王紅

[摘 要]提升機(jī)是礦山電力拖動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)煤礦提升電控系統(tǒng)實(shí)施技術(shù)改造，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。使用 PLC 與變頻器相結(jié)合實(shí)現(xiàn)的新型煤礦提升機(jī)控制方案，對(duì)煤礦提升機(jī)的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，具有準(zhǔn)確、可靠、安全等特點(diǎn)。本文在此基礎(chǔ)上分析了煤礦提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)的主要構(gòu)成部分，深入研究了煤礦提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)基于 PLC 應(yīng)用技術(shù)的改造措施旨在為業(yè)界人士提供一定的參考。

[關(guān)鍵詞]提升機(jī)；煤礦；電氣控制系統(tǒng)；改造

中圖分類號(hào)：TD633 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）09-0020-01

一、煤礦提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)的構(gòu)成概述

煤礦大多數(shù)提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)主要由主控制系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)以及上位機(jī)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(jī)的啟動(dòng)環(huán)節(jié)，同時(shí)還能夠有效控制礦車的加速或減速行進(jìn)模式等，并實(shí)時(shí)監(jiān)控提升機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的電流情況以及行進(jìn)狀況，“主控制系統(tǒng)”的綜合控制能力十分強(qiáng)大，相當(dāng)于對(duì)煤礦提升機(jī)及其作業(yè)面進(jìn)行統(tǒng)籌監(jiān)控管理。調(diào)速系統(tǒng)主要擔(dān)任的是執(zhí)行者的角色，根據(jù)接收到的命令對(duì)提升機(jī)的主電動(dòng)機(jī)進(jìn)行動(dòng)作控制。煤礦提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)的大致運(yùn)行情況如圖1所示：

從圖1中可以看到，煤礦提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)是緊密聯(lián)系的，在變頻器裝置的運(yùn)作下，提升機(jī)的負(fù)載量才得以提升上來(lái)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，提升機(jī)負(fù)載是較為典型的摩擦性負(fù)載，在當(dāng)煤礦礦車上行的過(guò)程中，提升機(jī)的電氣制動(dòng)核心部位——電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩則要壓制住負(fù)載阻力轉(zhuǎn)矩，而且要克服上行挪移時(shí)的靜摩擦力矩，此時(shí)的電機(jī)則處于電動(dòng)工作的狀態(tài)。當(dāng)煤礦礦車減速運(yùn)行時(shí)，提升機(jī)的電氣制動(dòng)系統(tǒng)同樣需要實(shí)施制動(dòng)操控。

二、提升機(jī)電氣系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

如今，我國(guó)提升機(jī)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?yàn)樯鲜兰o(jì)六、七十年代技術(shù)發(fā)展因?yàn)橹T多因素出現(xiàn)了短暫的停滯倒退現(xiàn)象，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)提升機(jī)電控系統(tǒng)與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家電控系統(tǒng)水平存在較大差距。國(guó)內(nèi)自主研發(fā)小型普通交流電控系統(tǒng)經(jīng)過(guò) 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(jī)。其主要工作原理是通過(guò)轉(zhuǎn)子的快速運(yùn)動(dòng)，加以電阻進(jìn)行調(diào)速作用的簡(jiǎn)便是控制系統(tǒng)，主要特點(diǎn)在于操作控制便捷，設(shè)備價(jià)格較低。新型 PLC 系統(tǒng)相結(jié)合的控制系統(tǒng)發(fā)展日趨成熟并取得了一定的市場(chǎng)，但是因其基本控制思想的腐舊，調(diào)速性能的不良，運(yùn)作效率較低等缺點(diǎn)，仍不能完全被市場(chǎng)所認(rèn)可，沒(méi)有根本行的改觀。90 年代前主要是 80 年代初期，我國(guó)直流電控技術(shù)不成熟，絕大部分由模擬原件器材構(gòu)成的設(shè)備都是從外國(guó)進(jìn)口。但由于其設(shè)備龐大，運(yùn)算放大器、二極管、三極管等部分繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且運(yùn)行模板技術(shù)不成熟，故障率非常高，工作時(shí)長(zhǎng)短且不穩(wěn)定，只能進(jìn)行技術(shù)重新發(fā)展改造。90 年代開(kāi)始后，我國(guó)引進(jìn)國(guó)外原裝進(jìn)口最新全數(shù)字電控設(shè)備，并對(duì)我國(guó)本土工作人員進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)，開(kāi)始國(guó)產(chǎn)化工作，推出了符合我國(guó)國(guó)情的全自動(dòng)數(shù)值化直流電控制調(diào)節(jié)控速裝置，至此才代表中國(guó)直流電控制運(yùn)行系統(tǒng)符合 PLC 控制，成為真正意義上的全制動(dòng)數(shù)值化設(shè)備。在 90 年代后期突破技術(shù)上的改造實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控，但由于我國(guó)制造業(yè)的相對(duì)不發(fā)達(dá)，大多數(shù)高性能的直流電控系統(tǒng)依舊需要從國(guó)外進(jìn)口使用。

三、改進(jìn)措施

1、貯備設(shè)計(jì)技術(shù)

改造傳統(tǒng)提升機(jī)電氣系統(tǒng)，可利用貯備設(shè)計(jì)技術(shù)來(lái)完成。貯備設(shè)計(jì)技術(shù)是指在電氣系統(tǒng)中增加貯備單元，當(dāng)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(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，或者將其取代，以降低故障對(duì)煤礦生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)挠绊憽?/p>

2、深度指示器改造

傳統(tǒng)的機(jī)械式深度指示器笨重，測(cè)量誤差難以避免。新型的深度指示器一般為電子式和數(shù)字式指示器，可實(shí)現(xiàn)采集校核、計(jì)算、顯示和輸出脈沖信號(hào)等多種作業(yè)型號(hào)，協(xié)助主控 PLC 系統(tǒng)完成監(jiān)控保護(hù)任務(wù)。電子式指示器能夠?qū)崟r(shí)顯示提升機(jī)及其元器的運(yùn)行狀態(tài)，能夠模擬繪制其運(yùn)行狀況圖，具有相對(duì)較高的可視化水平，同時(shí)非常便于使用，同時(shí)還具備非常不錯(cuò)的動(dòng)、靜態(tài)特性。全數(shù)控晶閘管是通過(guò)計(jì)算機(jī)或人工優(yōu)化電流調(diào)節(jié)器和速度調(diào)節(jié)器參數(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的速度控制、電流調(diào)節(jié)及電樞、磁場(chǎng)圈路的保護(hù)工作。其具有諸多方面的優(yōu)勢(shì)，如相對(duì)較強(qiáng)的高速信號(hào)處理能力、豐富靈活的指令、事件控制器處理迅速，能夠及時(shí)同步校正礦井中的信號(hào)，加強(qiáng)地面和井下的溝通和監(jiān)控工作。

3、 變頻控制方式

針對(duì)中小型煤礦進(jìn)行的提升機(jī)改造活動(dòng)，使用的是變頻控制方式，現(xiàn)今，普遍使用的變頻器大多是“交—直—交”回路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即利用整流器把工頻交流電源轉(zhuǎn)化成直流電源，再轉(zhuǎn)換成頻率、電壓可調(diào)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(gòu)成了變頻器的電路。變頻器調(diào)速控制的電路簡(jiǎn)單，減少了電阻器、接觸器等元件設(shè)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(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的運(yùn)用是提升機(jī)電控系統(tǒng)的一個(gè)發(fā)展方向。

4、其他改造技術(shù)

在原有系統(tǒng)設(shè)備的基礎(chǔ)上，采用標(biāo)準(zhǔn)化電氣模塊、插件結(jié)構(gòu)，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(shì)，例如其所需要的成本相對(duì)較低，同時(shí)能夠在很短時(shí)間內(nèi)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(guò)程中依舊存在一定的故障隱患。通過(guò)局域網(wǎng)技術(shù)，上位機(jī)可對(duì)提升機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視、診斷，從而實(shí)現(xiàn)資源共享和提高管理水平。。另外可以利用 PWM 整流控制技術(shù)對(duì)其有源前端進(jìn)行控制，通過(guò)這種方式能夠減小網(wǎng)側(cè)電流諧波，同時(shí)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(guò)多重防護(hù)對(duì)其安全性參數(shù)進(jìn)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(shí)，可迅速而準(zhǔn)確地找到故障點(diǎn)，提高系統(tǒng)運(yùn)行的效率。

四、改造后的優(yōu)點(diǎn)

1、保護(hù)性能強(qiáng)

PLC 系統(tǒng)除了具有松繩報(bào)警以及斷路等功能，還具備語(yǔ)音報(bào)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(jiǎn)單、方便。

2、 動(dòng)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(diǎn)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(jī)動(dòng)作的可靠性。

3、 減少了維護(hù)費(fèi)用

智在智能化 PLC 的電控系統(tǒng)下，只需要定期對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)和設(shè)備進(jìn)行檢查，除去設(shè)備上的灰塵，大大減少?gòu)S原先繼電器控制系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)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(jī)電控系統(tǒng)運(yùn)用 PLC 進(jìn)行改造后自動(dòng)化程度提高很多，所以能減少工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度以及維護(hù)工作的任務(wù)。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，對(duì)提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行多方面的技術(shù)改造，夠不斷提高礦井產(chǎn)量與速率，同時(shí)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(shè)備的安全性和可靠性，也對(duì)煤礦企業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展產(chǎn)生了較大的促進(jìn)作用。該方案運(yùn)用在中小型煤礦，可取得明顯的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益，值得在生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中廣泛推廣。

參考文獻(xiàn)

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