第8章提升機(jī)的拖動與控制

第八章

提升機(jī)的拖動與控制第一節(jié)提升機(jī)的拖動第二節(jié)提升機(jī)PLC控制系統(tǒng)簡介第三節(jié)提升機(jī)的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)第四節(jié)提升機(jī)的數(shù)字控制簡介復(fù)習(xí)思考題第一節(jié)提升機(jī)的拖動一、提升機(jī)拖動類型及直流調(diào)速系統(tǒng)煤礦提升機(jī)使用電力拖動裝置有交流繞線型感應(yīng)電動機(jī)拖動、他勵直流電動機(jī)拖動和交流同步電動機(jī)拖動以及液壓拖動四大類。第一節(jié)提升機(jī)的拖動1.交流繞線型感應(yīng)電動機(jī)拖動交流繞線型感應(yīng)電動機(jī)優(yōu)點是系統(tǒng)比較簡單，設(shè)備價格較低且技術(shù)比較成熟。主要缺點是采用附加電阻完成調(diào)速過程，增大了附加電能損失，實現(xiàn)自動化有一定的困難。第一節(jié)提升機(jī)的拖動2.直流他勵電動機(jī)拖動直流他勵電動機(jī)拖動裝置是利用改變直流電動機(jī)外供電壓的方法來調(diào)速的，調(diào)速性能好，且與負(fù)荷大小及正負(fù)無關(guān)。在低速爬行階段，運行情況也十分理想。此外，由于電動機(jī)轉(zhuǎn)速幾乎與負(fù)載無關(guān)，因此容易實現(xiàn)自動化。第一節(jié)提升機(jī)的拖動直流他勵電動機(jī)拖動裝置的變流設(shè)備可分為兩大類：發(fā)電機(jī)—電動機(jī)（F—D）系統(tǒng)和晶閘管—電動機(jī)（SCR—D）系統(tǒng)。第一節(jié)提升機(jī)的拖動3.交流同步電動機(jī)拖動交流同步電動機(jī)與直流他勵電動機(jī)相比，具有制造簡單、造價低、電動機(jī)效率高、維修簡單、噪聲小等特點。交流同步電動機(jī)采用晶閘管交—交變頻供電，由計算機(jī)控制，可實現(xiàn)主井箕斗提升自動化和副井罐籠提升半自動化。第一節(jié)提升機(jī)的拖動4.液壓拖動利用液壓馬達(dá)直接或通過減速箱來拖動滾筒的一種拖動方式?？煞譃槿簤簜鲃?、液壓—機(jī)械傳動和液壓—機(jī)械差動三大類。滾筒的正、反向運轉(zhuǎn)依靠改變液壓泵輸出液流的方向來完成,提升機(jī)的轉(zhuǎn)速大小由改變液壓泵輸入液壓馬達(dá)油量大小來調(diào)節(jié)。第一節(jié)提升機(jī)的拖動二、直流電動機(jī)拖動的調(diào)速系統(tǒng)直流電動機(jī)與交流電動機(jī)相比，它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用和維護(hù)不如交流電動機(jī)方便。但直流電動機(jī)具有優(yōu)良的啟動、調(diào)速和制動性能。第一節(jié)提升機(jī)的拖動直流電動機(jī)具有良好的啟動、制動性能，宜在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在煤礦提升系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。提升機(jī)采用直流拖動調(diào)速系統(tǒng)，主要有G—M系統(tǒng)、V—M系統(tǒng)和直流脈寬調(diào)速（PWM）系統(tǒng)。第一節(jié)提升機(jī)的拖動1.G—M系統(tǒng)（發(fā)電機(jī)—電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)）原動機(jī)拖動直流發(fā)電機(jī)實現(xiàn)變流，由直流發(fā)電機(jī)給需要調(diào)速的直流電動機(jī)供電，調(diào)節(jié)直流發(fā)電機(jī)的勵磁電流即可改變其輸出電壓，從而調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。這種直流調(diào)速系統(tǒng)稱為“發(fā)電機(jī)—電動機(jī)系統(tǒng)”，簡稱“G—M系統(tǒng)”。第一節(jié)提升機(jī)的拖動2.V—M系統(tǒng)（晶閘管—電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)）系統(tǒng)中電源是靜止裝置，通過調(diào)節(jié)觸發(fā)器的控制電壓來移動觸發(fā)脈沖的相位，而改變晶閘管可控整流器的控制角，從而改變可控整流器輸出電壓的極性和大小，實現(xiàn)直流電動機(jī)的平滑調(diào)速。這種直流調(diào)速系統(tǒng)稱“晶閘管—電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)”，簡稱“V—M系統(tǒng)”。第一節(jié)提升機(jī)的拖動3.直流脈寬調(diào)速（PWM）系統(tǒng)系統(tǒng)中電源是靜止裝置，能改變晶體管的導(dǎo)通、改變輸出電壓，主電路線路簡單，需用的功率器件少，低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬，可達(dá)1∶10000左右。第二節(jié)提升機(jī)PLC控制系統(tǒng)簡介一、PLC控制系統(tǒng)的組成提升機(jī)是整個礦井的樞紐，它應(yīng)能按照預(yù)定的力圖和速度圖，在四象限實現(xiàn)平穩(wěn)啟動、等速運行、減速運行、爬行和停車，而且在運行過程中要有極高的可靠性和安全性。根據(jù)提升機(jī)上述工況要求，采用PLC可編程控制器。采用PLC控制系統(tǒng)構(gòu)造的交流提升機(jī)拖動系統(tǒng)第二節(jié)提升機(jī)PLC控制系統(tǒng)簡介PLC控制系統(tǒng)主要由PLC冗余控制系統(tǒng)、可控硅加速柜、低頻電源柜和上位機(jī)監(jiān)控等4部分構(gòu)成。第二節(jié)提升機(jī)PLC控制系統(tǒng)簡介二、PLC控制系統(tǒng)各組成部分的用途1.PLC冗余控制系統(tǒng)以網(wǎng)絡(luò)形式為連接紐帶的PLC冗余控制系統(tǒng)，用于完成提升機(jī)行程控制、邏輯操作、故障保護(hù)及液壓制動控制等。第二節(jié)提升機(jī)PLC控制系統(tǒng)簡介1號PLC與安裝在提升機(jī)上的軸編碼器配合，完成提升行程和提升速度的控制功能。操作PLC將外部信號接收過來，按照預(yù)定的邏輯控制進(jìn)行處理，并發(fā)出開車所需要的各種信號，使提升機(jī)按照預(yù)定的力圖和速度圖安全運行。第二節(jié)提升機(jī)PLC控制系統(tǒng)簡介PLC還對軸編碼器發(fā)出的脈沖進(jìn)行記數(shù)，并進(jìn)行脈沖量化處理，間接檢測計算出提升容器的行程和速度，并根據(jù)計算出的行程和速度對提升機(jī)進(jìn)行監(jiān)視保護(hù)。2號PLC與繼電器構(gòu)成雙線制提升機(jī)安全保護(hù)回路。第二節(jié)提升機(jī)PLC控制系統(tǒng)簡介如圖8-2所示。第二節(jié)提升機(jī)PLC控制系統(tǒng)簡介提升機(jī)各部分的保護(hù)信號分為立即施閘、井口施閘、電氣制動和報警4類。其中井口施閘、電氣制動和報警類事故信號直接引入到PLC中，PLC將其處理后送監(jiān)視器顯示故障類型并控制聲光報警系統(tǒng)報警并施閘。第二節(jié)提升機(jī)PLC控制系統(tǒng)簡介而立即施閘類事故信號除引入到PLC中處理、顯示、報警外，還直接引入到安全直動回路，動作施閘系統(tǒng)施閘。系統(tǒng)的安全回路有兩套：一套由PLC構(gòu)成，另一套為繼電器直動回路。第二節(jié)提升機(jī)PLC控制系統(tǒng)簡介2.可控硅加速柜可控硅加速柜和以前的轉(zhuǎn)子接觸器在布線結(jié)構(gòu)上一樣，承擔(dān)加速時的電阻切換，主要由晶閘管及其觸發(fā)回路構(gòu)成。與原有的接觸器相比較，它具有無觸點、功耗小、維修量小等優(yōu)點，因而具有廣闊的應(yīng)用前景。第二節(jié)提升機(jī)PLC控制系統(tǒng)簡介3.低頻裝置交—交變頻電源柜低頻電源采用全數(shù)字交—交變頻器和現(xiàn)代控制技術(shù)，解決了礦井交流提升系統(tǒng)在減速段的調(diào)速與爬行問題。第二節(jié)提升機(jī)PLC控制系統(tǒng)簡介減速階段在各種負(fù)載條件下均可嚴(yán)格按照給定的速度圖運行，使交流拖動系統(tǒng)在負(fù)力減速方式下達(dá)到直流拖動系統(tǒng)的調(diào)速性能，提高了提升效率，而且節(jié)能效果十分顯著。第二節(jié)提升機(jī)PLC控制系統(tǒng)簡介（1）裝置采用全數(shù)字交—交變頻器和邏輯無環(huán)流控制技術(shù)，省去有環(huán)流系統(tǒng)的3個換流電抗器，具有體積小、噪音低、空載損耗小等特點。第二節(jié)提升機(jī)PLC控制系統(tǒng)簡介（2）減速段速度調(diào)節(jié)采用低頻發(fā)電制動方式，將系統(tǒng)的動能反饋給電網(wǎng)。與動力制動減速相比，不僅調(diào)速性能好，減速與爬行自然過渡，而且節(jié)能效果顯著。第二節(jié)提升機(jī)PLC控制系統(tǒng)簡介（3）采用現(xiàn)代智能控制技術(shù)實現(xiàn)速度閉環(huán)調(diào)節(jié)，負(fù)力減速階段在各種負(fù)載條件下均可嚴(yán)格按照給定的速度圖運行，使交流拖動系統(tǒng)在減速段已達(dá)到直流拖動系統(tǒng)的調(diào)速性能。第二節(jié)提升機(jī)PLC控制系統(tǒng)簡介（4）由于裝置優(yōu)良的調(diào)節(jié)性能和發(fā)電制動與電動狀態(tài)的自然過渡，不需要進(jìn)行任何主線路的轉(zhuǎn)換，可實現(xiàn)正力減速與爬行、負(fù)力減速與爬行等多種工作方式，在提升系統(tǒng)的最大靜張力差允許范圍內(nèi)均能實現(xiàn)負(fù)力減速，能滿足主、副井提升的所有控制要求。第二節(jié)提升機(jī)PLC控制系統(tǒng)簡介（5）裝置采用多CPU計算機(jī)控制系統(tǒng)，在I/O接口、功能單元、信息存儲和系統(tǒng)總線等多方面采用了容錯設(shè)計。系統(tǒng)具有完善的自診斷功能，通過彩色液晶顯示器可以顯示各種故障信息、速度圖和系統(tǒng)運行參數(shù)等，提高了系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性。第二節(jié)提升機(jī)PLC控制系統(tǒng)簡介4.上位機(jī)監(jiān)控部分基于Windows操作系統(tǒng)，利用VB（VisualBasic編程語言）開發(fā)的提升監(jiān)控軟件，一方面能使計算機(jī)在屏幕上實時動態(tài)反映提升機(jī)系統(tǒng)的所有運行參數(shù)和運行狀態(tài)。第二節(jié)提升機(jī)PLC控制系統(tǒng)簡介如顯示主回路、低壓配電回路、提升系統(tǒng)、速度圖、液壓制動系統(tǒng)、裝卸載系統(tǒng)和故障信息等畫面，能使提升機(jī)操作作業(yè)人員對提升機(jī)的運行狀況一目了然，若發(fā)生故障，提升機(jī)操作作業(yè)人員能及時從監(jiān)視器上了解到故障類型及位置，及時通知維修人員排除故障。第二節(jié)提升機(jī)PLC控制系統(tǒng)簡介另一方面能使計算機(jī)自動診斷出故障類型，計算機(jī)對提升機(jī)進(jìn)行故障診斷時，對系統(tǒng)輸入的所有信號用專業(yè)知識進(jìn)行分析、推理，最后做出正確決策。第二節(jié)提升機(jī)PLC控制系統(tǒng)簡介整個故障診斷邏輯包括推理機(jī)構(gòu)和知識數(shù)據(jù)庫兩大部分。為保證故障診斷結(jié)果的合理與正確，在決策的快速性和抗干擾能力方面做了重點考慮。第三節(jié)提升機(jī)的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)一、變頻器及變頻技術(shù)介紹PLC與變頻器相結(jié)合的變頻調(diào)速，能夠很好地解決傳統(tǒng)交流繞線式電動機(jī)串電阻調(diào)速系統(tǒng)的缺點，變頻調(diào)速是通過改變定子供電頻率來達(dá)到電動機(jī)調(diào)速的目的，能夠滿足提升機(jī)特殊工作環(huán)境的要求，有明顯的節(jié)電效果。第三節(jié)提升機(jī)的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)采用PLC對提升系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)和監(jiān)控，使系統(tǒng)更加安全可靠。變頻調(diào)速系統(tǒng)是提升機(jī)電控系統(tǒng)的發(fā)展方向。根據(jù)變頻調(diào)速原理，在變頻器的控制輸入回路中接入頻率設(shè)定電路，由PLC輸出的模擬量，即電壓或電流信號來控制變頻器的輸出頻率，實現(xiàn)電動機(jī)速度控制。第三節(jié)提升機(jī)的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)為了便于監(jiān)控變頻器的運行狀態(tài)并及時發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)取出變頻器的異常信號送到PLC的輸入模塊，以作為變頻器的事故報警信號及安全制動。第三節(jié)提升機(jī)的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)二、提升機(jī)的變頻調(diào)速拖動系統(tǒng)PLC控制的大功率煤礦提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)由動力裝置、液壓站、變頻器、操作臺和控制監(jiān)視系統(tǒng)組成。第三節(jié)提升機(jī)的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)1.動力裝置動力裝置包括主電動機(jī)、減速器、滾筒、制動器和底座，完成人、物、料的運輸任務(wù)。主電動機(jī)通過減速器向滾筒提供牽引所需的動力。第三節(jié)提升機(jī)的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)2.液壓站液壓站為提升機(jī)提供制動力，停車時先通過液壓站給滾筒施加機(jī)械制動力，再取消直流制動力。提升機(jī)啟動時，先對電動機(jī)施加直流制動，再松開機(jī)械抱閘，防止溜車，以保證系統(tǒng)安全可靠地工作。第三節(jié)提升機(jī)的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)3.變頻調(diào)速器變頻調(diào)速器是動力裝置的能量供給單元，通過它可將輸入工頻電能轉(zhuǎn)換成頻率可調(diào)的電能提供給交流電動機(jī)，以達(dá)到控制交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。第三節(jié)提升機(jī)的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)4.操作臺操作臺設(shè)置2個手把，分別用于速度輔助給定及制動力給定。它是整個煤礦提升機(jī)運輸系統(tǒng)的控制核心，通過它可以設(shè)定系統(tǒng)的工作方式和控制方式。第三節(jié)提升機(jī)的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)可以發(fā)布系統(tǒng)的各種控制命令，以實現(xiàn)對提升機(jī)啟動、加速、平穩(wěn)運行、減速、停車以及緊急制動等各種控制功能。第三節(jié)提升機(jī)的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)5.PLCPLC是系統(tǒng)中關(guān)鍵的一環(huán)，其主要的控制功能有主令操作控制和保護(hù)監(jiān)視控制。第三節(jié)提升機(jī)的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)主令操作控制對系統(tǒng)進(jìn)行管理，實現(xiàn)提升機(jī)與操作臺之間的指令傳遞，向提升系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的指令，并改變相應(yīng)電控系統(tǒng)的工作狀態(tài)，使提升機(jī)按照預(yù)定的力圖和速度圖安全運行。第三節(jié)提升機(jī)的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)運行方式可分為啟動、等速運行、減速、爬行、停車。PLC根據(jù)運行方式對變頻器實現(xiàn)“S”形速度給定控制，實現(xiàn)箕斗運行速度的準(zhǔn)“S”形曲線。第三節(jié)提升機(jī)的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)PLC還完成各種保護(hù)監(jiān)視功能。監(jiān)控內(nèi)容主要包括：超速監(jiān)視、過卷監(jiān)視、實時速度監(jiān)視、井筒過卷監(jiān)視、變頻器故障監(jiān)視、礦車行程監(jiān)視、過載監(jiān)視、深度指示器監(jiān)視等，以上監(jiān)視內(nèi)容出現(xiàn)故障時，通過報警回路報警或安全回路實現(xiàn)抱閘停車保護(hù)。第三節(jié)提升機(jī)的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)6.控制監(jiān)視系統(tǒng)控制監(jiān)視系統(tǒng)是操作人員和控制系統(tǒng)及運輸系統(tǒng)之間的橋梁，它可以在線監(jiān)測提升機(jī)運輸系統(tǒng)的各種工作參數(shù)、工作狀態(tài)、故障參數(shù)和故障狀態(tài)。第三節(jié)提升機(jī)的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)三、變頻調(diào)速后提升機(jī)的工作過程三相電源由隔爆接線腔3個接線柱接入隔爆主腔內(nèi)，大功率變頻器可以將工頻三相交流電經(jīng)過交—直變換之后經(jīng)過逆變器，利用設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行逆變，使得輸出為某一相應(yīng)設(shè)定頻率的交流電來驅(qū)動電動機(jī)的運行。第三節(jié)提升機(jī)的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)在提升過程中，控制提升機(jī)運行的主速度給定“S”形速度曲線由PLC編程產(chǎn)生，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，由模擬量輸出口輸出，以驅(qū)動變頻器工作。對變頻器輸出頻率的調(diào)整控制，也可根據(jù)現(xiàn)場的工況需要，由操作臺速度控制手把以輔助給定的方式進(jìn)行控制。第三節(jié)提升機(jī)的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)編碼器可以檢測主電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，并將此信號傳送給可編程控制器，PLC通過該信號可以累計計算提升機(jī)的行走距離。操作人員通過操作臺向PLC發(fā)送控制提升機(jī)運行的控制命令。第三節(jié)提升機(jī)的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)控制監(jiān)視系統(tǒng)通過與PLC的通信，將電動機(jī)的所有運行參數(shù)和故障參數(shù)都顯示出來，并對礦車的位置及速度進(jìn)行時時監(jiān)控，為操作人員分析、判斷和處理故障提供依據(jù)。第三節(jié)提升機(jī)的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)四、提升機(jī)采用變頻調(diào)速拖動的優(yōu)點變頻調(diào)速控制系統(tǒng)進(jìn)行恒加速變頻調(diào)速啟動、恒減速變頻調(diào)速停車及行程變頻調(diào)速運行等。變頻調(diào)速范圍寬、調(diào)節(jié)精度高，采用變頻調(diào)速后，電動機(jī)可以實現(xiàn)真正意義上的軟啟動和平滑調(diào)速。第三節(jié)提升機(jī)的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)變頻器調(diào)速還可通過軟件很方便地改變輸出轉(zhuǎn)矩和加減速時間、目標(biāo)頻率、上下限頻率等，能夠使提升機(jī)“S”形速度給定很好地得到實現(xiàn)。第三節(jié)提升機(jī)的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)PLC以軟件可編程的方式代替了大量的交流接觸器進(jìn)行控制，克服了轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速系統(tǒng)的控制電路復(fù)雜，破損率高等缺點，提高了電力傳動控制系統(tǒng)的可靠性和安全性。第三節(jié)提升機(jī)的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)另外，憑其強(qiáng)大的控制功能，除能實現(xiàn)一般的過壓、欠壓、過載、短路等保護(hù)外，還設(shè)有連鎖保護(hù)、自動限速保護(hù)功能等，能在很大范圍內(nèi)對提升機(jī)進(jìn)行安全保護(hù)和智能控制，具有很好的應(yīng)用和推廣價值。第四節(jié)提升機(jī)的數(shù)字控制簡介一、數(shù)控提升機(jī)的組成數(shù)控提升機(jī)主要由電控系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、工作系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、信號和操縱系統(tǒng)、指示保護(hù)系統(tǒng)等及其附屬部分組成。它以電動機(jī)為動力源，通過減速器、主軸裝置構(gòu)成了高效的傳動系統(tǒng)和工作系統(tǒng)。第四節(jié)提升機(jī)的數(shù)字控制簡介由液壓站、盤形制動器裝置構(gòu)成了可靠的制動系統(tǒng)；由操縱臺、電氣控制設(shè)備構(gòu)成了完備的控制操縱系統(tǒng)；由深度指示器、測速發(fā)電機(jī)等構(gòu)成了完善的指示、保護(hù)系統(tǒng)。第四節(jié)提升機(jī)的數(shù)字控制簡介二、典型數(shù)控提升機(jī)的結(jié)構(gòu)JKM-4.6×6（III）型大罐籠提升機(jī)采用單容器（罐籠）+平衡錘的提升方式，井筒裝備為剛性組合罐道。第四節(jié)提升機(jī)的數(shù)字控制簡介主軸與電動機(jī)采用直連方式，滾筒直徑為4.6m，導(dǎo)向輪直徑為4.6m，電動機(jī)為2000kW交流雙繞組同步電動機(jī)，提升鋼絲繩根數(shù)6根，間距300mm，直徑48mm，提升罐籠為雙層柔性罐籠，提升機(jī)設(shè)計最大提升速度為8.19m/s。第四節(jié)提升機(jī)的數(shù)字控制簡介提升系統(tǒng)除井筒裝備、提升機(jī)主機(jī)外，還包括電控系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、制動系統(tǒng)和信號及操作系統(tǒng)等幾部分。第四節(jié)提升機(jī)的數(shù)字控制簡介1.電控系統(tǒng)提升機(jī)電控系統(tǒng)采用西門子電控系統(tǒng)，主要有以下4個特點：（1）雙PLC控制系統(tǒng)，一套PLC用于控制與監(jiān)視，另一套主要負(fù)責(zé)監(jiān)視，雙PLC進(jìn)行比較，保證了信號采集的可靠性。第四節(jié)提升機(jī)的數(shù)字控制簡介（2）S7-400+FM458的控制組合，S7-400系列PLC為西門子高端PLC系列，F(xiàn)M458是西門子專門針對某些行業(yè)對自動化和工藝控制要求比較高的場合下而開發(fā)的64位處理器。第四節(jié)