礦井變頻絞車工作原理及運(yùn)行故障處理研究

【摘 要】本文主要介紹了絞車變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作原理及組成，分析了該系統(tǒng)的故障保護(hù)模式，簡要闡述了設(shè)備引起的故障原因及處理方法。該系統(tǒng)為斜巷的安全提升提供了可靠的設(shè)備保障。

【關(guān)鍵詞】絞車；變頻調(diào)速系統(tǒng)；故障處理

礦井下絞車從電控系統(tǒng)上分主要有以下幾種絞車：（1）沒有控制系統(tǒng)的絞車：這類絞車作為主提升已經(jīng)很少用了，主要用于55kW以下的小功率調(diào)度絞車和臨時(shí)提升物料絞車。（2）轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的絞車電控系統(tǒng)（俗稱電絞車）：這類絞車存在失爆、安全隱患大、調(diào)速精度低、占用空間大等諸多缺陷。（3）防爆液壓絞車：此類絞車雖可實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速，但傳動(dòng)效率較低、故障率較高。為解決以上控制系統(tǒng)存在的問題或缺陷，出現(xiàn)了以全數(shù)字防爆四象限變頻器為主要控制系統(tǒng)的變頻絞車。

一、全數(shù)字防爆四象限變頻絞車

全數(shù)字防爆四象限變頻器為主要控制系統(tǒng)的變頻絞車具體優(yōu)點(diǎn)如下：（1）調(diào)速精度高、范圍廣：調(diào)速精度不低于0.5%，調(diào)速范圍為0.3m/s—額度轉(zhuǎn)速。（2）雙線制保護(hù)：由于采用1條硬件安全電路和2條軟件安全電路互相冗余，使得系統(tǒng)更加安全可靠。（3）雙線制控制：正常開車時(shí)，采用雙PLC系統(tǒng)相互監(jiān)視，相互冗余。當(dāng)其中一個(gè)PLC系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)；另一個(gè)PLC系統(tǒng)仍可投入進(jìn)行應(yīng)急開車，最大程度地給用戶減少損失。（4）操作簡便：司機(jī)操作簡單，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，安全性大大提高。（5）節(jié)能效果明顯：系統(tǒng)將再生能量通過四象限變頻調(diào)速裝置回饋電網(wǎng)，真正實(shí)現(xiàn)反饋制動(dòng)。

二、變頻絞車的工作原理

（1）異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速：n= ns（1-s）=60f（1-s）/p式中，n為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）；ns為同步轉(zhuǎn)速（r/min）；f為電源頻率（Hz）；p為電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)；s為轉(zhuǎn)差率。電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)出廠后就不會(huì)改變，而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的電源頻率即可達(dá)到調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的目的。（2）“交—直—交”變頻器。變頻器就是一個(gè)可以任意改變頻率的交流電源?！敖弧薄弧弊冾l器首先通過三相全波整流將交流電源整流成直流，然后通過開關(guān)元件將直流逆變成交流，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電源的頻率控制。由于變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)的頻率可隨意控制，既而可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，同時(shí)對(duì)電動(dòng)機(jī)的負(fù)力運(yùn)行、電氣制動(dòng)、動(dòng)力制動(dòng)以及實(shí)現(xiàn)二級(jí)制動(dòng)等方面均能通過PLC程序及控制元件來實(shí)現(xiàn)。（3）系統(tǒng)構(gòu)成。防爆四象限變頻絞車電控系統(tǒng)是采用四象限變頻調(diào)速裝置的拖動(dòng)系統(tǒng)和基于雙線制控制的采用雙PLC的控制系統(tǒng)及相關(guān)傳感器構(gòu)成。第一，傳動(dòng)系統(tǒng)。一是防爆四象限變頻調(diào)速裝置：就唐山開城生產(chǎn)的ZHT-30隔爆兼本安智能變頻調(diào)速裝置為例，它采用了“交-直-交”無速度傳感器矢量控制技術(shù)，具有調(diào)速范圍廣、調(diào)速性能好的特點(diǎn)，同時(shí)具有功能豐富可靠、調(diào)速靈活方便、抗干擾能力強(qiáng)和使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)提升機(jī)負(fù)力運(yùn)行時(shí)，變頻器能自動(dòng)向供電電網(wǎng)發(fā)電，使電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電反饋制動(dòng)狀態(tài)工作，改善了下放操作的調(diào)整性能，大大提高了下放操作時(shí)的安全性能，同時(shí)還為用戶節(jié)省了大量的電能。二是防爆輸入電抗器箱：防爆輸入電抗箱主要功能是提高直流母線電壓，改變相位角，通過變頻器的AFE技術(shù)使得輸入電流與網(wǎng)側(cè)電壓成同相位，使功率因數(shù)接近于1，濾出高次諧波，減少對(duì)電網(wǎng)的污染。第二，控制系統(tǒng)。一是PLC防爆控制箱：主要由2臺(tái)PLC、繼電器、開關(guān)電源等組成。主要功能為：構(gòu)成控制電路和保護(hù)電路；實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)與故障信號(hào)的隔離與轉(zhuǎn)換；形成一條硬件安全電路和兩條軟件安全電路，三者相互冗余與連鎖；完成工作閘、安全閘的控制；構(gòu)成應(yīng)急操作回路；完成二級(jí)制動(dòng)控制。二是本安操作指示臺(tái)：操作臺(tái)主要包含顯示儀表、主令手柄、制動(dòng)手柄、轉(zhuǎn)換開關(guān)、按鈕、指示燈、數(shù)字深度指示器（含粗顯、精顯），可對(duì)絞車的運(yùn)行狀態(tài)、故障信號(hào)、過程變量等進(jìn)行顯示和報(bào)警。對(duì)絞車進(jìn)行各種操作和控制。三是本安軸計(jì)數(shù)器（軸編碼器）：分別采集兩個(gè)不同的傳動(dòng)軸的運(yùn)行參數(shù)，分別由兩個(gè)PLC 根據(jù)各自采集的軸的運(yùn)行參數(shù)計(jì)算兩個(gè)軸的運(yùn)行速度以及提升容器的當(dāng)前深度，以形成系統(tǒng)的各種保護(hù)。

三、主要保護(hù)

該系統(tǒng)設(shè)有一條硬件安全電路和兩條軟件安全電路，這三條安全電路相互冗余與閉鎖，一條斷開，另外兩條也同時(shí)斷開。安全電路斷開后，系統(tǒng)會(huì)立即解除運(yùn)行控制指令，封鎖變頻器、分開制動(dòng)油泵，斷開安全閥和KT線圈，進(jìn)行緊急制動(dòng)。（1）立即安全制動(dòng)故障保護(hù)：此類故障保護(hù)綜合在硬件安全電路中，安全電路有急停故障時(shí)釋放。一旦安全電路釋放，就會(huì)立即封鎖變頻器，跳制動(dòng)油泵，并控制液壓電磁閥實(shí)施安全制動(dòng)，包安全閘。主要安全制動(dòng)故障保護(hù)有：傳動(dòng)系統(tǒng)故障、過卷故障、超速故障、手動(dòng)急停故障、液壓制動(dòng)系統(tǒng)故障、錯(cuò)向、軸編碼器斷線、松繩故障、具備減速功能保護(hù)故障裝置。（2）先電氣制動(dòng)、后安全制動(dòng)故障保護(hù)：這類故障發(fā)生后，傳動(dòng)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行減速，當(dāng)速度減到爬行速度時(shí)會(huì)立即轉(zhuǎn)入緊急制動(dòng)。這類故障保護(hù)主要有：事故停車、閘瓦磨損保護(hù)、閘間隙保護(hù)等。（3）完成本次開車后、不允許再次開車故障保護(hù)：開車前如出現(xiàn)這類事故，則開不起車；若運(yùn)行中出現(xiàn)，則允許本次開車完成，但不允許下次開車，下次須排除故障后運(yùn)行。這類故障主要有：液壓站油溫過高等。

四、故障及排除

1.保護(hù)引起的故障及處理。（1）變頻器電源未合：也稱為主電源未合，若操作臺(tái)上變頻器電源沒有指示，檢查變頻器供電是否正常，變頻器供電的饋電開關(guān)、接觸器、中間繼電器的輔助觸點(diǎn)工作是否正常，光示牌是否正常。（2）硬件上下過卷：硬件上下過卷開關(guān)動(dòng)作或斷開，此時(shí)將“過卷旁路”開關(guān)打到“上下過卷旁路”位置，然后用檢修方式將車開到正常位置后，可正常停車。（3）軟件上下過卷：控制系統(tǒng)軟件中分別設(shè)有上下過卷，設(shè)定過大會(huì)發(fā)生過卷事故，過小會(huì)因深度指示誤差而導(dǎo)致未到停車點(diǎn)而形成過卷，影響正常開車。斜巷一般為多水平提升，且對(duì)過卷要求不高，故過卷距離一般設(shè)定為2m。（4）等速超速故障、定點(diǎn)超速故障、手動(dòng)緊停故障，此類故障在查完系統(tǒng)后及時(shí)通過“事故復(fù)位”即可排除。（5）軸編碼器（PG）故障（斷線）：此類故障指變頻器反饋的速度與軸編碼器采集的速度之間誤差超過0.3m/s，系統(tǒng)即認(rèn)為軸編碼器故障，可檢查如下部位：檢查軸編碼器是否斷線；軸編碼器的連接部位是否可靠；相應(yīng)的傳動(dòng)部位是否傳動(dòng)可靠；變頻器速度反饋是否正常；速度反饋電纜是否斷線。（6）殘壓過高故障：當(dāng)液壓站殘壓過高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致盤形閘施壓制動(dòng)力不足發(fā)生溜車。此時(shí)應(yīng)檢查液壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)合適壓力。（7）變頻器失控故障：是指變頻器的輸出與PLC 控制系統(tǒng)的指令不一致，一般是變頻器運(yùn)行反饋的中間繼電器不吸合，檢查以下部位：變頻器運(yùn)行反饋的中間繼電器吸合是否正常；變頻器反饋線路是否正常；變頻器運(yùn)行反饋是否有輸出；若均正常，檢查變頻器控制器的接線是否松動(dòng)。（8）急停故障：系統(tǒng)有一條硬件安全電路和兩條軟件安全電路，它們相互冗余，相互監(jiān)控，一個(gè)有故障其他兩條也同時(shí)跳故障。PLC緊停故障可檢查以下故障現(xiàn)象：變頻器電源未合、過卷故障、等速超速故障、定點(diǎn)超速故障、手動(dòng)緊停故障、軸編碼器故障、液壓站殘壓或油壓過高故障、傳動(dòng)系統(tǒng)、PLC停止、錯(cuò)向保護(hù)故障、硬件緊停等。

2.設(shè)備引起的故障及處理。（1）絞車只能單方向運(yùn)行故障：系統(tǒng)速度給定信號(hào)為0～8V的直流模擬信號(hào)，有兩個(gè)電位器分別負(fù)責(zé)上提和下放的分壓，再由主令手柄分別控制上提和下放的速度給定。檢查兩個(gè)電位器是否正常，并排除。（2）編碼器故障：由于編碼器1、2分別安裝在減速機(jī)和深度指示器上，互為冗余，并分別進(jìn)入PLC1、PLC2?？梢圆痖_編碼器與傳動(dòng)軸的連線，輕輕轉(zhuǎn)到編碼器的小軸，同時(shí)看相應(yīng)的PLC上的IN0和IN1兩個(gè)指示燈是否閃亮。閃亮說明編碼器正常，若一個(gè)不閃，查編碼器的空開、電纜、接線等，且在編碼器電源側(cè)有DC24V電壓，來判斷編碼器是否有損壞。

防爆變頻絞車的使用給礦井提升帶來了安全可靠的性能，但也需要精心的操作和細(xì)心維護(hù)，才能有效地發(fā)揮其長處，為斜巷的安全提升提供可靠保證。