煤礦副井提升機變頻調(diào)速控制裝置的研究

溫瑞陽

（大同煤礦集團同家梁礦， 山西 大同 037025）

引言

煤礦副井提升機作為聯(lián)系井下和地面的通道，是煤礦上的一種關(guān)鍵機電設(shè)備，主要負責(zé)人員和設(shè)備的運輸需求，其運行時的安全性和穩(wěn)定性直接關(guān)系到人員的生命安全。傳統(tǒng)的副井提升機在制動過程中會產(chǎn)生較大的沖擊作用，給提升鋼絲繩和機架造成較大的影響，降低了副井提升設(shè)備的使用壽命和經(jīng)濟性[1]。特別是隨著煤礦對生產(chǎn)效率要求的不斷提升，提升機的運行速度不斷加快，在制動過程中的不穩(wěn)定因素劇增，給煤礦的人員運輸造成了極大的安全隱患。因此，提出一種新型的煤礦副井提升機變頻調(diào)速裝置，該裝置通過變頻調(diào)速器對驅(qū)動電機的運行情況進行控制，設(shè)置變頻調(diào)速控制曲線，滿足副井提升機在不同制動條件下的平穩(wěn)制動要求。

1 副井提升機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)

該副井提升機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)以中央處理單元為核心，通過對設(shè)置在副井提升機上各類傳感器所監(jiān)測的信息分析，自動對提升機的運行狀態(tài)進行判斷，同時根據(jù)行程情況自動選擇最佳的變頻調(diào)速控制曲線，實現(xiàn)對提升機運行狀態(tài)和平穩(wěn)運行的綜合控制，顯著提升副井提升機的運行安全和經(jīng)濟性[2]。

由圖1可知，該變頻調(diào)速控制系統(tǒng)主要包括監(jiān)測控制單元、中央處理單元、調(diào)節(jié)控制單元三個部分組，監(jiān)測控制單元主要包括限位開關(guān)、手動開關(guān)、光電傳感器、感應(yīng)式接近開關(guān)、編碼器等，用于對礦井提升機在運行過程中的狀態(tài)進行實時監(jiān)控。中央處理單元主要是用于對監(jiān)控結(jié)果進行分析，下達調(diào)節(jié)控制指令，調(diào)節(jié)控制單元主要是根據(jù)中央處理單元發(fā)出的調(diào)節(jié)控制指令進行繼電器、電磁閥、變頻器輸出信號控制，滿足對提升機運行狀態(tài)調(diào)整的需求。該變頻調(diào)速控制裝置以CPU為核心，具有防爆、數(shù)據(jù)更新便捷、擴展性好、穩(wěn)定性高的優(yōu)點。

圖1 煤礦副井提升機變頻調(diào)速控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2 變頻控制器結(jié)構(gòu)及工作原理

該煤礦副井提升機變頻調(diào)速控制的基礎(chǔ)在于變頻控制裝置對提升機運行狀況的變頻調(diào)節(jié)控制，該變頻控制裝置主要包括了控制部分和主電路部分，控制部分主要是控制系統(tǒng)對中央處理單元所發(fā)出的調(diào)節(jié)控制信號進行轉(zhuǎn)換，將其變?yōu)楣ゎl交流電信號，進入到該控制單元內(nèi)，然后控制系統(tǒng)電流發(fā)出驅(qū)動脈沖信號，完成一次完整的整流逆變過程[3]，將交流電信號轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娦盘枺ㄟ^對直流電信號的轉(zhuǎn)換，賦予調(diào)節(jié)控制信號，然后再經(jīng)過一次逆變過程將控制信號以工頻交流信號的形式進行輸出，實現(xiàn)對變頻控制單元的實時調(diào)節(jié)控制，使其輸出滿足控制要求的變頻控制信號，控制副井提升機驅(qū)動電機按照設(shè)定的調(diào)節(jié)控制模式進行運行，該變頻調(diào)速控制裝置的整體結(jié)構(gòu)如下頁圖2所示[4]。

3 副井提升機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的應(yīng)用

為了對該副井提升機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的實際應(yīng)用效果進行分析，本文以某礦提升機為驗證對象，對其控制系統(tǒng)進行了優(yōu)化改造，其副井提升機的提升距離為515 m，根據(jù)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的控制原則[5]，在經(jīng)過大量的驗證后，所設(shè)計的提升過程中的變頻調(diào)速控制曲線如圖3所示。

圖2 煤礦副井提升機變頻控制器結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 煤礦副井提升機變頻調(diào)速控制曲線

由圖3可知，該變頻調(diào)速控制曲線包括了初加速段、加速段、等速段、減速段和爬行段五個部分，初加速段、爬行段均為“S”型控制曲線，能夠確保在初加速段運行的平穩(wěn)性，降低對提升機的振動和沖擊，加速段和減速段均為線性曲線，主要是提高提升機的運行和減速效果，等速段則是提升機以最大運行速度運行的時間，通過該變頻調(diào)速控制曲線能夠?qū)⑻嵘龣C運行時對機架的沖擊力降低了87%，運行速度提升了41%，顯著提升了提升機在運行過程中的穩(wěn)定性和舒適性。

對該礦應(yīng)用變頻調(diào)速控制系統(tǒng)以來的耗電量進行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)在相同的運行頻次下，采用變頻調(diào)速控制系統(tǒng)后提升機運行時的耗電量比優(yōu)化前降低了約17%，顯著提升了副井提升機運行時的經(jīng)濟效益，同時該調(diào)速控制系統(tǒng)還能夠根據(jù)監(jiān)測結(jié)果實現(xiàn)對副井提升機運行狀態(tài)的判斷和報警，自動顯示故障源，顯著降低了提升機的故障維修時間。

4 結(jié)論

1）該變頻調(diào)速控制系統(tǒng)主要包括監(jiān)測控制單元、中央處理單元、調(diào)節(jié)控制單元三個部分組，以中央處理單元為核心，根據(jù)行程情況自動選擇最佳的變頻調(diào)速控制曲線，實現(xiàn)對提升機運行狀態(tài)和平穩(wěn)運行的綜合控制。

2）通過該變頻調(diào)速控制曲線能夠?qū)⑻嵘龣C運行時對機架的沖擊力降低了87%，運行速度提升了41%，顯著提升了提升機在運行過程中的穩(wěn)定性和舒適性。

3）采用變頻調(diào)速控制系統(tǒng)后提升機運行時的耗電量比優(yōu)化前降低了約17%，顯著提升了副井提升機運行時的經(jīng)濟性。