矿井提升机电控系统的技术改造

1、矿井提升机电控系统的技术改造 摘要：矿井提升机承担着向井下输送工作人员以及矿石等任务,每天的工作量十分繁重。我国矿井提升机电控多数采用转子串电阻调速方式，这类电控系统缺点较多。为了提升矿井提升机的运行可靠性，矿井提升机的电控系统采用PLC控制进行了改造。改造后的提升机电控调速系统与原有交流电机串电阻调速方式相比，调速性能大为提高，而且安全性、可靠性和生产效率都有所提高。关键词：矿井提升机；电控系统；PLC；改造引言：对于矿井提升机的电控系统来讲，不但要满足复杂的操作，还必须保证很高的可靠性。目前，我国矿井提升机普遍采用的是电机转子回路串电阻调速系统，通过逐级切断串入的电阻，来达到分级调速的目的

2、。这种调速方法属于功率消耗型调速系统，耗电量较大；而且这种调速系统的控制性能不够理想，还会给电网造成很大的谐波影响。对传统的提升机调速进行改造迫在眉睫，由于变频调速的调速特性很好，过渡过程非常平稳，而且节能效果明显。因此，将变频调速技术、可编程控制器（PLC）技术应用到提升机电控系统当中，是保证提升机安全稳定运行的必然选择。一、电控系统存在的不足和改造趋势1.1电机串电阻调速方式的缺点电机转子回路串电阻调速方法是通过分合串联在转子回路多级电阻,也就是调整异步电动机的转差率来进行调速的。这种调速方法操作比较简单，投资较少,同时也存在很多弊端：如功率因数较低，有谐波污染。在提升机反复的启动以及制动

3、的工作过程当中，电机转子串联电阻进行调速也会产生很大的能量损耗，同时由于启动和换挡时会有电流的冲击，也会产生一定的谐波污染,不但造成了电能的浪费而且会危害设备的安全。另外这种调速方法调速范围十分有限，特别是当负载波动时较难实现恒定的减速控制。电机的正转反转控制由接触器完成且电机存在滑环等因素，控制电路会随着元件的磨损，工作特性变差，控制精度降低，容易出现故障。调速平滑性差，提升机在减速和爬行阶段的速度控制性能差，会对钢丝绳等其它机械设备造成不可避免的机械冲击。1.2电控系统中调速控制的趋势从交流电机的转速公式可以看出，通过改变电源的频率，就可以实现交流电机的调速。这种调速方法和转子侧串联电阻来

4、进行调速相比，变频调速具有非常大的优势:如电能的利用率高,功率因数几乎达到1,对装有AFE变频器的电控系统还可以在重物下放过程中势能转化成的电能返回系统,具有较高的电能利用效率,而且对电网电流没有谐波污染。变频调速系统还具有启动时转矩大,启动和加速时所需电流较小,所以对电网和设备的冲击性小。可以实现提升机的无级调速、恒定加速或者恒定减速制动,可以较好的预防提升机发生过卷、过放事故。由于变频调速启动和加减速制动十分平稳,减小了对钢绳的机械冲击,延长了钢绳的寿命。变频调速控制电机和绕线式电机比,其体积较小,结构很简单,电机没有换相器件,无需特殊维护等。老式电控中的继电器单元由PLC来替代,减少了速

5、度继电器和方向继电器等的使用,控制线路得到了简化。而且PLC软件控制可方便的实现堵转,编码器的等速过速,对编码器的深度值进行比较以及错向等功能,使得电控系统的安全性和可靠性很大的提高。随着节约能源作为企业生产发展的必然要求,日益成熟变频调速装置其价格的也会逐渐降低,变频调速与PLC控制在矿井提升机电控系统中将会得到十分广泛的使用。二、提升机电控系统改造原则和方案在保证系统功能及安全性的前提下,充分利用现有设备，降低改造成本。提升机电控为交流绕线电机串电阻调速方式,随着矿石供应的紧张及井下生产规模的扩大,原提升机和电控系统已不能满足生产需要故对其进行了技术改造。电控系统主要由传动、控制和供电部分

6、等组成，原理如图1所示。图1 提升机电控原理图三、提升机电控系统改造3.1传动部分的改造变频器选用ABB公司的ACS800系列,该变频调速器是多处理器、模块化的控制系统,选用直接转矩的控制方式,额定电压为690V,功率因数接近1,变频器的效率为96%左右, 在150%负载情况下过载运行时间为5分钟, 在200%负载情况下过载运行时间为1分钟,具有良好的性能,在不同矿井的提升机中已经多处运用。全数字变频调速系统的电机控制模块是以微处理软件为基础，微处理器依据检测到的信号、参数的整定值、I/O控制模块的信号以及来自控制面板的命令来对电机加以控制。电机控制模块向控制电机的集成电路专用发出信号,计算出

7、开关管IGBT的开关时刻,驱动电路发出信号信号来驱动开关管IGBT动作。控制面板作为用户和变频器的连接桥梁,用户可以通过控制面板来对一些参数进行设置,也可以从中读取数据或者发出指令。控制面板如果装在外边，可以通过电缆和变频器连接。3.2控制部分的改造为了满足提升机的可靠性和安全性要求，系统使用了西门子2台PLC分别作为主控PLC和监控PLC。主控PLC的功能主控PLC的功能，执行操作进程,生成开车和方向信号；控制提升机完成各种运行状态；对提升机的机械部分、液压和电气方面进行检测、如果有故障存在则发出报警和保护。对发生过卷或者超速等严重故障，采用软硬件多重保护预防；构成硬件安全和软件安全,两部分

8、相互冗余,互相闭锁；控制提升机的液压制动系统里的工作闸和安全闸；发生故障时控制保护和闭锁动作。系统各个部分发出的保护信号输入到主控PLC当中, PLC将信号进行分析处理后生成立即动作、终端动作和报警3种,送到监视器端显示故障的类型，控制声光进行报警，系统报警同时动作。监控PLC功能监控器是由PLC、轴编码器和井筒开关组成。轴编码器把提升机连接的钢丝绳速度与行程的位置变换成电信号送入监控PLC当中,监控PLC将已经设置好的一些行程参数以及轴编码器输入的信号综合起来进行逻辑运算,生成控制信号，给定提升机速度。为了减少启动和制动过程造成的机械冲击,提升控制精度,给定的加速、减速信号为曲线,减速段的控

9、制是通过PLC运算来保证减速段速度为固定值,保证停车点位置不变。监控PLC与主控PLC之间通过工业总线进行通讯，两台PLC之间不但有软件的互联，也有硬件上面的连锁，实现对速度和位置等重要信号互相监视，并且对深度显示器的各种动作元件和井筒开关等形成冗余控制。3.3供电部分改造6 kV供电采用六面KGS1型高压两路进线开关柜，可以供两台提升机同时进线,并且装有机械和电气互锁,确保两台开关柜的断路器不会同时合上；主整流变压器为变频器主回路供电，辅助变压器为提升机的低压系统提供电源，PT柜供测量和保护使用，另外一路备用。柜内安装电压、电流、失压、过流等各种继电保护。直流屏选择60AH,为高压开关柜提供

10、电源,设置备用电源,当发生停电时,系统自动切到备用的电源。电控系统改造之后，解决了原来控电系统存在的问题，提高了系统的安全性，降低了维修的强度，使提升机的起动和加减速过程更加平稳，达到了平滑调速，降低了对钢绳和机械设备的冲击，消除了电机起停时产生的冲击电流给电网造成的影响，节能效果非常明显。下表为林西矿业公司四号井提升机改造后用电和节电的数据，节电效果非常明显。到2011年4月份止总共节电248.5KW.h，平均每个月节电31.06KW.h，平均每年可以节省电费200万元以上。提高了企业的经济效益，达到了节支降耗，节能减排的目的。2010年8月到2011年4月改造前后的用电量和节电量（8月份改造）月份891011121234用电量(kw.h)44.824.721.419.78.45.86.41112.5节电量(kw.h)020.123.425.136.43938.433.832.3四、总结变频调速与转子串电阻调速和直流调速相比,在技术和性能上确实具有先天的优势，它不仅可以有效节电，而且还能适应更为复杂的工作环境，提高煤矿工程的可靠性和安全性。总之，成熟的新技术值得我们在实际工作中借鉴使用，以最大程