矿用提升机电控系统性能的改进

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摘要：以电控系统调速原理分析为理论基础，通过对电控系统现状进行分析，开展了电控系统的优化改进设计，并对其进行了现场应用测试，测试结果表明，改进后的电控系统运行更加可靠，操作更加方便，系统的智能化程度和控制精度更高，针对设备出现故障问题时，能更加快速地找到故障位置处并进行维修。

关键词：煤矿提升机电控系统改进

引言

矿用提升机是井下作业的重要运输工具，而现有的提升机普遍存在结构简单、调速性能差、速度控制精度窄、运行可靠性低等问题，其大部分故障发生原因主要来自于提升机中的电控系统问题，提升机设备一旦发生故障，将直接影响着井下的生产效率和作业安全。据统计，2016年，仅淮南煤矿中因提升机电控系统出现故障而导致的煤矿事故多达30余起，占该煤矿全年所有故障事故的1/3，直接给煤矿企业造成了约120万元的经济损失。因此，非常有必要对提升机电控系统进行升级改进设计。以矿用提升机电控系统调速原理分析为理论基础，通过对电控系统现状进行分析，开展了电控系统的优化改进设计，并对其进行了现场应用测试。

1电控系统调速原理

电控系统作为提升机的主要组成部分，其结构主要由电源柜、变频器、操作控制台、PLC控制台、各种传感器等几部分组成。电控系统调速过程主要包括绞车电机为驱动电机的正常逆变过程和绞车电机为发电机的能量回馈过程；其中，正常逆变过程主要由正常逆变、整流、滤波等部分组成，是电控系统的核心部分，通过改变电机定子的供电频率，来实现对输出电压的改变，以起到调速作用。而能量回馈过程主要由整流、回馈逆变和输出滤波三部分组成，可通过正常逆变部分中IGBT二极管完成整流过程，并在系统中的两个调节器之间的串联作用，通过控制电机扭矩大小、功率输出、机械制动器控制等操作，实现对交流电机转速、电流大小的调节和控制。另外，电控系统中的PLC控制台，可针对提升机出现故障问题时，以故障问题检测和计算为基础，启动故障备用信号，以快速提醒维修人员对设备进行维修。

2提升机电控系统现状

目前，煤矿提升机电控系统主要采用了交交变频控制技术，可满足大功率、低速调节、高转矩等不同工况下的使用需求，但在使用过程中，仍存在故障率高、可靠性低等问题，其具体问题主要如下：1）现有矿用提升机系统中的驱动电机主要采用交流异步电机，配置继电器、接触器等部件，通过串连或切断电阻方式实现对电机的调速，其整个控制系统存在结构简单、调速性能差、速度控制精度窄等问题，且在日常的使用过程中，其整体节能效果较差，在提升机启动瞬间对设备自身会产生较大冲击作用。2）系统中安全回路保护在线检测系统不够完备，当提升机发生突发事故时，大部分安全回路不能及时切断电源，少部分安全回路仍需人工进行切断，存在劳动力大、危险性高等问题，未实现以计算机控制为核心的安全保护智能控制。3）经过多年的优化改进，现有提升机监控系统初步实现了自动减速、限速、数字显示等功能，但整体仍存在自动化程度较低、远程监控功能和精度不够等问题，不能较好实现对提升机运行故障的准确显示和精准定位，且电控系统中关于监控系统控制模块的可靠性有待提升。

3电控系统升级改进设计

以现有电控系统为改进基础，改进后电控系统主要包括上机位、主控PLC、监控PLC、操作台，而在其下面设计了光电编码器、位置传感器、液压站、硬件安全回路、温度传感器、及两个整流器等设备，其主要系统结构如图2所示。在整个电控系统中，以主控PLC为主控制站，直流流调速装置和监控PLC控制台为从控制站，系统中的所有指令、控制动作主要经PLC控制后进行发出，通过监控PLC控制台的运行，完成对提升机的系统监测和保护。计算机上的操作台采用了工业级控制，可对提升系统中的运行状态、故障问题、工作数据进行统一监控、记录和管理，并将结果显示于显示屏上，通过采集的数据，生产曲线，以协助人员实现对各类数据的分析、处理和研究。同时，在天轮、传动轴上增设了光电编码器，其发出的反馈速度信号可直接发送至主控PLC控制台上，实现对天伦、传动轴运行状态的检测运算。整流柜是电控系统中的主要设备，可通过内部将将外界输入电压进行整流后，转换为提升机内部电器工作所需的电压。结合现有整流柜性能特点，将内部的管芯进行替换，并将三相桥上的2只晶闸管进行反并联，增设快速熔断器保护晶闸管、磁环、RC电磁环路等桥臂保护装置。同时，将其内部的冷却方式改为风冷，可更好的对整流柜进行冷却。另外，在现有功能中，增加了晶闸管导通监视回路、风压检测回路、系统报警回路、晶闸管过电压保护回路等，可更加快速、安全的实现对整流柜的安全保护。现有安全回路基础上，将电控系统改进为了包含PLC控制安全回路和继电器安全回路的双线制安全回路，当系统中出现直流侧快开动作跳闸、主控制器PLC故障、调速器故障等重事故时，可将线路接入继电器硬安全回路中，即可进行跳闸停车；而针对系统中的各种轻事故，可将故障的发生位置接入至主控PLC和上机位中，实现对故障的手动控制及声光报警，同时，将电流、电压、温度、故障类别等故障类别进行实时记录和显示。另外，由继电器构成的安全回路，同样可实现安全回路接点状态监视等功能，改进后的安全回路如图3所示。因此，改进后的安全回路更加系统，能更好的对提升机运行过程进行安全保护。

4改进后电控系统应用效果

结合前文设计，将改进后的提升机电控系统在煤矿中进行了现场应用测试。由测试结果可知，其升降方式、启停位置、运行速度均可通过电控系统中的PLC进行智能控制，而无需人员进行操作控制，减小了作业人员的劳动强度；同时，可自动对系统进行诊断检修，并将设备运行数据保存至储存器中。据现场人员介绍，该电控系统与传统系统相比，操作更加方便，系统的智能化程度和控制精度更高，针对设备出现故障问题时，能更加快速找到故障位置处并进行维修，得到了现场工作人员的一致好评。电控系统的优化升级，对提高矿用提升机的运行效率和作业安全具有重要作用。

参考文献

[1]韩哲.基于PLC的矿井提升机电控系统分析研究[J].电子测试，2018（12）：5；8.

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[4]刘云霞，刘春丽.矿井提升机电控系统的发展和应用[J].煤炭技术，2017，36（10）：264-266.

作者：米文科 单位：大同煤矿集团宏大万杰煤业有限责任公司