提升機改造初見

提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)改造方案一、原控制系統(tǒng)與改造后系統(tǒng)對比

目前我礦井提升機采用交流繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方案，用PLC控制可控硅進行速度段切換。

目前提升機電控系統(tǒng)存在的不足：

（1）調(diào)速不連續(xù)，運行中振動大，起動時對電網(wǎng)沖擊大；

（2）啟動電流一般是額定電流的2-3倍，有時會更大，如果加速快，甚至?xí)鹂傞_關(guān)跳閘；

（3）調(diào)速時大量的電能消耗在電阻上，不但浪費嚴(yán)重，也造成工作環(huán)境的惡劣，空間噪聲大；

（4）維修量大。由于有高壓換向器和調(diào)速電阻，特別是高壓換向器，觸點和線圈的更換量較大。再加上目前使用高壓換向器的提升機越來越少，配件也不好購了。（5）隨著交流變頻技術(shù)的發(fā)展和成熟，變頻調(diào)速性能的優(yōu)越性日益顯現(xiàn)。以變頻器為核心的調(diào)速系統(tǒng)，在交流礦井提升機上也越來越多的被采用，徹底改變了沿襲幾十年的交流絞車轉(zhuǎn)子串電阻分級調(diào)速的模式，使提升機獲得平穩(wěn)、安全、可靠的運行狀態(tài)。避免嚴(yán)重的機械磨損，防止較大的機械沖擊，減少機械部分維修的工作量，延長提升機械的使用壽命。采用變頻控制的提升機，基本上可以獲得與直流電機相同的調(diào)速和制動性能。

控制系統(tǒng)、提升機數(shù)字行程控制等系統(tǒng)采用PLC和觸摸屏實現(xiàn)控制、監(jiān)視及人機通訊。確保提升機電控系統(tǒng)具備先進性、可靠性、經(jīng)濟性、精確性、兼容性、高效性等功能特點。

為了確保安全可靠，讓變頻調(diào)速系統(tǒng)與原調(diào)速系統(tǒng)并存，互為備用，隨時可以切換。

二、系統(tǒng)改造總體思路

1）改造必要性

提升機以繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻（金屬或液體電阻）調(diào)速為主。這種串電阻調(diào)速方式，利用控制器或磁力站對串入轉(zhuǎn)子回路中不同阻值的電阻進行組合，達(dá)到調(diào)速目的。但缺陷明顯，主要反映效率非常低，它以增加轉(zhuǎn)差功率的消耗來換取轉(zhuǎn)速的降低。轉(zhuǎn)速越慢，效率越低，大部分功率被轉(zhuǎn)換成熱能而消耗掉。采用變頻調(diào)速方案就能很好地解決這個問題。變頻調(diào)速是通過改變定子供電頻率來達(dá)到電機調(diào)速的目的，無論轉(zhuǎn)速高低，其機械特性基本上與自然機械特性平行，所消耗的轉(zhuǎn)差功率都基本不變，因此效率很高，有著明顯的節(jié)電效果，且調(diào)速的平穩(wěn)性大大提高。在節(jié)能、減少維修、提高產(chǎn)品產(chǎn)量及產(chǎn)品質(zhì)量等方面都取得了明顯的經(jīng)濟效益，是電機調(diào)速的發(fā)展方向。

2）改造方案

為滿足安全生產(chǎn)，系統(tǒng)改造保留了原有的工頻系統(tǒng)，讓變頻調(diào)速系統(tǒng)與原調(diào)速系統(tǒng)并存，互為備用，隨時可以切換。如圖1所示：

圖1工、變頻系統(tǒng)切換控制

高壓提升機系統(tǒng)主回為工頻電源經(jīng)過原工頻操作的換相器接到變頻旁路開關(guān)柜的工頻輸入端子。K1、K2、K3為三臺高壓隔離開關(guān)，為了確保不向變頻器輸出端反送電，K1、K3與K2采用電磁互鎖操動機構(gòu)，實現(xiàn)電氣互鎖。K4為轉(zhuǎn)子側(cè)雙擲開關(guān)，變頻運行時，K4切換到變頻側(cè)，繞線電機轉(zhuǎn)子線圈經(jīng)雙擲開關(guān)K4后處于短接狀態(tài)；工頻運行時，K4切換到工頻側(cè)，繞線電機轉(zhuǎn)子線圈經(jīng)K4接至原調(diào)速電阻裝置。當(dāng)K1、K3閉合，K2斷開，K4切換到變頻側(cè)，電機變頻運行；當(dāng)K1、K3斷開，K2閉合，K4切換到工頻側(cè)，電機工頻運行，此時變頻器從高壓中隔離出來，便于檢修、維護和調(diào)試。如圖2所示：（3）輸入側(cè)結(jié)構(gòu)

輸入側(cè)由移相變壓器給每個單元供電，每個功率單元都承受電機電流、1/10的相電壓、1/30的輸出功率。10個單元在變壓器上都有自己獨立的三相輸入繞組。功率單元之間及變壓器二次繞組之間相互絕緣。二次繞組采用延邊三角形接法，目的是實現(xiàn)多重化，降低輸入電流的諧波成分。

本機中移相變壓器的副邊繞組分為三區(qū)，采用48脈沖整流方式。這種多級移相疊加的整流方式可以大大改善網(wǎng)側(cè)的電流波形，使其負(fù)載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近1，輸入電流諧波成分低。實測輸入電流總諧波成分小于3%。

（4）輸出側(cè)結(jié)構(gòu)

輸出側(cè)由每個單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機供電，通過對每個單元的PWM波形進行重組，可得到如圖5所示的階梯PWM波形。這種波形正弦度好，dv/dt小，可減少對電纜和電機的絕緣損壞，無須輸出濾波器就可以使輸出電纜長度很長，電機不需要降額使用，可直接用于舊設(shè)備的改造；同時，電機的諧波損耗大大減少，消除了由此引起的機械振動。

圖5變頻器輸出的相電壓階梯PWM波形

系統(tǒng)采用三次諧波補償技術(shù)提高了電源電壓利用率，利用了調(diào)制信號預(yù)畸變技術(shù)，使電壓利用率近似于1。同時系統(tǒng)采用先進的載波移相技術(shù)，它的特點是單元輸出的基波相疊加、諧波彼此相抵消。所以串聯(lián)后的總輸出波形失真特別小。多個單元迭加后的理論輸出相電壓波形如圖6所示（圖中是六單元疊加）。

圖6

6個單元輸出迭加后的波形

（5）控制器

控制器核心由高速32位芯片運算來實現(xiàn)，可以保證電機達(dá)到最優(yōu)的運行性能。人機界面提供友好的全中文監(jiān)控和操作界面，同時可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制。PLC控制器用于柜體內(nèi)開關(guān)信號的邏輯處理，以及與現(xiàn)場各種操作信號和狀態(tài)信號的協(xié)調(diào)，增強了系統(tǒng)的靈活性。

控制器及各控制單元板中采用先進的單片機等大規(guī)模集成電路和表面焊接技術(shù)，系統(tǒng)具有極高的可靠性。此外還有一個CPU，負(fù)責(zé)管理LED顯示屏和鍵盤。

另外，控制器與功率單元之間采用多通道光纖通訊技術(shù)，低壓部分和高壓部分完全可靠隔離，系統(tǒng)具有極高的安全性，同時具有很好的抗電磁干擾性能，并且各個功率單元的控制電源采用一個獨立于高壓系統(tǒng)的統(tǒng)一控制器，方便調(diào)試、維修、現(xiàn)場培訓(xùn)，增強了系統(tǒng)的可靠性。

（6）控制電源

提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)控制電源獨立于高壓電源的供電體系，在主電路不通入電壓的情況下，僅通入控制電源，設(shè)備各點的波形與加高壓情況基本相似，給整機調(diào)試、人員培訓(xùn)帶來了很大方便，更大大提高了系統(tǒng)的安全性。

（7）功率單元儲能電容

功率單元內(nèi)部的儲能電容采用的是電解電容。

（8）基本控制

1.交流制動。提升機用變頻器，交流制動對提升系統(tǒng)的安全運行起到重要作用，當(dāng)重車在中間停車時，檢測到停機信號后給控制器發(fā)出信號，讓變頻器由高頻迅速地降到低頻（1Hz左右），給提升機一低頻制動，讓提升機從高速能較快速的降為低速，待PLC檢測到機械制動起作用的信號后，PLC發(fā)出信號讓控制器去掉交流制動信號，使提升機靠機械抱閘裝置停穩(wěn)。啟動時，先對提升機施加一交流制動信號，建立啟動力矩，待檢測到機械抱閘信號后發(fā)出信號給控制器去掉交流制動信號，然后由控制器加上啟動電壓讓提升機開始轉(zhuǎn)動。

2．運行速度的控制。為了減少運行過程中的機械沖擊，在提升機啟動和停止過程中，做到加速度連續(xù)，因不同的頻率，對應(yīng)不同的加減速速率，在本裝置的控制中，將不同頻率時的加減速速率規(guī)劃成一個表格，運行中用查表的方法確定對應(yīng)頻率時的加減速速率，使提升機平滑運行，減少機械沖擊。

3.再生能量通過功率單元來處理，見圖7示：

圖7單元控制框圖

電機處于發(fā)電狀態(tài)，功率單元母線電壓Vbus升高，當(dāng)母線電壓超過電網(wǎng)電壓的1.1倍時，CPU根據(jù)比較器和相位檢測的結(jié)果輸出六路SPWM波形，使逆變塊A中的IGBT工作，通過輸入電感，電動機的再生能量最后通過移相變壓器回饋到電網(wǎng)，裝置充分利用了移相變壓器對諧波的抵消作用，對電網(wǎng)無諧波污染、功率因數(shù)高、控制簡單、損耗小,返回到電網(wǎng)諧波小于5%。

三、技術(shù)方案及特點思路

1）總體技術(shù)方案

整個提升電控系統(tǒng)分為三個部分：全數(shù)字交流變頻調(diào)速系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)；

調(diào)速系統(tǒng)：變頻裝置，回饋能量直接返回電網(wǎng)，完美無諧波，功率因數(shù)接近1。

操作系統(tǒng)采用西門子公司S7-300雙PLC雙線制控制，配網(wǎng)絡(luò)化控制的操縱臺；

監(jiān)控系統(tǒng)采用工控機系統(tǒng)含大屏幕彩色顯示器、彩色打印機；

操作系統(tǒng)-調(diào)速系統(tǒng)-監(jiān)控系統(tǒng)之間通過DP網(wǎng)絡(luò)進行系統(tǒng)通訊及信號交換，該系統(tǒng)硬件配置整潔、功能強大、技術(shù)先進、安全可靠、高效節(jié)能。

2）系統(tǒng)特點：

（1)系統(tǒng)設(shè)計選用的變頻調(diào)速系統(tǒng)功率因數(shù)為>0.95，對電網(wǎng)無諧波污染，為綠色環(huán)保產(chǎn)品，并能在惡劣電網(wǎng)環(huán)境中運行，抗干擾能力強，帶有必須的各種保護功能。低速運行時，不僅輸出額定轉(zhuǎn)矩，而且具有一定過載能力。

（2）采用了全數(shù)字速度、電流、位置閉環(huán)控制使提升機在任意速度下運行穩(wěn)定可靠并保持爬行距離恒定，使提升機具有較高的運行效率。

（3）操作和安全保護系統(tǒng)選用兩套不同配置的Siemens公司的S7-300系列PLC，兩套PLC互為CPU監(jiān)視控制。主輔PLC之間相互通訊及監(jiān)視，操作過程實現(xiàn)雙線控制方式，對提升機運行關(guān)鍵的信號（如速度、容器位置、安全、減速、過卷等等）均采用多重保護，互為監(jiān)視。

（4）PLC操作控制系統(tǒng)能完成提升機手動、半自動、自動（用于主井箕斗提升）、換層、慢動、檢修及緊急控制等各種運行方式的控制要求等。

手動操作：司機根據(jù)信號系統(tǒng)情況，通過速度給定器件（操作手柄）控制提升機在額定速度以下任意速度運行，自動減速、自動準(zhǔn)確停車，同時要受到行程控制器的限制。此操作方式主要用于運送人員、材料和檢修等工作。

半自動操作：在半自動運行邏輯正常時，司機根據(jù)信號系統(tǒng)情況通過按鈕開車，讓提升機完成一個提升循環(huán)，并具開車聯(lián)鎖；具有自動選擇去向，確定運行速度等功能，自動加速、自動減速、自動準(zhǔn)確停車。

自動操作（用于主井箕斗提升）：在自動運行邏輯具備條件時，提升機電控系統(tǒng)根據(jù)信號系統(tǒng)情況讓提升機自動完成一個提升循環(huán)，并具安全聯(lián)鎖；具有自動選擇去向，確定運行速度等功能，自動加速、自動減速、自動準(zhǔn)確停車。

檢修運行：檢修速度：0.3~0.5m/s。檢修時只能手動開車。最大不超過2m/s。

緊急操作：控制及監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)局部故障時，提升系統(tǒng)能用手動應(yīng)急方式(速度限定在2m/s以內(nèi))完成本次提升。

（5）關(guān)鍵環(huán)節(jié)采用三重或多重保護，比如過卷、超速等。多條安全保護回路之間互相冗余，保證礦山設(shè)備的高效、安全運轉(zhuǎn)。

（6）監(jiān)控系統(tǒng)采用PIVCPU臺灣研華產(chǎn)臺式工控機作為上位機，配寸彩色顯示器及彩色打印機，實現(xiàn)多畫面實時監(jiān)控，多參量數(shù)碼及曲線顯示、記錄，各種故障的報警及記錄，所記錄的圖表、曲線多達(dá)30天以上所進行的提升循環(huán)。

（7)各子系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)和信號交換實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化集散控制，使整個系統(tǒng)的外接線大量減少；

（8)針對極端情況下的液壓制動失效，具備主動和被動安全保護相結(jié)合的多重保護措施：

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作為主動安全保護手段之一，可提前發(fā)現(xiàn)事故隱患。采用壓力傳感器對液壓系統(tǒng)的油路情況進行動態(tài)檢測，檢測值進入PLC，并可以在上位機顯示出出油路回油情況，防止因為出油、回油及油路堵塞的情況。

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具有零速電氣安全制動保護功能：作為被動安全保護手段，在滿足《安全規(guī)程》要求的前提下，當(dāng)出現(xiàn)安全制動時，同時具有電氣安全制動功能，在零速電氣安全制動的作用下，提升容器會往較重的方向作脈動式向下滑行。避免故障擴大，最大程度地減小故障損失。

（9)采取必要的硬件、軟件的抗干擾措施如隔離、濾波、合理的結(jié)構(gòu)及布線等，確保整個系統(tǒng)不受電磁干擾、供電電源的干擾，并對其他設(shè)備不產(chǎn)生危害性的干擾；

（10）裝置的過載能力與電動機的過載能力相當(dāng)，整流裝置能滿足四象限運行要求。

（11）整流裝置的功率因數(shù)高于0.95。

（12）經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計，使設(shè)備的性能更加強大，硬件包括接線更加整潔，如原來由繼電器進行隔離的線路均由光隔完成，使繼電器數(shù)目減少到最少的程度。

3）電控系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備的主要特點說明

（1）變頻器

交流制動。本提升機用變頻器，交流制動對提升系統(tǒng)的安全運行起到重要作用，當(dāng)重車在中間停車時，檢測到停機信號后給控制器發(fā)出信號，讓變頻器由高頻迅速地降到低頻（1Hz左右），給提升機一低頻制動，讓提升機從高速能較快速的降為低速，待PLC檢測到機械制動起作用的信號后，PLC發(fā)出信號讓控制器去掉交流制動信號，使提升機靠機械抱閘裝置停穩(wěn)。啟動時，先對提升機施加一交流制動信號，建立啟動力矩，待檢測到機械抱閘信號后發(fā)出信號給控制器去掉交流制動信號，然后由控制器加上啟動電壓讓提升機開始轉(zhuǎn)動。

運行速度的控制。為了減少運行過程中的機械沖擊，在提升機啟動和停止過程中，做到加速度連續(xù)，因不同的頻率，對應(yīng)不同的加減速速率，將不同頻率時的加減速速率規(guī)劃成一個表格，運行中用查表的方法確定對應(yīng)頻率時的加減速速率，使提升機平滑運行，減少機械沖擊。即通常所說的S形加、減速曲線，見圖8。

圖8

速度曲線

再生能量通過功率單元來處理，見圖9示：

圖9單元控制框圖

電機處于發(fā)電狀態(tài)，功率單元母線電壓Vbus升高，當(dāng)母線電壓超過電網(wǎng)電壓的1.1倍時，CPU根據(jù)比較器和相位檢測的結(jié)果輸出六路SPWM波形，使逆變塊A中的IGBT工作，通過輸入電感，電動機的再生能量最后通過移相變壓器回饋到電網(wǎng)，裝置充分利用了移相變壓器對諧波的抵消作用，對電網(wǎng)無諧波污染、功率因數(shù)高、控制簡單、損耗小,返回到電網(wǎng)諧波小于5%。

提升機配用變頻器，直流制動功能對系統(tǒng)的安全運行起重要作用。當(dāng)重車在井筒中間停車時，變頻器由高速平滑地降到低速，隨之施加一直流制動信號使絞車停止，當(dāng)機械制動起作用后方可去掉直流制動信號，使重車靠機械抱閘的作用停在中間。啟動時，先對電機施加一直流制動信號，當(dāng)檢測到機械抱閘打開時，方可去掉直流制動信號，加上啟動電壓，絞車轉(zhuǎn)動。機械抱閘抱緊狀態(tài)一直在變頻器檢測下，一旦機械抱閘打開，馬上給電機施加直流制動信號，確保重車不可能下滑，要絕對避免“溜勾”現(xiàn)象。

（2）低壓電源

雙回路進線，手動切換。給出提升機電控設(shè)備所需低壓電源，包括提升機輔助設(shè)備（液壓站、潤滑站、主電機冷卻風(fēng)機）電源；UPS電源、交流穩(wěn)壓電源等；并且提供備用電源。

（3）可編程控制器（PLC）

主要裝有一套主控S7-300系列PLC及一套電子監(jiān)控器S7-300系列PLC。

主控PLC及電子監(jiān)控器PLC由CPU模板、電源模板、數(shù)字量輸入輸出模板、模擬量輸入輸出模板等硬件組成。

主控PLC主要完成以下功能：

1提升機自動、半自動、手動、檢修等運行方式控制。

手動:當(dāng)信號系統(tǒng)發(fā)出允許開車指令并具備開車條件后，司機可操作指令手柄和制動手柄進行手動開車，使提升機在選定的速度范圍內(nèi)，以任意速度運行、自動減速、自動停車。

半自動:有了開車指令并具備開車條件后，司機操作按鈕開車，提升機按照自動選定的方向和速度，自動加速，自動減速，自動停車。

自動:信號系統(tǒng)發(fā)出允許開車指令并具備開車條件后，提升機按照自動選定的方向和速度，自動加速，自動減速，自動停車，如此循環(huán)。這種方式司機只進行監(jiān)控，不需參與操作。

檢修:手動操作，不受系統(tǒng)選定方向限制，用于檢修鋼絲繩和井筒裝備。運行速度限定在０-1m／s之間。

2各種邏輯控制與聯(lián)鎖。

3故障監(jiān)控與安全保護。

4軟件安全回路（與繼電器冗余）。

5實現(xiàn)測速元件之間的相互監(jiān)視。

6輸出深度顯示信號(數(shù)碼管精指示和發(fā)光二級管粗指示)。

7控制工作閘與安全閘。

8同步校正。

9與上位監(jiān)視計算機通訊。

系統(tǒng)中緊急停車方式有三種:

1立即安全制動。

2先電氣制動后安全制動。

3完成本次提升后，不允許再次開車。

電子監(jiān)控器PLC采用獨立的一套軸編碼器作為位置信號，主要完成以下功能：

1位置控制（以位置為自變量給出“Ｓ”速度給定信號）。

2給出全程速度設(shè)定包絡(luò)線，進行速度監(jiān)控（全行程位置—速度包絡(luò)線監(jiān)控）。

3與主控PLC的位置信號進行比較，兩者相差一定值時，立即安全制動。

4形成軟件安全回路。

5產(chǎn)生減速點等位置信號。

6在主控PLC故障時完成有關(guān)提升控制。

7同步校正。

接口繼電器、硬件保護板件、安全回路控制電器，故障檢測及報警器件等。

主要功能有：

控制電路和保護電路。

實現(xiàn)控制信號與故障信號的隔離與轉(zhuǎn)換。

形成硬件安全電路并與軟件安全電路相互冗余與聯(lián)鎖。

控制工作閘、安全閘。

簡易開車。

（4）上位監(jiān)視計算機

研華工控機，21寸三星液晶彩色顯示器一臺，彩色打印機一臺。

1具有與PLC通訊。

2監(jiān)控軟件實現(xiàn)：

提升系統(tǒng)動靜態(tài)畫面生成（如提升過程動態(tài)，顯示速度動態(tài)曲線(給定與實際)，電樞電流動態(tài)曲線，提升容器位置動態(tài)顯示、可調(diào)閘電流、制動力矩的動態(tài)顯示等）。

具有對提升機系統(tǒng)發(fā)生的輕重故障進行首次故障診斷和保存，保存時間達(dá)10天以上。實現(xiàn)了綜合后備保護功能；能顯示及打印故障發(fā)生的位置、時間、原因以及故障前的有關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)，對深度、速度實時值、提升種類、信號情況進行實時顯示并記錄，相當(dāng)于飛機上的“黑匣子”功能。

生成各類報表、歷史記錄并隨時打印。所有輸出均為中文。

主要畫面有：

a)

系統(tǒng)全貌及介紹

b)

高壓系統(tǒng)圖

c)

低壓供電系統(tǒng)圖

d)

傳動系統(tǒng)圖

e)

液壓系統(tǒng)圖

f)

深度與信號監(jiān)視

g)

安全回路圖

h)

動態(tài)速度圖及力圖（至少保留三幅最新畫面）

i)

生產(chǎn)報表，顯示并打印當(dāng)日、當(dāng)月、全年的提升量。

j)

故障自診斷、故障信息及事件記錄（列表及打印輸出）

（5）編碼器1套

1兩臺軸編碼器信號一路進入主控PLC，一路進入輔控PLC，作為兩路完全獨立的數(shù)字行程監(jiān)控器的位置信號，通過網(wǎng)絡(luò)通訊，兩路數(shù)字監(jiān)控器相互比較、冗余控制，實現(xiàn)速度的包絡(luò)線保護、鋼繩松動、位置閉環(huán)控制，確保數(shù)字監(jiān)控器的準(zhǔn)確、可靠、安全。

2主軸傳動裝置上的測速機用于速度保護，與數(shù)字監(jiān)控器的速度進行比較監(jiān)視進一步確保數(shù)字監(jiān)控器的可靠性。

3傳動系統(tǒng)的速度反饋采用編碼器、測速機雙線制反饋方式。

4數(shù)字監(jiān)控器的位置信號參與系統(tǒng)的位置閉環(huán)控制，并在操作臺上及上位計算機上進行深度及速度顯示。

5數(shù)字監(jiān)控器的位置誤差由裝于井筒中的磁性開關(guān)進行雙碼同步校正，確?？刂萍帮@示精度達(dá)到1cm以內(nèi)。

（6）井筒開關(guān)

1機械限位開關(guān)用于過卷、停車點。

2磁性開關(guān)用于減速點、同步校正、停車。

（7）司機操作臺

輔控PLC除了具備電子數(shù)字監(jiān)控器的功能外，操縱臺上需要從PLC輸入、輸出口進行接線的，均從輔控PLC就近接線，輔控PLC安裝在操作臺臺體內(nèi)，并與主控PLC進行網(wǎng)絡(luò)通訊，各種信號線通過通訊電纜完成，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化控制。操作臺上裝有指示燈、儀表、選擇開關(guān)、按鈕、聲響設(shè)備、數(shù)字深度指示器等，能實現(xiàn)提升機運行的各種控制工藝的要求。

輔控PLC由主機架、電源板、CPU板、通訊板、高速計數(shù)板、模擬量I/O板、數(shù)字量I/O板等模板組成。有獨立的安全保護環(huán)節(jié)，與主控PLC互相監(jiān)視，協(xié)同工作。

儀表主要顯示的內(nèi)容：罐位數(shù)字深度指示器及柱式模擬深度指示、制動油壓、可調(diào)閘電流、高壓電源電壓等。

1組合指示燈的內(nèi)容包括：提升機運行狀態(tài)指示、信號指示和安全狀態(tài)指示兩大類。

2選擇開關(guān)及按鈕包括：運行方式選擇開關(guān)、過卷復(fù)位開關(guān)、自鎖式緊急制動按鈕、半自動開車按鈕、實驗按鈕（或開關(guān)）等。

3重要的操作信號和成組的報警信號均在操作臺上的信號板顯示出來，保證在沒有圖形顯示系統(tǒng)的情況下，仍然可以操作。

四、安全保護

1）安全保護分為三類：

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第一類，嚴(yán)重故障，立即斷開安全回路實施安全制動；第二類，較嚴(yán)重故障，先減速到1m/s后實施安全制動，但如果發(fā)生第一類故障立即實施安全制動；第三類為輕故障，允許一次開車，本次運行結(jié)束后不維修好不能再次開車；

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第一類嚴(yán)重故障包括：等速過速、限速過速、包絡(luò)線超速、爬行段超速、高低壓電源故障、過流、變頻器故障、錯向、PLC故障、過卷、急停操作、網(wǎng)絡(luò)通訊故障、搖臺（或閘門、安全門）在運行中落下或打開、2只測速元件同時損壞、井筒開關(guān)失靈、主回路失壓、速度比較錯誤、殘壓高等等；

l

第二類重故障包括：機械深度指示器失效、鋼繩滑動保護、編碼器位置偏差過大、制動油路故障（油壓過高、堵塞）、閘瓦磨損、主回路過壓或欠壓等等；

l

第三類輕故障：1只測速元件損壞、潤滑溫度高、潤滑油壓高/低、彈簧疲勞、閘盤偏擺等等。

2）系統(tǒng)具備的安全保護

1等速過速：在全速段運行時，出現(xiàn)電機失控，絞車速度超過全速時的115％時安全回路動作；

2低速過速：在減速段運行時，絞車未能按照設(shè)計要求減速，并超過給定速度10％時安全回路動作；

3過卷保護：當(dāng)罐籠超過停車點0.5米時安全回路動作；

4松繩保護：在出現(xiàn)罐籠卡滯或其它因素造成鋼絲繩松弛下墜時安全回路動作；

5深指失效：亦即斷軸保護，當(dāng)機械深度指示器機械傳動機構(gòu)出現(xiàn)斷裂、卡滯故障不能正確指示罐籠實際位置時安全回路動作；

6閘瓦磨損：當(dāng)盤形制動器因長期運行磨損嚴(yán)重，危害到絞車制動安全時安全回路動作；

7彈簧疲勞：當(dāng)盤形制動器因長期處于較高油壓壓制，反復(fù)伸縮造成彈簧疲勞，彈簧彈力不足，危害到絞車制動安全時安全回路動作；

8滿倉保護：該保護適用于有稱量裝置的箕斗提升設(shè)備，當(dāng)裝在物超出設(shè)計最大承載量時安全回路動作；

9欠電壓、過負(fù)荷：當(dāng)主回路電壓過低或負(fù)載過重產(chǎn)生大電流，對電機產(chǎn)生危害時安全回路動作；

10手柄錯向：當(dāng)選定絞車運行方向與司機操作方向不一致時安全回路動作；

11反轉(zhuǎn)錯向：當(dāng)負(fù)荷過重造成絞車轉(zhuǎn)動方向與控制轉(zhuǎn)動方向相反時安全回路動作；

12溜車保護：當(dāng)拖動電機未上電，而出現(xiàn)絞車松閘自由滑行時安全回路動作；

13定點過速：當(dāng)罐籠運行之井口時，其出井口速度大于2m/S時安全回路動作；

14通訊故障：當(dāng)雙主機PLC通訊出現(xiàn)故障，不能正確交換數(shù)據(jù)時安全回路動作；

15液壓站過壓：當(dāng)液壓站壓力失控，造成壓力過大對系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響時安全回路動作；

16測速故障：測速機與軸編碼器相互監(jiān)視，當(dāng)這兩種測速元件有一種出現(xiàn)故障時安全回路動作；

17離心開關(guān)保護：作為等速超速的機械機構(gòu)保護，當(dāng)離心開關(guān)因轉(zhuǎn)速過高而動作時安全回路動作；

五、上位機組態(tài)設(shè)計

（1）上位機的主要功能

對提升機的運行狀態(tài)實現(xiàn)多畫面實時監(jiān)控，對狀態(tài)、故障做到準(zhǔn)確顯示和實時報警，具備齊全的人機對話及記錄顯示功能，畫面上能直觀了解到提升機運行的實時工況，發(fā)生故障時能自動彈出故障界面，并引起司機注意。具有歷史記憶和故障記錄功能。所有報警和操作信號，能在顯示器顯示。實現(xiàn)提升全過程的位置、速度監(jiān)控。

（2）上位機有如下顯示功能

①

提升速度數(shù)字顯示，

②

容器位置數(shù)字顯示；

③

液壓站油壓顯示；

④

提升勾數(shù)顯示；

⑤

提升方向顯示；

⑥

安全回路狀態(tài)顯示；

⑦

檢修畫面顯示；

⑧

提升容器位置柱狀圖顯示；

⑨

提升速度實時曲線圖、速度保護包絡(luò)曲線圖顯示；

10歷史故障查詢顯示；

11

操作方式顯示。

圖2高壓提升機系統(tǒng)改造主回路接線圖

另外，為了保證安全，變頻器高壓聯(lián)跳信號和上一級的高壓斷路器也實現(xiàn)互鎖，變頻器高壓連跳串入上一級高壓斷路器的脫扣線圈，變頻器出現(xiàn)故障時，上一級的高壓斷路器斷開，實現(xiàn)高壓故障連跳功能。

（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖3，由移相變壓器、功率單元和控制器組成。具有30個功率單元，每10個功率單元串聯(lián)構(gòu)成一相，圖3中給出了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示例。

圖3高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（2）功率單元電路

每個功率單元結(jié)構(gòu)上完全一致，可以互換。其主電路結(jié)構(gòu)為圖4。三相電通過整流橋進行三相全橋方式整流，整流后給儲能電容充電，確定母線電壓。通過對逆變塊B中的IGBT逆變橋進行正弦PWM控制實現(xiàn)單相逆變。當(dāng)電機進入發(fā)電狀態(tài)后，逆變塊B中的二極管完成續(xù)流外，又起全波整流作用，使能量能夠轉(zhuǎn)移到濾波電容中，結(jié)果母線電壓升高，達(dá)到一定程度后，啟動逆變塊A，進行SPWM逆變，通過輸入電感，返回到移相變壓器的次極，通過變壓器將能量回饋到電網(wǎng)。

（3）系統(tǒng)具有如下畫面

1系統(tǒng)主畫面

2安全回路畫面

3狀態(tài)指示畫面

4報警畫面

5參數(shù)設(shè)定畫面

6故障記錄畫面

7速度曲線畫面

8時鐘校準(zhǔn)畫面

9歷史故障查詢畫面

六、新系統(tǒng)與原系統(tǒng)的經(jīng)濟技術(shù)比較

1）技術(shù)性能

變頻調(diào)速屬無級調(diào)速，閉環(huán)控制，調(diào)速范圍大，調(diào)速精度高，爬行速度易控制，重物下放操作時易操作，安全性能好，對提升機等相關(guān)機械設(shè)備在運行和停止過程中沖擊比較小。電阻調(diào)速屬有級調(diào)速，開環(huán)控制，調(diào)速精度低，爬行速度不易控制。重物下放操作時，需動力制動與轉(zhuǎn)子電阻配合操作，全憑司機的經(jīng)驗和感覺，很難準(zhǔn)確控制，安全性能差對提升機等相關(guān)機械設(shè)備在運行和停止過程中沖擊比較大。

2）間接效果

（1）變頻系統(tǒng)無需原電控調(diào)速用的交流接觸器及調(diào)速電阻，提高了系統(tǒng)的可靠性，改善了操作人員的工作環(huán)境，使噪音及室溫降低。

（2）調(diào)速連續(xù)方便，連續(xù)平滑調(diào)節(jié)。

（3）實現(xiàn)了低頻低壓地軟起動和軟停止，使運行更加平穩(wěn)，機械沖擊小。

（4）啟動及加速過程沖擊電流小，加速過程中最大電流不超過1.3倍的額定電流，提升機在重載下從低速平穩(wěn)無級平滑的升至最高速，沒有大電流出現(xiàn)，減小了對電網(wǎng)的沖擊。

（5）采用回饋制動技術(shù)，成功解決了位能負(fù)載在快速減速或急停時的再生發(fā)電能量處理問題，保證了變頻器的安全運行。

（6）采用變頻控制后，可采用原繞線式電機，不需要作任何改動。

3）節(jié)電性能

串電阻調(diào)速裝置在減速和重物下放時需投入動力制動，消耗外加直流電源功率，并將電動機的再生能量消耗在轉(zhuǎn)子電阻上。而四象限變頻調(diào)速裝置在減速和重物下放操作時，能自動地將電動機的再生能量反饋至供電電網(wǎng)，實現(xiàn)再生反饋制動，節(jié)電效果明顯。采用變頻調(diào)速裝置較串電阻調(diào)速裝置省電35％以上。

網(wǎng)側(cè)變流器實行PID控制，對網(wǎng)側(cè)交流電流的大小和相位進行實時檢測并控制，使輸入電流與電源電壓保持同相位，使系統(tǒng)的功率因數(shù)總接近等于1，功率因數(shù)COSФ>0.95。這樣就提高了功率因數(shù)，減少了無功消耗，此項可節(jié)約電能15％左右。

4）絞車保護

變頻調(diào)速裝置本身具有過壓、欠壓、過流、過負(fù)荷、缺相、超溫等保護，同時可選配數(shù)字式深度監(jiān)視器，可實現(xiàn)絞車過卷、過速、減速、限速等重要保護的雙線制保護功能，滿足安全規(guī)程要求。

轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速裝置，無電動機過負(fù)荷、缺相、超溫保護，無限速、自動減速功能，對過卷和超速只有單一保護功能。

轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速裝置內(nèi)的鼓形控制器、正反向接觸器通過電流大，又頻繁動作，觸點易燒損；電阻發(fā)熱量大、接頭多、易氧化或接觸不良而發(fā)熱，所以維護量極大。

變頻調(diào)速裝置采用無觸點控制，電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)采用計算機控制，加上變頻調(diào)速裝置的功率器件及控制計算機模件均采用進口產(chǎn)品，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良可靠，維護量極低。

5）維護方面

變頻調(diào)速裝置＋PLC及上位機控制，技術(shù)先進、制造工藝嚴(yán)格，屬于邏輯控制，動作接點很少，基本屬于免維護產(chǎn)品。

TKD系統(tǒng)主要靠繼電器和接觸器來操作提升機的運行，動作接點多，邏輯過程比較繁瑣，很容易產(chǎn)生故障點，維護比較麻煩。

七、結(jié)束語

通過理論測，提升機在使用變頻調(diào)速后，節(jié)電率在30-40%左右，且控制質(zhì)量大為提高，實現(xiàn)無級調(diào)速。同時由于電動機不再需要頻繁地起動和停止，不必再由繼電器、接觸器進行控制，使整個系統(tǒng)的壽命大為延長。實現(xiàn)軟停和軟起，消除了電動機硬起動過程中對電網(wǎng)的沖擊。另外操作簡便，省時省力。

礦用絞車?yán)@線電機改用變頻調(diào)速方式后，系統(tǒng)具有一定的節(jié)電效果，更重要的是具有柔性化控制，使系統(tǒng)的性能大大提高和機械部份壽命延長的同時使提升機獲得平穩(wěn)、安全、可靠的運行狀態(tài)。參考文獻(xiàn)

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[8]曾毅等著，《變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計與維護》，山東科學(xué)技術(shù)出版社，19993．2關(guān)注機電設(shè)備維修的具體工作要根據(jù)設(shè)備的結(jié)構(gòu)、性能和特點從制定出日檢內(nèi)容、要求和注意事項，對機電設(shè)備的檢查可分為日檢和定期檢查。檢查方法可分為感覺、經(jīng)驗性檢查和用儀器等科學(xué)手段進行檢測，機電設(shè)備大修、中修、小修要根據(jù)機電設(shè)備的具體情況分步驟進行。

4控制機電設(shè)備故障的預(yù)防措施

4.1加強職工安全技術(shù)培訓(xùn)，提高職工安全技術(shù)素質(zhì)。對各類機電操作人員上崗前要經(jīng)過技術(shù)培訓(xùn)，考試（包括現(xiàn)場操作）合格，頒發(fā)合格證，人人持證上崗，按章操作，嚴(yán)禁無證上崗。要做到“三懂”“四會”，即：懂設(shè)備原理，設(shè)備構(gòu)造，設(shè)備性能；會使用，會維修保養(yǎng)，會檢查，會排除故障。使用設(shè)備切忌超負(fù)荷運轉(zhuǎn)。工作環(huán)境要清潔衛(wèi)生，溫度、濕度合適，有適當(dāng)場地和空間。特別對采、掘工作面流動設(shè)備認(rèn)真落實包機責(zé)任制。

4.2加強設(shè)備的日常維修保養(yǎng)，確保設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。安裝設(shè)備必須按照技術(shù)說明書（或規(guī)程）規(guī)定的程序、方法和要求進行，安裝的全過程所有數(shù)據(jù)都要有詳細(xì)的記錄，安裝完畢要嚴(yán)格驗收，驗收合格后方能移交使用。機電設(shè)備維修人員要樹立強烈的事業(yè)心、責(zé)任感，做到眼勤、嘴勤、手勤，即：勤觀察、勤說話、勤維修，發(fā)現(xiàn)問題，及時處理解決。同時，必須對設(shè)備進行經(jīng)常性的維護保養(yǎng)。實行日常與定期維護保養(yǎng)相結(jié)合，對設(shè)備進行徹底的清洗、注油、干燥、防銹等技術(shù)處理，掌握設(shè)備的運行狀況和磨損程度，針對發(fā)現(xiàn)的問題及時采取措施。對大型固定設(shè)備，執(zhí)行班、日、周（旬）、月檢查制度；對采、掘、開拓等移動設(shè)備，執(zhí)行兩班生產(chǎn)，一班檢修。綜采工作面要實行班、日、旬檢查制，并堅持三班生產(chǎn)、一班檢修、班班維護制度。

4.3對各類機電事故認(rèn)真分析，使職工受到教育。對于發(fā)生的機電事故，無論時間長短、性質(zhì)輕重、責(zé)任大小，都要認(rèn)真組織技術(shù)人員和當(dāng)事人按照“事故責(zé)任倒查法”詳細(xì)分析事故原因和找出責(zé)任者，嚴(yán)格考核，獎罰兌現(xiàn)。對于事故當(dāng)事人要進行思想教育，使其心服口服，吸取教訓(xùn)受到教育，制定并落實切實可行的防范措施，杜絕類似的事故發(fā)生。

4.4保證必要的設(shè)備資金投入，以較為先進和節(jié)電節(jié)能新型現(xiàn)代化機械設(shè)備來代替原來的陳舊設(shè)備。組織技術(shù)人員對設(shè)備進行改造，降低環(huán)境噪聲污染和耗電較多的設(shè)備，來提高設(shè)備的性能和效率。利用集體學(xué)習(xí)和自主學(xué)習(xí)等方式提高全員綜合素質(zhì)，利用經(jīng)濟獎勵和績效考核機制帶動職工的學(xué)習(xí)積極性，利用技術(shù)比武、師帶徒、星級評定等措施檢驗學(xué)習(xí)成效，為機電設(shè)備事故率的降低和企業(yè)“以人為本、安全發(fā)展”的目標(biāo)實現(xiàn)奠定堅實的基礎(chǔ)。

5結(jié)語

總之，隨著我國大型煤炭基地的建設(shè)和老礦區(qū)的技術(shù)改造，如今的煤礦生產(chǎn)告別了過去粗放型和勞動力密集型的生產(chǎn)方式，大型的機電液一體化裝備大量的應(yīng)用于煤礦生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，改變傳統(tǒng)單一簡單的設(shè)備維修管理模式，將先進的維修思想和技術(shù)應(yīng)用到設(shè)備維護中，可以將設(shè)備的故障率和額外折舊率及設(shè)備維修成本降至最低，而將整個生命周期中設(shè)備的可用性和可靠性增至最高。

參考文獻(xiàn)

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[2]北京開采研究所.地下開采現(xiàn)代技術(shù)理論與實踐新進展[M].北：煤炭工業(yè)出版社.2007.議礦山機電設(shè)備的檢修及技術(shù)改造2011-04-0207:45:00作者：admin來源：瀏覽次數(shù)：10網(wǎng)友評論0條

摘要：隨著煤礦機電設(shè)備的應(yīng)用技術(shù)不斷提高，對煤礦企業(yè)對設(shè)備的維修與改造技術(shù)也提出了更高的要求。所以做好__煤礦設(shè)備管理工作的前提就是對機電設(shè)備的維修與技術(shù)改造，總之，煤礦企業(yè)要想在競爭力巨大的市場上站穩(wěn)腳，就要加強對于煤礦機電設(shè)備的檢修與技術(shù)改造。

關(guān)鍵詞：機電設(shè)備,檢修,技術(shù)改造

1加強煤礦機電設(shè)備技術(shù)的基礎(chǔ)工作

1.1建立健全煤礦機電設(shè)備管理制度

在煤礦企業(yè)生產(chǎn)過程中，機電設(shè)備關(guān)系到礦井的每一個方面，而且對機電設(shè)備的管理工作量也很大，所以在煤炭企業(yè)要建立一套健全的機電管理制度。這樣對于機電設(shè)備的檢查人員來說，就可以做到有章可循、有法可依，能夠保證煤礦生產(chǎn)安全有序的進行。

1.2建立完善煤礦機電管理機構(gòu)

煤礦企業(yè)中要建立完善的設(shè)備管理體系，主要是分層管理，各負(fù)其責(zé)，相互協(xié)調(diào)，共同完成對煤礦機電的管理工作，所有設(shè)備管理人員都要嚴(yán)格按照設(shè)備管理制度和工作要求，隨時對設(shè)備的使用，維修情況及設(shè)備的技術(shù)狀況進行檢查，確保設(shè)備正常運轉(zhuǎn)。

1.3加強煤礦機電設(shè)備的監(jiān)管力度

加強煤礦機電設(shè)備的監(jiān)管力度主要是為了調(diào)動個生產(chǎn)單位和基層管理人員的積極性，從而保證設(shè)備的完好率、待修率、事故率，達(dá)到有關(guān)規(guī)定的目標(biāo)，主要是通過將各項技術(shù)指標(biāo)分配到各個生產(chǎn)單位和基層單位，實行評比制度。為保證各項制度的落實，各單位要設(shè)置專職設(shè)備管理人員，他們主要是對井下設(shè)備進行管理，實行分片管理制度和分級管理制度，上級領(lǐng)導(dǎo)隨機對井下設(shè)備進行檢查，若發(fā)現(xiàn)機電設(shè)備存在故障或者安全隱患，但專職管理員沒有發(fā)現(xiàn)，這樣就對專職管理員進行處罰，并責(zé)令整改。若專職管理人員發(fā)現(xiàn)了問題，并向上級匯報了相關(guān)問題，但管理部門沒有及時處理解決，則對相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)部門進行處罰并責(zé)令整改，這樣使大家從中吸取教訓(xùn)，可以使得事故發(fā)生率降到最低。

2逐步的完善安全管理系統(tǒng)

2.1采用統(tǒng)籌兼顧的方法抓住重點

煤礦機電設(shè)備的安全運行，在煤礦的井下生產(chǎn)的特殊環(huán)境中，對安全管理系統(tǒng)有很高的要求。因為煤礦中存在著提升、運輸、通風(fēng)、排水、供電和壓氣等系統(tǒng)。為了能夠使得煤礦安全生產(chǎn)，我們要針對礦井的一些薄弱環(huán)節(jié)采取相應(yīng)的措施，建立一套完整的設(shè)備檢測系統(tǒng)和安全制度，比如安全責(zé)任制。

2.2加強安全意識

加強安全意識，主要要做好兩方面的工作：第一方面，整治、培訓(xùn)安全檢查員的安全意識。由于