分析煤礦提升機(jī)的電力拖動(dòng)與控制系統(tǒng)

楊鵬振

摘 要：在我國大部分煤礦礦井中，提升機(jī)是重要組成部分之一，煤炭提升的重任都由提升機(jī)擔(dān)負(fù)著，提升機(jī)在礦井中發(fā)揮的作用至關(guān)重要。近年來，我國不斷進(jìn)步的科學(xué)技術(shù)對(duì)礦井現(xiàn)代化生產(chǎn)提出了更高了要求，隨著礦井對(duì)提升機(jī)的要求也不斷提升，傳統(tǒng)的礦井提升機(jī)其較低的控制精度、較差的調(diào)速性能和不完善的檢測系統(tǒng)已無法滿足現(xiàn)代生產(chǎn)需求。電力拖動(dòng)與控制系統(tǒng)由于具有較高的穩(wěn)定性和精度，同時(shí)具有全數(shù)字自動(dòng)檢測和圖形顯示的特殊優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于礦井中。本文主要對(duì)煤礦礦井提升機(jī)的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，闡述了電力拖動(dòng)和控制系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)和控制理論，希望能夠給今后的提升機(jī)應(yīng)用提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：煤礦提升機(jī)；電力拖動(dòng)；控制系統(tǒng)

煤礦生產(chǎn)安全受全國之關(guān)注，煤礦事故頻發(fā)，中央樁關(guān)領(lǐng)導(dǎo)特別重視，相關(guān)部委下發(fā)文件，推廣《數(shù)字化瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)》。煤礦安全不僅僅是瓦斯，只不過于瓦斯事故比較起來，其他設(shè)備事故顯得較小，但也不容忽視。礦井提升機(jī)電力拖動(dòng)與電控系統(tǒng)主要技術(shù)特點(diǎn)是對(duì)稱硅過電壓吸收器和適用于頻繁起動(dòng)的專用真空接觸器。近幾年煤礦事故不斷發(fā)生，提升機(jī)控制系統(tǒng)失控造成全速過卷事故也時(shí)有發(fā)生，給煤礦安全生產(chǎn)造成巨大損失。為此我們國家列出專項(xiàng)，重點(diǎn)創(chuàng)新項(xiàng)目就是煤礦提升機(jī)電力拖動(dòng)與控制系統(tǒng)。

1 國內(nèi)提升機(jī)現(xiàn)狀

我國煤礦提升機(jī)電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)，在20世紀(jì)80年代中期之前全部采用傳統(tǒng)的仿蘇式裝備，技術(shù)水平低，性能落后，“七五”到“九五”期間，一些科研單位對(duì)提升機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)中的組成單元進(jìn)行研制創(chuàng)新，先后開發(fā)了TGZH3-250/6型高壓真空換向柜，TDZK-600/1140型電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子調(diào)速柜，1989年中南煤炭機(jī)電研究所展開采用可控硅開關(guān)原理應(yīng)用于調(diào)速電路中，采用PLC作主控設(shè)備的研制，1993年在我國煤炭生產(chǎn)中得到了應(yīng)用，對(duì)煤礦安全生產(chǎn)起到了良好的作用。在七五期間，國家明令淘汰五十年代初期生產(chǎn)的CG5―150/6型空氣換向器，至今已30年之久，我國有些煤礦還在使用。造成之一原因是替代產(chǎn)品高壓真空換向器在頻繁的工作中產(chǎn)生有過電壓直接危害礦井提升機(jī)電動(dòng)機(jī)的安全。隨著人們對(duì)提升機(jī)工作特性的認(rèn)識(shí)進(jìn)一步深化，各種新技術(shù)、新工藝逐步應(yīng)用于礦井提升設(shè)備中。特別是模擬技術(shù)、微電子技術(shù)、微電腦技術(shù)在提升機(jī)控制中的應(yīng)用己成為必然的發(fā)展方向。

近幾年真空接觸器的觸頭材質(zhì)配方有所改變。很多廠家認(rèn)為截流參數(shù)變小，采用真空接觸器配合電容和電阻或壓敏電阻就能保證提升機(jī)的安全，所以有很多生產(chǎn)高壓真空換向柜的廠家，這些產(chǎn)品采用市售真空接觸器和壓敏電阻等是造成燒壞電機(jī)的主要原因。礦井提升以較高的速度往復(fù)運(yùn)行的，在一定的距離內(nèi)，完成上升與下降的任務(wù)。必須具備良好的機(jī)械性能，在此基礎(chǔ)上，為確保提升機(jī)能夠達(dá)到高效、安全，可靠地連續(xù)工作，還應(yīng)該具有良好的電氣控制設(shè)備和完善的保護(hù)裝置閉?？紤]上述分析的關(guān)于礦井提升機(jī)的工作特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，安全可靠、運(yùn)行高效目定位準(zhǔn)確的能力對(duì)于礦井提升機(jī)的電力拖動(dòng)系統(tǒng)具有很大的幫助，這樣才能有效地滿足礦井提升工藝過程的需要。目前正在應(yīng)用的礦山電力拖動(dòng)系統(tǒng)方案有交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、晶閘管供電的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速、晶閘管交一交變頻同步電動(dòng)機(jī)矢量控制方案、交流電動(dòng)機(jī)雙PWM交一直一交直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)等。

2 系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)

控制系統(tǒng)是在以往多項(xiàng)科研成果、科技攻關(guān)、國家專利的基礎(chǔ)上，進(jìn)行技術(shù)綜合和創(chuàng)新提高，推出一種集高壓真空轉(zhuǎn)換柜、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子真空柜或可控硅調(diào)速柜，主控、制作等操作功能的全數(shù)字話及自動(dòng)監(jiān)測、多種安全保護(hù)齊全的控制系統(tǒng)，擁有獨(dú)立的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

1、主執(zhí)行機(jī)構(gòu)： 型高壓真空轉(zhuǎn)換柜，采用專利技術(shù)，河南省重點(diǎn)技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目往復(fù)式真空接觸器，可根據(jù)電壓等級(jí)的不同應(yīng)用于6KV、10KV、3.6KV等不同場合，操作過電壓的概率為0.02%，徹底解決了由于頻繁的操作引起的過電壓損壞電機(jī)和事故的發(fā)生。

2、調(diào)速機(jī)構(gòu)：TGZK-600/1140型轉(zhuǎn)子真空柜、TSCR-3500/3500型轉(zhuǎn)子可控硅柜，該產(chǎn)品在實(shí)際工作中性能穩(wěn)定可靠，真空接觸器分合閘速度快、特性好，系統(tǒng)控制電壓選配合適，故障率很小。可控硅交換開關(guān)的應(yīng)用也是一項(xiàng)成熟技術(shù)，關(guān)鍵是選配可控的配對(duì)誤差，為實(shí)現(xiàn)斬波調(diào)速控制轉(zhuǎn)子電阻打下基礎(chǔ)。

3、電源供給機(jī)構(gòu)：TGZK-600/10型高壓真空開關(guān)柜，配裝GN28-630/10型真空斷路器和CD11型操作機(jī)構(gòu)組成，具備電壓、電流環(huán)節(jié)保護(hù)，實(shí)現(xiàn)高壓停電閉鎖，檢修斷電安全保護(hù)。

4、主控機(jī)構(gòu)：過去的繼電器邏輯電路由軟件實(shí)現(xiàn)，運(yùn)行參數(shù)可用程序設(shè)定，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)控制。具有多項(xiàng)運(yùn)行圖形顯示和齊全的保護(hù)功能。系統(tǒng)采用了高性能的PLC模塊化結(jié)構(gòu)，主要包括主控系統(tǒng)、檢測監(jiān)控系統(tǒng)、上位機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)。

3 選擇高壓真空換向柜的條件

1、我國煤礦生產(chǎn)90%為交流電機(jī)拖動(dòng)礦井，提井機(jī)工作，在電控系統(tǒng)中，效能的執(zhí)行者是換向控制柜，它直接控制提升機(jī)的上升和下降，是煤礦企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中的重中之重。本文結(jié)合煤礦安全生產(chǎn)，和目前多家煤礦使用相關(guān)產(chǎn)品存在的問題提出建議，供今后選用產(chǎn)品時(shí)比較。

2、高壓真空換向柜依據(jù)提升及所需電控情況而定。有配動(dòng)力制動(dòng)和低頻制動(dòng)之分，內(nèi)設(shè)有專用的換向真空接觸器和電氣與機(jī)械閉鎖裝置。

3、過電壓吸收裝置很關(guān)鍵，前文簡單的描述了過電壓的機(jī)理于相關(guān)條件，證明了開關(guān)截流不是控制操作過電壓的有襯條件。

4、阻容過電壓吸收式不能全過程對(duì)真空換向時(shí)的操作過電壓起到保護(hù)作用，因?yàn)樗c開關(guān)和電機(jī)串聯(lián)后梅成一個(gè)整體，滿陣耦合相互作用，有時(shí)很容易形成電流等值。

5、每種型號(hào)的真空換向柜應(yīng)有相對(duì)應(yīng)的國家測試機(jī)構(gòu)過電壓的測試報(bào)告，科學(xué)技術(shù)鑒定證書等。

4 系統(tǒng)控制理論

提升機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定和控制特性的好壞，與電機(jī)的特性、干擾信號(hào)的形式和幅值，控制方案以及控制規(guī)律有關(guān)。所以在控制方案設(shè)計(jì)合理、設(shè)備安裝正確的前提下，這個(gè)控制系統(tǒng)的質(zhì)量就取決于控制器的選型和PID參數(shù)的整定。

1、具有比例作用的控制器，具有3種控制的優(yōu)點(diǎn)：比例作用的特點(diǎn)是控制器的輸出和偏差大小成比例；控制作用及時(shí)，積分作用特點(diǎn)是能夠消除余差；微分作用特點(diǎn)是控制器的輸出與偏差的變化速度成正比，有超前作用，能有效地克服控制對(duì)象的容量滯后，三作用控制器的功能較為完善，在提升機(jī)全數(shù)字系統(tǒng)中將發(fā)揮他的優(yōu)良作用。

2、提升速度V=KP/T，每個(gè)脈沖代表的距離為K，時(shí)間間隔為T，提升距離H=KN，計(jì)數(shù)脈沖為N，脈沖差值P。在相等的時(shí)間內(nèi)讀取脈沖數(shù)值，除以間隔時(shí)間，從而得出速度。

3、抗干擾措施。該系統(tǒng)本身以適應(yīng)惡劣的工業(yè)應(yīng)用環(huán)境，有較高的抗干擾能力，內(nèi)部有信號(hào)調(diào)節(jié)和濾波，有良好的抗電子噪聲干擾能力，CPU單元及每個(gè)I/O單元中，已具有電源多重濾波。系統(tǒng)電路中加裝穩(wěn)壓電源提高系統(tǒng)的供電質(zhì)量外，又加裝了電源隔離裝置，頻率信號(hào)用屏蔽線輸送，抗干擾端子和主機(jī)大地端子接地，軟件系統(tǒng)采用數(shù)字濾波，輸入、輸出電源采用抗干擾能力強(qiáng)的開關(guān)電源等措施。

5 結(jié)束語

煤礦的安全生產(chǎn)，礦井提升機(jī)運(yùn)輸為重中之重。由于我國礦井提升機(jī)電控生產(chǎn)廠家之多，真空換向柜被國家列為CG5空氣換向器的替代產(chǎn)品。產(chǎn)品型號(hào)繁雜，多數(shù)產(chǎn)品屬無證產(chǎn)品，更不可能有國家相關(guān)的測試證書、鑒定證書，給很多使用單位造成電機(jī)損壞，影響礦井的提升和安全。煤礦提升機(jī)電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)是以多項(xiàng)科研成果的基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)綜合和創(chuàng)新推出的一種全數(shù)字及自動(dòng)監(jiān)測、圖形顯示、多種保護(hù)齊全的控制系統(tǒng)。

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