礦用提升機電控系統性能的改進

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摘要：以電控系統調速原理分析為理論基礎，通過對電控系統現狀進行分析，開展了電控系統的優化改進設計，并對其進行了現場應用測試，測試結果表明，改進后的電控系統運行更加可靠，操作更加方便，系統的智能化程度和控制精度更高，針對設備出現故障問題時，能更加快速地找到故障位置處并進行維修。

關鍵詞：煤礦提升機電控系統改進

引言

礦用提升機是井下作業的重要運輸工具，而現有的提升機普遍存在結構簡單、調速性能差、速度控制精度窄、運行可靠性低等問題，其大部分故障發生原因主要來自于提升機中的電控系統問題，提升機設備一旦發生故障，將直接影響著井下的生產效率和作業安全。據統計，2016年，僅淮南煤礦中因提升機電控系統出現故障而導致的煤礦事故多達30余起，占該煤礦全年所有故障事故的1/3，直接給煤礦企業造成了約120萬元的經濟損失。因此，非常有必要對提升機電控系統進行升級改進設計。以礦用提升機電控系統調速原理分析為理論基礎，通過對電控系統現狀進行分析，開展了電控系統的優化改進設計，并對其進行了現場應用測試。

1電控系統調速原理

電控系統作為提升機的主要組成部分，其結構主要由電源柜、變頻器、操作控制臺、PLC控制臺、各種傳感器等幾部分組成。電控系統調速過程主要包括絞車電機為驅動電機的正常逆變過程和絞車電機為發電機的能量回饋過程；其中，正常逆變過程主要由正常逆變、整流、濾波等部分組成，是電控系統的核心部分，通過改變電機定子的供電頻率，來實現對輸出電壓的改變，以起到調速作用。而能量回饋過程主要由整流、回饋逆變和輸出濾波三部分組成，可通過正常逆變部分中IGBT二極管完成整流過程，并在系統中的兩個調節器之間的串聯作用，通過控制電機扭矩大小、功率輸出、機械制動器控制等操作，實現對交流電機轉速、電流大小的調節和控制。另外，電控系統中的PLC控制臺，可針對提升機出現故障問題時，以故障問題檢測和計算為基礎，啟動故障備用信號，以快速提醒維修人員對設備進行維修。

2提升機電控系統現狀

目前，煤礦提升機電控系統主要采用了交交變頻控制技術，可滿足大功率、低速調節、高轉矩等不同工況下的使用需求，但在使用過程中，仍存在故障率高、可靠性低等問題，其具體問題主要如下：1）現有礦用提升機系統中的驅動電機主要采用交流異步電機，配置繼電器、接觸器等部件，通過串連或切斷電阻方式實現對電機的調速，其整個控制系統存在結構簡單、調速性能差、速度控制精度窄等問題，且在日常的使用過程中，其整體節能效果較差，在提升機啟動瞬間對設備自身會產生較大沖擊作用。2）系統中安全回路保護在線檢測系統不夠完備，當提升機發生突發事故時，大部分安全回路不能及時切斷電源，少部分安全回路仍需人工進行切斷，存在勞動力大、危險性高等問題，未實現以計算機控制為核心的安全保護智能控制。3）經過多年的優化改進，現有提升機監控系統初步實現了自動減速、限速、數字顯示等功能，但整體仍存在自動化程度較低、遠程監控功能和精度不夠等問題，不能較好實現對提升機運行故障的準確顯示和精準定位，且電控系統中關于監控系統控制模塊的可靠性有待提升。

3電控系統升級改進設計

以現有電控系統為改進基礎，改進后電控系統主要包括上機位、主控PLC、監控PLC、操作臺，而在其下面設計了光電編碼器、位置傳感器、液壓站、硬件安全回路、溫度傳感器、及兩個整流器等設備，其主要系統結構如圖2所示。在整個電控系統中，以主控PLC為主控制站，直流流調速裝置和監控PLC控制臺為從控制站，系統中的所有指令、控制動作主要經PLC控制后進行發出，通過監控PLC控制臺的運行，完成對提升機的系統監測和保護。計算機上的操作臺采用了工業級控制，可對提升系統中的運行狀態、故障問題、工作數據進行統一監控、記錄和管理，并將結果顯示于顯示屏上，通過采集的數據，生產曲線，以協助人員實現對各類數據的分析、處理和研究。同時，在天輪、傳動軸上增設了光電編碼器，其發出的反饋速度信號可直接發送至主控PLC控制臺上，實現對天倫、傳動軸運行狀態的檢測運算。整流柜是電控系統中的主要設備，可通過內部將將外界輸入電壓進行整流后，轉換為提升機內部電器工作所需的電壓。結合現有整流柜性能特點，將內部的管芯進行替換，并將三相橋上的2只晶閘管進行反并聯，增設快速熔斷器保護晶閘管、磁環、RC電磁環路等橋臂保護裝置。同時，將其內部的冷卻方式改為風冷，可更好的對整流柜進行冷卻。另外，在現有功能中，增加了晶閘管導通監視回路、風壓檢測回路、系統報警回路、晶閘管過電壓保護回路等，可更加快速、安全的實現對整流柜的安全保護。現有安全回路基礎上，將電控系統改進為了包含PLC控制安全回路和繼電器安全回路的雙線制安全回路，當系統中出現直流側快開動作跳閘、主控制器PLC故障、調速器故障等重事故時，可將線路接入繼電器硬安全回路中，即可進行跳閘停車；而針對系統中的各種輕事故，可將故障的發生位置接入至主控PLC和上機位中，實現對故障的手動控制及聲光報警，同時，將電流、電壓、溫度、故障類別等故障類別進行實時記錄和顯示。另外，由繼電器構成的安全回路，同樣可實現安全回路接點狀態監視等功能，改進后的安全回路如圖3所示。因此，改進后的安全回路更加系統，能更好的對提升機運行過程進行安全保護。

4改進后電控系統應用效果

結合前文設計，將改進后的提升機電控系統在煤礦中進行了現場應用測試。由測試結果可知，其升降方式、啟停位置、運行速度均可通過電控系統中的PLC進行智能控制，而無需人員進行操作控制，減小了作業人員的勞動強度；同時，可自動對系統進行診斷檢修，并將設備運行數據保存至儲存器中。據現場人員介紹，該電控系統與傳統系統相比，操作更加方便，系統的智能化程度和控制精度更高，針對設備出現故障問題時，能更加快速找到故障位置處并進行維修，得到了現場工作人員的一致好評。電控系統的優化升級，對提高礦用提升機的運行效率和作業安全具有重要作用。

參考文獻

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作者：米文科 單位：大同煤礦集團宏大萬杰煤業有限責任公司