關(guān)于礦用提升機(jī)電控系統(tǒng)性能的改進(jìn)研究

郝文平 孫云飛

摘要：結(jié)合電控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，通過分析現(xiàn)有電控系統(tǒng)存在問題，開展了提升機(jī)電控系統(tǒng)的優(yōu)化改進(jìn)研究，并對(duì)改進(jìn)后電控系統(tǒng)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。結(jié)果表明，新型電控系統(tǒng)具有更高的可靠性和穩(wěn)定性，能明顯減小作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。電控系統(tǒng)的優(yōu)化升級(jí)，對(duì)提高礦用提升機(jī)的運(yùn)行效率和作業(yè)安全具有重要意義，進(jìn)一步開展電控系統(tǒng)的優(yōu)化研究，將成為后期研究的重點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：煤礦提升機(jī);電控系統(tǒng);改進(jìn)

引言：礦用提升機(jī)是井下作業(yè)的重要運(yùn)輸工具，而現(xiàn)有的提升機(jī)普遍存在結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)速性能差、速度控制精度窄、運(yùn)行可靠性低等問題，其大部分故障發(fā)生原因主要來自于提升機(jī)中的電控系統(tǒng)問題，提升機(jī)設(shè)備一旦發(fā)生故障，將直接影響著井下的生產(chǎn)效率和作業(yè)安全。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年，僅淮南煤礦中因提升機(jī)電控系統(tǒng)出現(xiàn)故障而導(dǎo)致的煤礦事故多達(dá)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(yè)造成了約120萬元的經(jīng)濟(jì)損失。因此，非常有必要對(duì)提升機(jī)電控系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改進(jìn)設(shè)計(jì)。以礦用提升機(jī)電控系統(tǒng)調(diào)速原理分析為理論基礎(chǔ)，通過對(duì)電控系統(tǒng)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，開展了電控系統(tǒng)的優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)，并對(duì)其進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用測(cè)試。

1電控系統(tǒng)調(diào)速原理

電控系統(tǒng)作為提升機(jī)的主要組成部分，其結(jié)構(gòu)主要由電源柜、變頻器、操作控制臺(tái)、PLC控制臺(tái)、各種傳感器等幾部分組成。電控系統(tǒng)調(diào)速過程主要包括絞車電機(jī)為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正常逆變過程和絞車電機(jī)為發(fā)電機(jī)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(tǒng)的核心部分，通過改變電機(jī)定子的供電頻率，來實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的改變，以起到調(diào)速作用，其調(diào)速原理如圖1所示。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(tǒng)中的兩個(gè)調(diào)節(jié)器之間的串聯(lián)作用，通過控制電機(jī)扭矩大小、功率輸出、機(jī)械制動(dòng)器控制等操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電機(jī)轉(zhuǎn)速、電流大小的調(diào)節(jié)和控制。另外，電控系統(tǒng)中的PLC控制臺(tái)，可針對(duì)提升機(jī)出現(xiàn)故障問題時(shí)，以故障問題檢測(cè)和計(jì)算為基礎(chǔ)，啟動(dòng)故障備用信號(hào)，以快速提醒維修人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行維修。

2提升機(jī)電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成礦用提升機(jī)結(jié)構(gòu)

主要由提升機(jī)、電控系統(tǒng)、裝卸載設(shè)備、鋼絲繩、提升容器、井架及電氣設(shè)備等結(jié)構(gòu)組成，其中，電控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要包括電源柜、變頻器、操作控制臺(tái)、PLC控制臺(tái)、各種傳感器等幾部分。電源柜主要是通過內(nèi)部的隔離開關(guān)向提升機(jī)、PLC控制臺(tái)、變頻器、操作控制臺(tái)等部件提供電源;同時(shí)，當(dāng)提升機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可通過PLC控制臺(tái)的遠(yuǎn)程監(jiān)控運(yùn)行，啟動(dòng)故障備用信號(hào)，以快速提醒維修人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行維修;電控系統(tǒng)中的變頻器，可通過控制扭矩大小、功率輸出、機(jī)械制動(dòng)器控制等操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電機(jī)的控制。另外，在操作控制臺(tái)上設(shè)置了手動(dòng)、自動(dòng)、檢修轉(zhuǎn)換開關(guān)、顯示屏等設(shè)備，通過操作控制臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)運(yùn)行狀況、故障問題等現(xiàn)象及運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，并通過遠(yuǎn)程控制方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)的故障診斷，以此快速實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)故障問題的維修。

3現(xiàn)有電控系統(tǒng)存在問題

目前，煤礦提升機(jī)電控系統(tǒng)主要采用了交交變頻控制技術(shù)，可滿足大功率、低速調(diào)節(jié)、高轉(zhuǎn)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

3.1現(xiàn)有礦用提升機(jī)系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要采用交流異步電機(jī)，配置繼電器、接觸器等部件，通過串連或切斷電阻方式實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的調(diào)速，其整個(gè)控制系統(tǒng)存在結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)速性能差、速度控制精度低等問題，且在日常的使用過程中，其整體節(jié)能效果較差，在提升機(jī)啟動(dòng)瞬間對(duì)設(shè)備自身會(huì)產(chǎn)生較大沖擊作用。

3.2電控系統(tǒng)中的行程控制系統(tǒng)的綜合性能較低主要采用人工提前設(shè)置行程開關(guān)的時(shí)間和機(jī)械行程，以機(jī)械設(shè)置為主，而未充分將計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)全面應(yīng)用到電控系統(tǒng)中，具有一定的不便操作性和精度控制較低等問題。

4電控系統(tǒng)升級(jí)改進(jìn)設(shè)計(jì)

4.1大功率整流柜改進(jìn)

整流柜是電控系統(tǒng)中的主要設(shè)備，可通過內(nèi)部將將外界輸入電壓進(jìn)行整流后，轉(zhuǎn)換為提升機(jī)內(nèi)部電器工作所需的電壓。結(jié)合現(xiàn)有整流柜性能特點(diǎn)，將內(nèi)部的管芯進(jìn)行替換，并將三相橋上的2只晶閘管進(jìn)行反并聯(lián)，增設(shè)快速熔斷器保護(hù)晶閘管、磁環(huán)、RC電磁環(huán)路等橋臂保護(hù)裝置。同時(shí)，將其內(nèi)部的冷卻方式改為風(fēng)冷，可更好的對(duì)整流柜進(jìn)行冷卻。另外，在現(xiàn)有功能中，增加了晶閘管導(dǎo)通監(jiān)視回路、風(fēng)壓檢測(cè)回路、系統(tǒng)報(bào)警回路、晶閘管過電壓保護(hù)回路等，可更加快速、安全的實(shí)現(xiàn)對(duì)整流柜的安全保護(hù)。由此，確定了整流柜的主要參數(shù)及配置如表1所示4.2總體方案改進(jìn)

結(jié)合現(xiàn)有提升機(jī)電控系統(tǒng)的性能特點(diǎn)，首先對(duì)其總體方案進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)。改進(jìn)后的電控系統(tǒng)主要包括主控PLC控制臺(tái)、監(jiān)控PLC控制臺(tái)、6RA70電樞整流器、6RA70勵(lì)磁整流器、各類傳感器、操作臺(tái)及上機(jī)位等組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。在整個(gè)電控系統(tǒng)中，主控PLC控制臺(tái)作為主控制站，直流流調(diào)速裝置和監(jiān)控PLC控制臺(tái)為從控制站，系統(tǒng)中的所有指令、控制動(dòng)作主要經(jīng)PLC控制后進(jìn)行發(fā)出通過監(jiān)控PLC控制臺(tái)的運(yùn)行，完成對(duì)提升機(jī)的系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和保護(hù)[2-3]。同時(shí)，在天輪、傳動(dòng)軸上增設(shè)了光電編碼器，其發(fā)出的反饋速度信號(hào)可直接發(fā)送至主控PLC控制臺(tái)上，形成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)天倫、傳動(dòng)軸運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)運(yùn)算。由此，可對(duì)提升機(jī)進(jìn)行更加全面的檢測(cè)診斷，提升了電控系統(tǒng)的綜合性能。4.3安全回路改進(jìn)

現(xiàn)有安全回路基礎(chǔ)上，將電控系統(tǒng)改進(jìn)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(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)直流側(cè)快開動(dòng)作跳閘、主控制器PLC故障、調(diào)速器故障等重事故時(shí)，可將線路接入繼電器硬安全回路中，即可進(jìn)行跳閘停車;而針對(duì)系統(tǒng)中的各種輕事故，可將故障的發(fā)生位置接入至主控PLC和上機(jī)位中，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的手動(dòng)控制及聲光報(bào)警，同時(shí)，將電流、電壓、溫度、故障類別等故障類別進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄和顯示。另外，由繼電器構(gòu)成的安全回路，同樣可實(shí)現(xiàn)安全回路接點(diǎn)狀態(tài)監(jiān)視等功能，改進(jìn)后的安全回路如圖3所示。因此，改進(jìn)后的安全回路更加系統(tǒng)，能更好的對(duì)提升機(jī)運(yùn)行過程進(jìn)行安全保護(hù)。5改進(jìn)后電控系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用情況結(jié)合前文設(shè)計(jì)，將改進(jìn)后的提升機(jī)電控系統(tǒng)在煤礦中進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，改進(jìn)后的電控系統(tǒng)具有更加智能的運(yùn)行狀態(tài)控制，提升機(jī)的升降方式、運(yùn)行速度、啟停位置均通過了電控系統(tǒng)中的PLC進(jìn)行智能控制，而無需人員進(jìn)行操作控制，減小了作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了提升機(jī)的工作效率。同時(shí)，該系統(tǒng)中在運(yùn)行過程中，不僅能根據(jù)提升機(jī)故障情況及時(shí)發(fā)出報(bào)警提示，準(zhǔn)確顯示故障發(fā)生位置，而且還將提升機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行了自動(dòng)檢測(cè)和存儲(chǔ)。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作人員介紹，該電控系統(tǒng)與傳統(tǒng)相比，檢測(cè)和控制精度更高，控制方式更加智能化，得到了現(xiàn)場(chǎng)工作人員的一致好評(píng)。

結(jié)論：改進(jìn)后的新型電控系統(tǒng)具有更高的可靠性和運(yùn)行穩(wěn)定性，能明顯減小作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。電控系統(tǒng)的優(yōu)化升級(jí)，對(duì)提高礦用提升機(jī)的運(yùn)行效率和作業(yè)安全具有重要意義。

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