提升機(jī)變頻調(diào)速程序改進(jìn)實(shí)踐

楊建生

（大竹縣堡子礦業(yè)有限責(zé)任公司）

采用PLC 控制的電阻調(diào)速提升機(jī)電控裝置在啟動(dòng)、換擋時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊電流，自動(dòng)化程度較低，在減速與低速爬行過(guò)程中主要依靠工作閘來(lái)控制，對(duì)閘瓦的磨損比較嚴(yán)重，需要經(jīng)常更換，可靠性和安全性差；且電阻系統(tǒng)在運(yùn)行中易發(fā)熱，造成安全隱患。堡子礦雖不屬于大型新建礦井，但為減少隔爆電阻箱在使用過(guò)程中的故障率和安全隱患，提高主暗斜井提升運(yùn)輸安全性，決定對(duì)主暗斜井提升機(jī)調(diào)速裝置進(jìn)行技改［1］。

1 工程概況

+250 m水平2JTB1.6×0.9-24型礦用隔爆型提升機(jī)于2004 年2 月正式投入使用，電控調(diào)速系統(tǒng)采用電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串DZB-660 型礦用隔爆型電阻箱，配TJJ-2/660礦用隔爆型絞車控制臺(tái)進(jìn)行控制。根據(jù)國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局、國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局發(fā)布的《禁止井工煤礦使用的設(shè)備及工藝目錄（第三批）》：使用繼電器結(jié)構(gòu)原理的提升機(jī)電控裝置在發(fā)布之日起2 a 后禁止使用。堡子礦2012 年對(duì)該提升機(jī)電控技改時(shí)，考慮到當(dāng)時(shí)礦用隔爆型變頻器調(diào)速裝置技術(shù)尚不太成熟、故障率和維修費(fèi)用較高以及自身維修技術(shù)水平有限等因素，暫將電控系統(tǒng)改為了PLC 電控調(diào)速控制裝置，但預(yù)留了后期技改變頻調(diào)速裝置的相關(guān)接口，調(diào)速方式依舊是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串DZB-660 型礦用隔爆型電阻箱。提升機(jī)存在啟動(dòng)和換擋時(shí)沖擊電流較大、調(diào)速過(guò)程不平滑、系統(tǒng)運(yùn)行不平穩(wěn)、隔爆型電阻箱故障率較高、電阻運(yùn)行時(shí)易發(fā)熱、硐室溫度較高、閘瓦磨損較嚴(yán)重和可靠性較差等缺點(diǎn)，已不符合行業(yè)相關(guān)規(guī)定要求［2-3］。

2 改造方案

在選用變頻器時(shí)，通常根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的額定電流來(lái)選擇變頻器，或者根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行中的最大電流值來(lái)選擇變頻器，再確定變頻器容量和輸出電流是否滿足電動(dòng)機(jī)運(yùn)行條件。變頻器過(guò)載容量通常多為125%/60 s 或150%/60 s，需要超過(guò)此值的過(guò)載容量時(shí)，必須增大變頻器的容量［4］。主暗斜井提升機(jī)型號(hào)為2JTB-1.6×0.9/24、電機(jī)型號(hào)為YBR0355S-6、電機(jī)功率為110 kW、電壓等級(jí)為660/380 V、額定電流為115/199A。在額定電壓為660 V 全負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，最大電流約為160 A，選擇1 臺(tái)BPB-200/660K 型礦用隔爆型交流變頻器可滿足需求。結(jié)合主暗斜井提升機(jī)目前正在使用的電控裝置實(shí)際情況，提出了3個(gè)技改方案。

（1）電控裝置全套更換。更換1套全新的提升機(jī)用隔爆型變頻調(diào)速電控控制裝置，包括隔爆型交流變頻器、濾波器電抗器、PLC可編程控制箱、本安操作臺(tái)等。變頻調(diào)速裝置具有過(guò)卷和過(guò)放保護(hù)、超速保護(hù)、過(guò)負(fù)荷和欠電壓保護(hù)、限速保護(hù)、提升容器位置指示保護(hù)、閘瓦間隙保護(hù)、松繩保護(hù)、減速功能保護(hù)、錯(cuò)向運(yùn)行保護(hù)等安全保護(hù)程序。過(guò)卷保護(hù)、超速保護(hù)、限速保護(hù)和減速功能保護(hù)設(shè)置為相互獨(dú)立的雙線型式［1］。全套設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用約20萬(wàn)元。

（2）替換原電控廠變頻器。利用現(xiàn)已預(yù)留有變頻器接口的PLC 可編程控制箱和本安操作臺(tái)，在原廠家購(gòu)置與其配套的隔爆型交流變頻器和濾波器電抗器，由原電控廠家技術(shù)人員負(fù)責(zé)安裝、調(diào)試變頻調(diào)速電控裝置，并與現(xiàn)有的PLC 電控調(diào)速設(shè)備進(jìn)行技術(shù)對(duì)接，達(dá)到變頻調(diào)速控制目的。由于需要對(duì)現(xiàn)有PLC 電控調(diào)速設(shè)備的部分程序修改、線路對(duì)接，經(jīng)多次與原廠家溝通協(xié)調(diào)，設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用和技術(shù)服務(wù)費(fèi)用總報(bào)價(jià)依舊高出于同類廠商價(jià)格約2～3萬(wàn)元，且原廠家在本市及周邊區(qū)域銷售、使用的變頻器較少，沒(méi)有售后服務(wù)站點(diǎn)。

（3）購(gòu)置同類型變頻器。目前34 采區(qū)提升機(jī)安裝的1套隔爆型變頻器調(diào)速控制裝置使用效果較好，且該廠家在本市及周邊類似提升機(jī)隔爆型變頻調(diào)速控制裝置使用較多，設(shè)有專門的售后服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)。與該廠家協(xié)商，本安操作臺(tái)和PLC 可編程控制箱使用現(xiàn)有設(shè)備，只購(gòu)置隔爆型交流變頻器和濾波器電抗器，其設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用和技術(shù)服務(wù)費(fèi)用總報(bào)價(jià)與同型廠商無(wú)太大區(qū)別。但該廠家為避免電控系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，難以分清是原PLC 電控裝置故障還是變頻器電控裝置故障，建議更換整套PLC 電控加變頻調(diào)速電控裝置。經(jīng)多次協(xié)商，依舊使用現(xiàn)有的本安操作臺(tái)和PLC 電控柜，僅購(gòu)置隔爆型交流變頻器和濾波電抗器，并預(yù)留后期技改自動(dòng)化、信息化相關(guān)接口。

綜合上述3種方案的利弊，購(gòu)置全套隔爆型變頻器調(diào)速控制裝置費(fèi)用較高，但技改后售后服務(wù)有保障。使用原本安操作臺(tái)和PLC 電控，只購(gòu)置變頻器和濾波器費(fèi)用較低，但不管使用任何廠家的變頻調(diào)速裝置，均需要對(duì)原PLC 電控裝置程序進(jìn)行重新編程，部分控制線路進(jìn)行重新調(diào)整。綜合考慮設(shè)備維護(hù)便利程度、技改費(fèi)用和對(duì)礦井正常生產(chǎn)的影響程度等，決定選擇第三方案。

3 變頻器程序改進(jìn)

技改后的隔爆型變頻調(diào)速裝置在調(diào)試和運(yùn)行過(guò)程中，存在串車組多次無(wú)法自動(dòng)摘鉤，導(dǎo)致未摘脫鉤的串車組連同鋼絲繩一起撞上鋼絲繩托繩裝置。提升機(jī)起車時(shí)低速運(yùn)行階段松繩保護(hù)程序經(jīng)常動(dòng)作，導(dǎo)致變頻器頻繁啟停等問(wèn)題。為此，決定對(duì)隔爆型變頻調(diào)速裝置部分控制程序進(jìn)行改進(jìn)，并結(jié)合34 采區(qū)隔爆型交流變頻器調(diào)速控制裝置使用情況，對(duì)主暗斜井提升機(jī)電源電壓進(jìn)行調(diào)整。

3.1 增加過(guò)壓減速制動(dòng)停車保護(hù)

查閱變頻器相關(guān)資料，其額定運(yùn)行電壓為660 V±5%，極值電壓不能超過(guò)660 V±10%，超過(guò)其極值上限電壓時(shí)，就有可能造成變頻器IGBT 模塊損壞的危險(xiǎn)［2］。為此，技改隔爆型變頻調(diào)速裝置的同時(shí)對(duì)主暗斜井提升機(jī)供電電源電壓進(jìn)行了調(diào)整，并在變頻器運(yùn)行程序中，增加了過(guò)電壓減速制動(dòng)停車保護(hù)，以避免電壓過(guò)高，造成變頻器IGBT 模塊和其他元器件燒壞的問(wèn)題，導(dǎo)致運(yùn)行中的提升機(jī)蹬繩、溜車、掉道、跑車等安全事故。在《煤礦安全規(guī)程》提升裝置十大安全保護(hù)規(guī)定中，對(duì)過(guò)負(fù)荷和欠電壓保護(hù)做出了規(guī)定，但未對(duì)過(guò)電壓做出明確規(guī)定，隨著PLC、變頻器等電氣設(shè)備在煤礦機(jī)電設(shè)備中使用越來(lái)越多，尤其是變頻器調(diào)速的提升機(jī)，應(yīng)明確規(guī)定提升機(jī)供電系統(tǒng)和電控裝置均必須具有過(guò)電壓保護(hù)，避免電器（子）元件因過(guò)電壓燒壞，發(fā)生提升運(yùn)輸安全事故。

3.2 修改減速頻率實(shí)現(xiàn)自動(dòng)摘鉤

由于變頻器出廠配置的自動(dòng)減速程序，串車組運(yùn)行到自動(dòng)減速設(shè)置位置時(shí)，運(yùn)行頻率自動(dòng)減至20 Hz，無(wú)論司機(jī)如何操作，自動(dòng)減速后的頻率也無(wú)法超過(guò)20 Hz，其運(yùn)行速度最高約1.2 m/s，達(dá)不到串車組自動(dòng)摘鉤所需的運(yùn)行速度，調(diào)試時(shí)多次出現(xiàn)了不能自動(dòng)摘鉤現(xiàn)象。為此，對(duì)該段位置串車組運(yùn)行速度和變頻器運(yùn)行頻率多次調(diào)整試驗(yàn)，確定將變頻器自動(dòng)減速頻率修改為25 Hz，運(yùn)行速度提高到約1.8 m/s，這樣既保證了串車組能自動(dòng)摘鉤，又符合了保證提升容器或者平衡錘達(dá)到終端位置時(shí)的速度不超過(guò)2 m/s 的規(guī)定［1］。

3.3 松繩保護(hù)增加自動(dòng)減頻功能

變頻器出廠配置的松繩保護(hù)為接入安全回路，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于提升機(jī)司機(jī)操作和上車場(chǎng)無(wú)極繩推車機(jī)運(yùn)行速度很難保持不一致，極易出現(xiàn)提升機(jī)初始運(yùn)行階段因速度稍微過(guò)快而出現(xiàn)松繩保護(hù)動(dòng)作，造成變頻器頻繁啟停，增加變頻器故障，縮短變頻器的使用壽命。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》中相關(guān)要求，纏繞式提升機(jī)應(yīng)當(dāng)設(shè)置松繩保護(hù)裝置并接入安全回路或報(bào)警回路［1］。在符合《煤礦安全規(guī)程》的前提條件下，為使提升機(jī)運(yùn)行更加平穩(wěn)，將松繩保護(hù)程序改為變頻調(diào)速裝置報(bào)警回路，并增加了自動(dòng)減頻程序。當(dāng)提升機(jī)運(yùn)行出現(xiàn)松繩時(shí)，變頻器運(yùn)行頻率自動(dòng)減至5 Hz，操作臺(tái)顯示屏上出現(xiàn)松繩保護(hù)故障，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警鈴聲，提示絞車司機(jī)控制好運(yùn)行速度或短暫制動(dòng)，待松繩故障消失后，變頻器運(yùn)行頻率恢復(fù)正常，提升機(jī)司機(jī)方可繼續(xù)正常操作。

4 實(shí)施效果

4.1 運(yùn)行控制平穩(wěn)

提升機(jī)實(shí)現(xiàn)了無(wú)級(jí)變速四象限運(yùn)行、軟啟動(dòng)、軟停車、零速滿轉(zhuǎn)矩，減少機(jī)械沖擊，使串車組運(yùn)行更加平穩(wěn)可靠，減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊、簡(jiǎn)化操作、降低工人的強(qiáng)度。運(yùn)行速度曲線成S 形，加減速平滑，無(wú)撞擊感，在控制供電質(zhì)量方面發(fā)揮著重要的作用［5］。實(shí)現(xiàn)了對(duì)調(diào)速系統(tǒng)行程速度給定的控制，自動(dòng)減速保護(hù)，停車時(shí)自動(dòng)抱閘停車。主控PLC 能完成手動(dòng)、自動(dòng)、緊急制動(dòng)等運(yùn)行方式的控制要求。

4.2 節(jié)能效果明顯

通過(guò)將變頻器應(yīng)用于礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)中，能夠?qū)μ嵘龣C(jī)的運(yùn)行位置以及運(yùn)行速度進(jìn)行準(zhǔn)確控制［5］。根據(jù)主暗斜井上車場(chǎng)停車點(diǎn)至邊坡點(diǎn)約20 m、斜巷長(zhǎng)度約240 m、下車場(chǎng)停車點(diǎn)至落平邊坡點(diǎn)約5 m，設(shè)置上、下車場(chǎng)段低速區(qū)長(zhǎng)度分別為30～50 m。啟動(dòng)和制動(dòng)低速運(yùn)行距離在50～80 m，其低速段占30%左右，綜合節(jié)能在25%左右［6］。不僅節(jié)能效果明顯，而且降低原隔爆型電阻箱能耗制動(dòng)設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的溫度，改善了作業(yè)人員工作環(huán)境。

4.3 安全性能提高

變頻調(diào)速電控系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性得到極大提高，減少了提升機(jī)電控運(yùn)行故障率和停工影響時(shí)間，節(jié)省維修人力和維修材料，提高運(yùn)輸能力，間接提高了礦井經(jīng)濟(jì)效益。技改的變頻調(diào)速不僅具有的過(guò)壓、欠壓、過(guò)載、短路等多種保護(hù)功能外，還具有開機(jī)連鎖保護(hù)、自動(dòng)減速、限速保護(hù)，完全適用提升機(jī)要求的力矩大、頻繁啟停、頻繁加減速及四象限運(yùn)行等運(yùn)行特點(diǎn)。

5 結(jié)語(yǔ)

主暗斜井提升機(jī)技改變頻調(diào)速電控裝置充分利用了原有設(shè)備，減少了設(shè)備技改費(fèi)用，符合了行業(yè)相關(guān)規(guī)定要求。在符合《煤礦安全規(guī)程》前提條件下，提出了變頻調(diào)試的提升機(jī)應(yīng)具有過(guò)電壓減速制動(dòng)停車保護(hù)功能，根據(jù)主暗斜井提升運(yùn)輸各環(huán)節(jié)運(yùn)行實(shí)際情況，對(duì)技改后的提升機(jī)變頻器原理進(jìn)行了深度剖析后，對(duì)變頻器和PLC 程序進(jìn)行了部分改進(jìn)，使變頻調(diào)速控制裝置最大限度地適應(yīng)了主暗斜井提升運(yùn)輸各環(huán)節(jié)。進(jìn)一步增加主暗斜井提升運(yùn)輸系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，杜絕了原提升機(jī)電阻調(diào)速電控設(shè)備故障，影響礦井正常生產(chǎn)時(shí)間，并最大限度地節(jié)約了主暗斜井提升運(yùn)輸電力成本，降低了硐室溫度、改善了硐室工作環(huán)境。同時(shí)，本次技改為礦井?dāng)?shù)字化建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。