煤礦提升機電氣控制系統(tǒng)的技術改造

王紅

[摘 要]提升機是礦山電力拖動系統(tǒng)的重要組成部分，對煤礦提升電控系統(tǒng)實施技術改造，具有非常重要的現實意義。使用 PLC 與變頻器相結合實現的新型煤礦提升機控制方案，對煤礦提升機的電氣控制系統(tǒng)進行技術改造，具有準確、可靠、安全等特點。本文在此基礎上分析了煤礦提升機電氣控制系統(tǒng)的主要構成部分，深入研究了煤礦提升機電氣控制系統(tǒng)基于 PLC 應用技術的改造措施旨在為業(yè)界人士提供一定的參考。

[關鍵詞]提升機；煤礦；電氣控制系統(tǒng)；改造

中圖分類號：TD633 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）09-0020-01

一、煤礦提升機電氣控制系統(tǒng)的構成概述

煤礦大多數提升機電氣控制系統(tǒng)主要由主控制系統(tǒng)、調速系統(tǒng)以及上位機監(jiān)控系統(tǒng)等組成。其中，“主控制系統(tǒng)”的職能作用便是控制煤礦提升機的啟動環(huán)節(jié)，同時還能夠有效控制礦車的加速或減速行進模式等，并實時監(jiān)控提升機運行過程中的電流情況以及行進狀況，“主控制系統(tǒng)”的綜合控制能力十分強大，相當于對煤礦提升機及其作業(yè)面進行統(tǒng)籌監(jiān)控管理。調速系統(tǒng)主要擔任的是執(zhí)行者的角色，根據接收到的命令對提升機的主電動機進行動作控制。煤礦提升機電氣控制系統(tǒng)的大致運行情況如圖1所示：

從圖1中可以看到，煤礦提升機電氣控制系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)是緊密聯系的，在變頻器裝置的運作下，提升機的負載量才得以提升上來。簡單來說，提升機負載是較為典型的摩擦性負載，在當煤礦礦車上行的過程中，提升機的電氣制動核心部位——電機的電磁轉矩則要壓制住負載阻力轉矩，而且要克服上行挪移時的靜摩擦力矩，此時的電機則處于電動工作的狀態(tài)。當煤礦礦車減速運行時，提升機的電氣制動系統(tǒng)同樣需要實施制動操控。

二、提升機電氣系統(tǒng)發(fā)展現狀

如今，我國提升機電控系統(tǒng)為交流和直流并存，兩者都被大量使用，并逐步被 PLC 控制系統(tǒng)所取代。因為上世紀六、七十年代技術發(fā)展因為諸多因素出現了短暫的停滯倒退現象，導致國內提升機電控系統(tǒng)與國外發(fā)達國家電控系統(tǒng)水平存在較大差距。國內自主研發(fā)小型普通交流電控系統(tǒng)經過 40 多年的發(fā)展也小聚規(guī)模，大部分中小型礦山都采用這種繞線式交流異步電機。其主要工作原理是通過轉子的快速運動，加以電阻進行調速作用的簡便是控制系統(tǒng)，主要特點在于操作控制便捷，設備價格較低。新型 PLC 系統(tǒng)相結合的控制系統(tǒng)發(fā)展日趨成熟并取得了一定的市場，但是因其基本控制思想的腐舊，調速性能的不良，運作效率較低等缺點，仍不能完全被市場所認可，沒有根本行的改觀。90 年代前主要是 80 年代初期，我國直流電控技術不成熟，絕大部分由模擬原件器材構成的設備都是從外國進口。但由于其設備龐大，運算放大器、二極管、三極管等部分繁多，結構復雜且運行模板技術不成熟，故障率非常高，工作時長短且不穩(wěn)定，只能進行技術重新發(fā)展改造。90 年代開始后，我國引進國外原裝進口最新全數字電控設備，并對我國本土工作人員進行專業(yè)培訓，開始國產化工作，推出了符合我國國情的全自動數值化直流電控制調節(jié)控速裝置，至此才代表中國直流電控制運行系統(tǒng)符合 PLC 控制，成為真正意義上的全制動數值化設備。在 90 年代后期突破技術上的改造實現計算機遠程監(jiān)控，但由于我國制造業(yè)的相對不發(fā)達，大多數高性能的直流電控系統(tǒng)依舊需要從國外進口使用。

三、改進措施

1、貯備設計技術

改造傳統(tǒng)提升機電氣系統(tǒng)，可利用貯備設計技術來完成。貯備設計技術是指在電氣系統(tǒng)中增加貯備單元，當電氣系統(tǒng)中的某一工作單元失效，可利用與其具有相同功能的外部單元對其進行檢測，或者將其取代，以降低故障對煤礦生產運輸的影響。

2、深度指示器改造

傳統(tǒng)的機械式深度指示器笨重，測量誤差難以避免。新型的深度指示器一般為電子式和數字式指示器，可實現采集校核、計算、顯示和輸出脈沖信號等多種作業(yè)型號，協(xié)助主控 PLC 系統(tǒng)完成監(jiān)控保護任務。電子式指示器能夠實時顯示提升機及其元器的運行狀態(tài)，能夠模擬繪制其運行狀況圖，具有相對較高的可視化水平，同時非常便于使用，同時還具備非常不錯的動、靜態(tài)特性。全數控晶閘管是通過計算機或人工優(yōu)化電流調節(jié)器和速度調節(jié)器參數，來實現提升機的速度控制、電流調節(jié)及電樞、磁場圈路的保護工作。其具有諸多方面的優(yōu)勢，如相對較強的高速信號處理能力、豐富靈活的指令、事件控制器處理迅速，能夠及時同步校正礦井中的信號，加強地面和井下的溝通和監(jiān)控工作。

3、 變頻控制方式

針對中小型煤礦進行的提升機改造活動，使用的是變頻控制方式，現今，普遍使用的變頻器大多是“交—直—交”回路拓撲結構，即利用整流器把工頻交流電源轉化成直流電源，再轉換成頻率、電壓可調的交流電源。整流（三相橋式不可控整流器）、中間直流環(huán)節(jié)（三相橋式逆變器）、逆變及控制部分構成了變頻器的電路。變頻器調速控制的電路簡單，減少了電阻器、接觸器等元件設備的消損量，降低了故障率，具有良好的節(jié)能效果。變頻器在提升機調速系統(tǒng)中的運用是提升機電控系統(tǒng)的一個發(fā)展方向。

4、其他改造技術

在原有系統(tǒng)設備的基礎上，采用標準化電氣模塊、插件結構，局部更新老舊的控制核心器件。該種改造方式具有諸多方面的優(yōu)勢，例如其所需要的成本相對較低，同時能夠在很短時間內就完成，然而其存在新舊元件的兼容與通信等諸多方面的不足，系統(tǒng)工作過程中依舊存在一定的故障隱患。通過局域網技術，上位機可對提升機系統(tǒng)進行監(jiān)視、診斷，從而實現資源共享和提高管理水平。。另外可以利用 PWM 整流控制技術對其有源前端進行控制，通過這種方式能夠減小網側電流諧波，同時還能夠降低其諧波污染。將雙套配置引入到行程監(jiān)控與安全回路上，通過多重防護對其安全性參數進行改善。提高系統(tǒng)的故障記憶和判斷能力，從而使維修人員在故障發(fā)生時，可迅速而準確地找到故障點，提高系統(tǒng)運行的效率。

四、改造后的優(yōu)點

1、保護性能強

PLC 系統(tǒng)除了具有松繩報警以及斷路等功能，還具備語音報警的系統(tǒng)，這樣就可以提升系統(tǒng)的安全可靠性，使得工作人員的操作更加簡單、方便。

2、 動作可靠

在傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制系統(tǒng)的操作下，有觸點的操作比較麻煩，但是在 PLC 電控系統(tǒng)的控制下，大大提高了提升機動作的可靠性。

3、 減少了維護費用

智在智能化 PLC 的電控系統(tǒng)下，只需要定期對系統(tǒng)的各項參數和設備進行檢查，除去設備上的灰塵，大大減少廠原先繼電器控制系統(tǒng)的維護費用。

4、減少了工作人員的工作量

減少了工作人員的工作量。 由于提升機電控系統(tǒng)運用 PLC 進行改造后自動化程度提高很多，所以能減少工作人員的勞動強度以及維護工作的任務。

結語

綜上所述，對提升機電氣控制系統(tǒng)進行多方面的技術改造，夠不斷提高礦井產量與速率，同時還能夠降低電能消耗與故障發(fā)生率，不但提高了煤礦企業(yè)設備的安全性和可靠性，也對煤礦企業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展產生了較大的促進作用。該方案運用在中小型煤礦，可取得明顯的社會與經濟效益，值得在生產運營中廣泛推廣。

參考文獻

[1]黃文嘉，李伏立，錢文珺. 關于PLC礦井提升機電氣控制系統(tǒng)改造探討與研究[J]. 電子技術與軟件工程，2014，22：248.

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