變頻控制系統在礦井提升機中的應用

楊敬宜

摘 要：煤礦井下生產的順利開展離不開各類機電設備的高效運轉，而提升機就是實現礦井物料內運和煤炭外運的關鍵設備，但傳統的提升機調速控制系統多為交流接觸器-晶閘管控制的電阻投切型控制系統，這種控制系統在使用中因交流接觸裝置頻繁接觸動作，使得其主觸頭極易氧化從而造成設備損壞。同時，提升機啟動方式多為降壓啟動，極易出現工頻時無法正常啟動的情況。此外，在速度調節上的控制性較差，使得提升機減速和爬行停機精準度不夠。由此可見，常規的提升機電控系統在使用中存在諸多缺陷，針對這一問題，應用PLC變頻控制系統，能夠有效改善以往作業中存在的不足，從而大幅提升礦井生產綜合效益。

關鍵詞：礦井;提升機;變頻控制;應用要點

中圖分類號：TD67 文獻標識碼：A

引言

煤礦開采過程中需要用到大量的機械裝備，其中提升機是非常重要的煤礦生產設備之一，對于保障整個采煤過程的順利推進具有非常關鍵的作用。隨著企業節能減排壓力以及生產成本的不斷增加，如何進一步提升礦井提升機的運行效率及服務安全性是所有煤礦企業面臨的關鍵問題。針對礦井提升機開展自動化改造，確保提升機設備能夠根據生產過程實際狀態對相關工藝參數進行實時調整，是保障提升機安全運行并提高設備運行效率的重要措施和手段。

1變頻控制技術的優勢

變頻控制技術的優勢主要體現在兩方面，一方面可以使機電設備的運行更加平穩，另一方面可以使機電設備更加節能。煤礦大功率用電設備較多，在運行過程中會有大量的諧波進入到電網中，這會導致機電設備運行時出現一定的異常，例如振動加劇、發熱。交流電源經過變頻后波形更加標準，使交流電機在運行時更加平穩。此外，交流電機的轉速與電源的頻率呈線性關系，采用變頻控制技術可以對電機進行無極調速，減輕設備在啟停時的振動。節能是變頻控制技術最大的優勢。當電機的轉速由N1變化到N2時，電機的輸送功率P2/P1=（N2/N1）3。也就是說，當電機的轉速降低10%時，電機的功率降低了27%。在很多情況下，煤礦機電設備并不能達到滿負荷狀態，例如皮帶輸送機等。變頻調速技術在使用過程中能夠按照機電設備的工作量對速度進行調整，當機電設備的負荷低時，可以利用變頻控制技術降低電機的轉速，這樣可以節省大量的電能;同時，四象限變頻系統，在重物下方過程中，還可實現能量回饋。經過統計，采用變頻控制技術后，機電設備將節能30%～80%，這可為煤礦創造可觀的經濟效益。

2變頻控制系統在礦井提升機中的應用

礦井提升機主要承擔著將工作人員、物料安全、平穩運輸至目標位置的任務，是煤礦生產中的重要機械設備。在傳統的礦井提升機運行中，普遍利用電阻帶動電機控制，結合鼓型控制器調整速度，調速性能差，屬于有級調速，調速時能量大部分消耗在電阻上，給定方式落后，控制精度低，安全保護和監測環節不完善，安全可靠性差，維護工作量大，而且運行不經濟。而依托變頻控制技術的應用就能夠規避上述問題的發生，通過變頻控制技術在礦井提升機中的應用，可以強化對設備的保護作用，優化礦井提升機的運行平滑性以及無級調速。實踐中，將變頻控制技術與編程器聯合使用，可以根據調整輸入于電控系統中的指令實現對繼電器的高效控制，且提升梯形圖與電路圖之間轉換的靈活性程度。通過應用變頻控制技術實施對繼電器的控制，能夠明顯減少外部線路的設置數量以及繼電器的使用數量，也實現對故障問題的有效規避，避免空間不足的問題發生。同時，在變頻控制技術的支持下，礦井提升機的啟動/停止平穩程度顯著上升，對鋼絲繩的沖擊減小。另外，變頻控制技術的應用促使礦井提升機的無極調速成為可能，提升機的節能性以及運行可靠性增高，鋼絲繩數量與檢修次數減少，推動礦井提升機檢修成本的降低。

2.1變頻裝置選取分析

結合井下提升機的實際工作需要，為確保速度調節的穩定性和高效性，變頻裝置應當按照如下標準確定：a）所用控制方式必須具備低頻大力矩，其中，啟動轉矩必須高于2倍的額定轉矩，在工作頻率為1Hz時應當具備超過1.6倍的額定轉矩;懸掛重物時不發生溜鉤;零速時保持150%力矩。b）具備獨特的抱閘控制邏輯，相較于常規的FDT模式（開發標準），具備更加優良的控制性能。c）作業頻率應當在0.5～50.0Hz之間分段設置，具備無級連續調節。e）作業電壓范圍為320～480V，并且能夠始終在額定負荷下無故障運行。

2.2抗干擾設計

為確保控制過程中數據傳輸的準確性，變頻控制系統必須具備良好的抗干擾能力，具體包括以下3點：a）將信號電纜與電力電纜分隔鋪設，同時采用屏蔽電纜作為信號傳輸線纜，并將所有屏蔽電纜接地;b）導引至PLC柜的電纜應當盡量與容易產生電磁干擾的裝置隔離，所有操作臺和控制柜均配設保護接地舉措，內部必須配有獨立的電纜屏蔽接地端子，并與內部未接地電路板隔離;c）在變頻裝置的輸入端和輸出端配設相應的電控裝置和濾波裝置，電機與變頻裝置間的電纜采用穿鋼管的方式鋪設，并將其他弱電信號布設在不同的電纜溝，防止輻射干擾。

2.3PLC控制系統設計

PLC控制系統分為PLCI、PLCII兩部分，PLCⅠ為主控系統，能夠采集編碼器Ⅰ的作業信號，實現對提升機的行程控制和速度控制;PLCⅡ主要用于系統監控，能夠對編碼器Ⅱ信號進行采集，并對提升機運行的相關參數進行實時掌控。作業時，PLCⅠ與PLCⅡ之間通過通訊方式實現數據交互，在正常作業期間2個PLC控制器均投入使用，從而實現提升機的“雙線”控制和保護。為保證2套PLC系統作業的同步性，PLCⅠ會對2個PIC系統（單片機系統）監測所得的提升機行程信號和速度信號進行實時比對，一旦存在較大差別，便會立即發出預警信號，保證作業安全。同時，當一臺PLC裝置發生故障時，另一臺能夠繼續保持正常運行，使得系統運行的可靠性大幅提升。

控制的子程序主要用于對開車條件的確定，在提升機運行過程中及時對運行的偏差進行校正，確定提升機是否存在故障。當接受到啟動的信號后，啟動提升機，提升機開始加速運動，當速度達到勻速運動的速度時，保持勻速運動，停止加速。當運行至減速點時，運行速度開始降低，提升機進入爬行工況。當運行至停車點時，速度降低至零，達到停車制動，狀態復位，等待下次啟動。

2.4應用效果分析

節能是變頻控制技術最大的優勢，我公司承建的山東姜家窯金礦3#豎井雙提升系統均采用了基于PLC的變頻調速系統，經過整個項目周期對提升機的提升效率以及電能消耗情況進行詳細統計對比，結果表明：同比用電減少29%，節能效果顯著。另一方面，變頻控制系統的應用使得提升機在不同階段之間的速度切換更加順滑，對設備造成的沖擊更小。因此設備的故障率顯著降低，維修費用節約70%，為煤礦企業節省了大量的維護保養成本。

結束語

提升機作為礦井生產作業中的重要設備，其運行質量對整個礦井生產作業綜合效益有直接影響，礦井管理者必須高度重視相關問題，在生產中積極組織專業技術力量開展針對性分析探究，從而設計出適用性優良的變頻調節控制系統，實現對提升機的高效、安全、穩定操控，為整個礦井生產的持續高效開展提供堅實保障。

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（遼寧東煤基本建設有限責任公司，遼寧 沈陽 110122）