提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)多為交流接觸器-晶閘管控制的電阻投切型控制系統(tǒng)，這種控制系統(tǒng)在使用中因交流接觸裝置頻繁接觸動(dòng)作，使得其主觸頭極易氧化從而造成設(shè)備損壞。同時(shí)，提升機(jī)啟動(dòng)方式多為降壓?jiǎn)?dòng)，極易出現(xiàn)工頻時(shí)無(wú)法正常啟動(dòng)的情況。此外，在速度調(diào)節(jié)上的控制性較差，使得提升機(jī)減速和爬行停機(jī)精準(zhǔn)度不夠。由此可見(jiàn)，常規(guī)的提升機(jī)電控系統(tǒng)在使用中存在諸多缺陷，針對(duì)這一問(wèn)題，應(yīng)用PLC變頻控制系統(tǒng)，能夠有效改善以往作業(yè)中存在的不足，從而大幅提升礦井生產(chǎn)綜合效益。

關(guān)鍵詞：礦井;提升機(jī);變頻控制;應(yīng)用要點(diǎn)

中圖分類(lèi)號(hào)：TD67 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言

煤礦開(kāi)采過(guò)程中需要用到大量的機(jī)械裝備，其中提升機(jī)是非常重要的煤礦生產(chǎn)設(shè)備之一，對(duì)于保障整個(gè)采煤過(guò)程的順利推進(jìn)具有非常關(guān)鍵的作用。隨著企業(yè)節(jié)能減排壓力以及生產(chǎn)成本的不斷增加，如何進(jìn)一步提升礦井提升機(jī)的運(yùn)行效率及服務(wù)安全性是所有煤礦企業(yè)面臨的關(guān)鍵問(wèn)題。針對(duì)礦井提升機(jī)開(kāi)展自動(dòng)化改造，確保提升機(jī)設(shè)備能夠根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)際狀態(tài)對(duì)相關(guān)工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，是保障提升機(jī)安全運(yùn)行并提高設(shè)備運(yùn)行效率的重要措施和手段。

1變頻控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

變頻控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在兩方面，一方面可以使機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行更加平穩(wěn)，另一方面可以使機(jī)電設(shè)備更加節(jié)能。煤礦大功率用電設(shè)備較多，在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)有大量的諧波進(jìn)入到電網(wǎng)中，這會(huì)導(dǎo)致機(jī)電設(shè)備運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)一定的異常，例如振動(dòng)加劇、發(fā)熱。交流電源經(jīng)過(guò)變頻后波形更加標(biāo)準(zhǔn)，使交流電機(jī)在運(yùn)行時(shí)更加平穩(wěn)。此外，交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源的頻率呈線(xiàn)性關(guān)系，采用變頻控制技術(shù)可以對(duì)電機(jī)進(jìn)行無(wú)極調(diào)速，減輕設(shè)備在啟停時(shí)的振動(dòng)。節(jié)能是變頻控制技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速由N1變化到N2時(shí)，電機(jī)的輸送功率P2/P1=（N2/N1）3。也就是說(shuō)，當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低10%時(shí)，電機(jī)的功率降低了27%。在很多情況下，煤礦機(jī)電設(shè)備并不能達(dá)到滿(mǎn)負(fù)荷狀態(tài)，例如皮帶輸送機(jī)等。變頻調(diào)速技術(shù)在使用過(guò)程中能夠按照機(jī)電設(shè)備的工作量對(duì)速度進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)機(jī)電設(shè)備的負(fù)荷低時(shí)，可以利用變頻控制技術(shù)降低電機(jī)的轉(zhuǎn)速，這樣可以節(jié)省大量的電能;同時(shí)，四象限變頻系統(tǒng)，在重物下方過(guò)程中，還可實(shí)現(xiàn)能量回饋。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)，采用變頻控制技術(shù)后，機(jī)電設(shè)備將節(jié)能30%～80%，這可為煤礦創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

2變頻控制系統(tǒng)在礦井提升機(jī)中的應(yīng)用

礦井提升機(jī)主要承擔(dān)著將工作人員、物料安全、平穩(wěn)運(yùn)輸至目標(biāo)位置的任務(wù)，是煤礦生產(chǎn)中的重要機(jī)械設(shè)備。在傳統(tǒng)的礦井提升機(jī)運(yùn)行中，普遍利用電阻帶動(dòng)電機(jī)控制，結(jié)合鼓型控制器調(diào)整速度，調(diào)速性能差，屬于有級(jí)調(diào)速，調(diào)速時(shí)能量大部分消耗在電阻上，給定方式落后，控制精度低，安全保護(hù)和監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)不完善，安全可靠性差，維護(hù)工作量大，而且運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)。而依托變頻控制技術(shù)的應(yīng)用就能夠規(guī)避上述問(wèn)題的發(fā)生，通過(guò)變頻控制技術(shù)在礦井提升機(jī)中的應(yīng)用，可以強(qiáng)化對(duì)設(shè)備的保護(hù)作用，優(yōu)化礦井提升機(jī)的運(yùn)行平滑性以及無(wú)級(jí)調(diào)速。實(shí)踐中，將變頻控制技術(shù)與編程器聯(lián)合使用，可以根據(jù)調(diào)整輸入于電控系統(tǒng)中的指令實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電器的高效控制，且提升梯形圖與電路圖之間轉(zhuǎn)換的靈活性程度。通過(guò)應(yīng)用變頻控制技術(shù)實(shí)施對(duì)繼電器的控制，能夠明顯減少外部線(xiàn)路的設(shè)置數(shù)量以及繼電器的使用數(shù)量，也實(shí)現(xiàn)對(duì)故障問(wèn)題的有效規(guī)避，避免空間不足的問(wèn)題發(fā)生。同時(shí)，在變頻控制技術(shù)的支持下，礦井提升機(jī)的啟動(dòng)/停止平穩(wěn)程度顯著上升，對(duì)鋼絲繩的沖擊減小。另外，變頻控制技術(shù)的應(yīng)用促使礦井提升機(jī)的無(wú)極調(diào)速成為可能，提升機(jī)的節(jié)能性以及運(yùn)行可靠性增高，鋼絲繩數(shù)量與檢修次數(shù)減少，推動(dòng)礦井提升機(jī)檢修成本的降低。

2.1變頻裝置選取分析

結(jié)合井下提升機(jī)的實(shí)際工作需要，為確保速度調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性和高效性，變頻裝置應(yīng)當(dāng)按照如下標(biāo)準(zhǔn)確定：a）所用控制方式必須具備低頻大力矩，其中，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩必須高于2倍的額定轉(zhuǎn)矩，在工作頻率為1Hz時(shí)應(yīng)當(dāng)具備超過(guò)1.6倍的額定轉(zhuǎn)矩;懸掛重物時(shí)不發(fā)生溜鉤;零速時(shí)保持150%力矩。b）具備獨(dú)特的抱閘控制邏輯，相較于常規(guī)的FDT模式（開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)），具備更加優(yōu)良的控制性能。c）作業(yè)頻率應(yīng)當(dāng)在0.5～50.0Hz之間分段設(shè)置，具備無(wú)級(jí)連續(xù)調(diào)節(jié)。e）作業(yè)電壓范圍為320～480V，并且能夠始終在額定負(fù)荷下無(wú)故障運(yùn)行。

2.2抗干擾設(shè)計(jì)

為確?？刂七^(guò)程中數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，變頻控制系統(tǒng)必須具備良好的抗干擾能力，具體包括以下3點(diǎn)：a）將信號(hào)電纜與電力電纜分隔鋪設(shè)，同時(shí)采用屏蔽電纜作為信號(hào)傳輸線(xiàn)纜，并將所有屏蔽電纜接地;b）導(dǎo)引至PLC柜的電纜應(yīng)當(dāng)盡量與容易產(chǎn)生電磁干擾的裝置隔離，所有操作臺(tái)和控制柜均配設(shè)保護(hù)接地舉措，內(nèi)部必須配有獨(dú)立的電纜屏蔽接地端子，并與內(nèi)部未接地電路板隔離;c）在變頻裝置的輸入端和輸出端配設(shè)相應(yīng)的電控裝置和濾波裝置，電機(jī)與變頻裝置間的電纜采用穿鋼管的方式鋪設(shè)，并將其他弱電信號(hào)布設(shè)在不同的電纜溝，防止輻射干擾。

2.3PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

PLC控制系統(tǒng)分為PLCI、PLCII兩部分，PLCⅠ為主控系統(tǒng)，能夠采集編碼器Ⅰ的作業(yè)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)的行程控制和速度控制;PLCⅡ主要用于系統(tǒng)監(jiān)控，能夠?qū)幋a器Ⅱ信號(hào)進(jìn)行采集，并對(duì)提升機(jī)運(yùn)行的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)掌控。作業(yè)時(shí)，PLCⅠ與PLCⅡ之間通過(guò)通訊方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，在正常作業(yè)期間2個(gè)PLC控制器均投入使用，從而實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的“雙線(xiàn)”控制和保護(hù)。為保證2套PLC系統(tǒng)作業(yè)的同步性，PLCⅠ會(huì)對(duì)2個(gè)PIC系統(tǒng)（單片機(jī)系統(tǒng)）監(jiān)測(cè)所得的提升機(jī)行程信號(hào)和速度信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)比對(duì)，一旦存在較大差別，便會(huì)立即發(fā)出預(yù)警信號(hào)，保證作業(yè)安全。同時(shí)，當(dāng)一臺(tái)PLC裝置發(fā)生故障時(shí)，另一臺(tái)能夠繼續(xù)保持正常運(yùn)行，使得系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性大幅提升。

控制的子程序主要用于對(duì)開(kāi)車(chē)條件的確定，在提升機(jī)運(yùn)行過(guò)程中及時(shí)對(duì)運(yùn)行的偏差進(jìn)行校正，確定提升機(jī)是否存在故障。當(dāng)接受到啟動(dòng)的信號(hào)后，啟動(dòng)提升機(jī)，提升機(jī)開(kāi)始加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)速度達(dá)到勻速運(yùn)動(dòng)的速度時(shí)，保持勻速運(yùn)動(dòng)，停止加速。當(dāng)運(yùn)行至減速點(diǎn)時(shí)，運(yùn)行速度開(kāi)始降低，提升機(jī)進(jìn)入爬行工況。當(dāng)運(yùn)行至停車(chē)點(diǎn)時(shí)，速度降低至零，達(dá)到停車(chē)制動(dòng)，狀態(tài)復(fù)位，等待下次啟動(dòng)。

2.4應(yīng)用效果分析

節(jié)能是變頻控制技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)，我公司承建的山東姜家窯金礦3#豎井雙提升系統(tǒng)均采用了基于PLC的變頻調(diào)速系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)整個(gè)項(xiàng)目周期對(duì)提升機(jī)的提升效率以及電能消耗情況進(jìn)行詳細(xì)統(tǒng)計(jì)對(duì)比，結(jié)果表明：同比用電減少29%，節(jié)能效果顯著。另一方面，變頻控制系統(tǒng)的應(yīng)用使得提升機(jī)在不同階段之間的速度切換更加順滑，對(duì)設(shè)備造成的沖擊更小。因此設(shè)備的故障率顯著降低，維修費(fèi)用節(jié)約70%，為煤礦企業(yè)節(jié)省了大量的維護(hù)保養(yǎng)成本。

結(jié)束語(yǔ)

提升機(jī)作為礦井生產(chǎn)作業(yè)中的重要設(shè)備，其運(yùn)行質(zhì)量對(duì)整個(gè)礦井生產(chǎn)作業(yè)綜合效益有直接影響，礦井管理者必須高度重視相關(guān)問(wèn)題，在生產(chǎn)中積極組織專(zhuān)業(yè)技術(shù)力量開(kāi)展針對(duì)性分析探究，從而設(shè)計(jì)出適用性?xún)?yōu)良的變頻調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)的高效、安全、穩(wěn)定操控，為整個(gè)礦井生產(chǎn)的持續(xù)高效開(kāi)展提供堅(jiān)實(shí)保障。

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