煤礦提升絞車電控系統(tǒng)的三次技術(shù)革新

1、.PAGE ：.；PAGE 7煤礦提升絞車電控系統(tǒng)的改良陳 樂(lè) 平甘肅華亭煤電股份公司東峽煤礦 甘肅 華亭 744100摘 要 本文經(jīng)過(guò)對(duì)煤礦提升絞車電控系統(tǒng)技術(shù)革新的回想，論述了我國(guó)科學(xué)技術(shù)日新月異的開(kāi)展和科技在推進(jìn)企業(yè)開(kāi)展中的宏大作用。主題詞 絞車電控 技術(shù)革新概 述 絞車是礦井的大型設(shè)備之一，也是煤礦一切設(shè)備中獨(dú)一需求調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備，它擔(dān)負(fù)著煤礦人員與設(shè)備資料的提升。最早的絞車電控系統(tǒng)是KKX或TKD電控系統(tǒng)，由于它在當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件下可以滿足絞車的調(diào)速要求，因此得到了非常廣泛的運(yùn)用，好多煤礦至今仍沿用這種控制系統(tǒng)。下面以斜井提升絞車TKD電控系統(tǒng)為例來(lái)簡(jiǎn)單引見(jiàn)這種控制系統(tǒng)的調(diào)速原理及運(yùn)用

2、。(一)調(diào)速原理依公式n = no 60f(1 - s)/p，異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有變頻f、變級(jí)p和變轉(zhuǎn)差率s三種方法，由于當(dāng)時(shí)變頻調(diào)速尚未問(wèn)世，而采用變級(jí)調(diào)速構(gòu)造太煩瑣，太復(fù)雜，普通不采用。運(yùn)用最多的是變轉(zhuǎn)差率s調(diào)速的方法，TKD控制系統(tǒng)就是采用這種方法進(jìn)展調(diào)速的。它是在繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串接可切換的電阻，以電流為主附加時(shí)間校正為原那么來(lái)改動(dòng)轉(zhuǎn)差率實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速的繼電器接觸器控制系統(tǒng)，其控制原理如圖1所示。(二)系統(tǒng)組成高壓開(kāi)關(guān)柜：用來(lái)提供高壓電源；高壓換向器：電機(jī)換向用；主電機(jī)：為提升設(shè)備的提供源動(dòng)力；主令控制器：由司機(jī)操作，用來(lái)切換電阻用以調(diào)速；測(cè)速發(fā)電機(jī)：提供與主電機(jī)速度成正比的直

3、流電壓，為限速設(shè)備提供電源；直流發(fā)電機(jī)或可控硅整流安裝：動(dòng)力制動(dòng)電源；制動(dòng)油泵和光滑油泵電動(dòng)機(jī)：制動(dòng)和光滑用；電阻箱：附加在異步電機(jī)轉(zhuǎn)子回路，用來(lái)調(diào)理電機(jī)轉(zhuǎn)速；繼電器屏：包括加速交流接觸器和直流繼電器等，以電流和時(shí)間為原那么，用來(lái)切換電阻。(三)電氣回路主回路 包括交流拖動(dòng)主回路和動(dòng)力制動(dòng)主回路兩部分。平安回路 是平安接觸器AC線圈所在的回路，是按照的規(guī)定由主令控制器零位閉鎖觸頭、制動(dòng)手把閉鎖觸頭、限速和過(guò)速繼電器觸頭、監(jiān)視繼電器的常開(kāi)觸頭、過(guò)卷開(kāi)關(guān)及過(guò)卷恢復(fù)開(kāi)關(guān)、閘瓦磨損開(kāi)關(guān)等觸頭串連而成。當(dāng)提升機(jī)正常的任務(wù)形狀被破壞時(shí)，其相應(yīng)的繼電器或開(kāi)關(guān)動(dòng)作，斷開(kāi)平安回路，其平安電磁鐵動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)緊急平安

4、制動(dòng)。測(cè)速回路 提升機(jī)必需按照設(shè)計(jì)的速度運(yùn)轉(zhuǎn)，一旦發(fā)生超速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，有能夠呵斥平安隱患。為了符合提升速度要求，防止超速運(yùn)轉(zhuǎn)，在TKD控制系統(tǒng)中設(shè)置了電氣測(cè)速回路，回路中的直流他激測(cè)速電機(jī)由主電機(jī)經(jīng)三角皮帶傳動(dòng)，其電壓與其轉(zhuǎn)速成正比，反響了提升機(jī)實(shí)踐運(yùn)轉(zhuǎn)速度?？刂苹芈?由加速電流繼電器、時(shí)間繼電器、加速接觸器和主令控制器等元件組成，用來(lái)實(shí)現(xiàn)以電流和時(shí)間為控制信號(hào)以電流為主附加時(shí)間校正的自動(dòng)控制過(guò)程。輔助回路 控制提升機(jī)的輔助設(shè)備，如制動(dòng)油泵、光滑油泵電機(jī)等，并給信號(hào)、照明和平安電磁鐵供電。(四)TKD電控系統(tǒng)的動(dòng)作原理及任務(wù)過(guò)程簡(jiǎn)介斜井提升絞車最常用的控制方法有兩種：提升和下放物料時(shí)采用正力加速等

5、速運(yùn)轉(zhuǎn)正力減速的方法；下放人員時(shí)采用腳踏動(dòng)力制動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)的方法，其機(jī)械特性如圖2所示。正力加速等速運(yùn)轉(zhuǎn)正力減速這個(gè)階段是由司機(jī)操作主令控制器，時(shí)間繼電器1SJ8SJ、加速接觸器1JC8JC自動(dòng)交替切換電阻實(shí)現(xiàn)的，提升機(jī)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程是沿著1、2、3、4、5、6、7、8、A點(diǎn)逐漸加速，直至穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)于最大速度A點(diǎn)，這時(shí)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的力矩與提升機(jī)負(fù)載力矩相等。等速階段，提升機(jī)沒(méi)有任何轉(zhuǎn)換和操作。電動(dòng)機(jī)的停頓過(guò)程與起動(dòng)過(guò)程相反。腳踏動(dòng)力制動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)按此方式運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，提升機(jī)脫離高壓電網(wǎng)，而是在電機(jī)的定子回路接入兩相直流電源由直流發(fā)電機(jī)或可控硅整流安裝提供，轉(zhuǎn)子回路串入八段電阻，由司機(jī)踩動(dòng)腳踏動(dòng)力制動(dòng)開(kāi)關(guān)，改動(dòng)自整

6、角機(jī)的轉(zhuǎn)角調(diào)理激磁電流來(lái)控制提升機(jī)速度。(五)TKD電控系統(tǒng)的缺陷由TKD電控系統(tǒng)的組成、調(diào)速特性曲線以及控制過(guò)程不難看出，該控制系統(tǒng)存在以下缺陷：運(yùn)用繼電器、接觸器繁多，控制電路復(fù)雜，缺點(diǎn)點(diǎn)多，缺點(diǎn)率高，維護(hù)難度大。由于運(yùn)用了大量的直流或交流繼電器或接觸器，機(jī)械和電磁噪聲大。系統(tǒng)組成復(fù)雜，占用空間大。調(diào)速過(guò)程中的轉(zhuǎn)矩及速度脈動(dòng)大，故調(diào)速特性差。調(diào)速過(guò)程中產(chǎn)生大量的轉(zhuǎn)差功率，并耗費(fèi)在轉(zhuǎn)子回路，使轉(zhuǎn)子發(fā)熱，所以電耗大，不節(jié)能，調(diào)速經(jīng)濟(jì)性較差。起動(dòng)電流大，起動(dòng)力矩小，加減速階段的加速度較大，機(jī)械沖擊大。調(diào)速范圍小，控制精度低、平安可靠性差。TKD控制系統(tǒng)的這一缺陷，引起了有關(guān)制造廠家和專家的注重，

7、他們開(kāi)場(chǎng)針對(duì)以上課題展開(kāi)了廣泛的研討。九十年代中期，隨著自動(dòng)控制等技術(shù)的成熟和開(kāi)展，以PLC替代繼電器以及外圍電路、可控硅無(wú)觸點(diǎn)調(diào)速安裝替代交流接觸器的新一代電控設(shè)備終于在焦作華飛公司誕生，它的問(wèn)世大大簡(jiǎn)化了原提升系統(tǒng)，使絞車的控制超著簡(jiǎn)單化和智能化邁進(jìn)了一大步。目前，隨著控制技術(shù)、電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速開(kāi)展，好多廠家曾經(jīng)研制出高壓變頻調(diào)速安裝并將其勝利運(yùn)用于煤礦絞車控制系統(tǒng)。下面就煤礦提升絞車電控系統(tǒng)的技術(shù)革新過(guò)程作一綜述。一、PLC技術(shù)在煤礦提升絞車電控系統(tǒng)的勝利運(yùn)用(一)PLC概述可編程控制器PLC是60年代末在美國(guó)首先出現(xiàn)的，最初研制和運(yùn)用它的目的是用來(lái)取代繼電器，

8、以執(zhí)行邏輯判別、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能?？删幊炭刂破魇菍ｉT為工業(yè)控制運(yùn)用而設(shè)計(jì)的一種通用控制器，是一種以微處置器為根底，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、通訊技術(shù)和傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)而開(kāi)展起來(lái)的新型工業(yè)控制安裝，具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、編程容易、體積小、運(yùn)用靈敏方便、抗干擾才干強(qiáng)、可靠性高等一系列優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)在工業(yè)消費(fèi)的許多領(lǐng)域，如冶金、機(jī)械、電力、石油、煤炭、化工、輕紡、交通、食品、環(huán)保、輕工、建材等工業(yè)部門得到了廣泛的運(yùn)用，曾經(jīng)成為工業(yè)自動(dòng)化控制的三大支柱之一。二絞車電控采用PLC的優(yōu)勢(shì)簡(jiǎn)化了系統(tǒng)。PLC與傳感器等器件配合后，完全替代了原TKD控制系統(tǒng)中的時(shí)間繼電器、磁放大器、自整角機(jī)、測(cè)速度發(fā)電

9、機(jī)等部件，因此，減化了控制系統(tǒng)，減少了缺點(diǎn)點(diǎn)，使維護(hù)變得簡(jiǎn)單易行。可靠性高，抗干擾才干強(qiáng)?？删幊炭刂破魇菍楣I(yè)控制而設(shè)計(jì)的，在硬件和軟件電路設(shè)計(jì)方面都采用了屏蔽、濾波、隔離、缺點(diǎn)診斷和自動(dòng)恢復(fù)等措施，使可編程控制器具有很強(qiáng)的抗干擾才干，其平均無(wú)缺點(diǎn)時(shí)間到達(dá)35104h以上。編程直觀、簡(jiǎn)單?？删幊炭刂破魇敲嫦蛴脩?、面向現(xiàn)場(chǎng)，思索到大多數(shù)電氣技術(shù)人員熟習(xí)電氣控制線路的特點(diǎn)，其編程所用的梯形圖言語(yǔ)與繼電器原理圖相類似，籠統(tǒng)直觀，易學(xué)易懂。順應(yīng)性好?？删幊炭刂破魇墙?jīng)過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)控制的，當(dāng)控制要求發(fā)生改動(dòng)時(shí)，只需修正程序配置，組成規(guī)模不同、功能不同的控制系統(tǒng)即可，順應(yīng)才干非常強(qiáng)。添加了控制的科技含量。目

10、前的可編程控制器具有數(shù)字量和模擬量的輸入輸出、邏輯和算術(shù)運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制、通訊、人機(jī)對(duì)話、自檢、記錄和顯示等等功能，使設(shè)備控制程度大大提高。二、可控硅無(wú)觸點(diǎn)加速接觸器及真空接觸器的運(yùn)用我們知道，TKD電控系統(tǒng)的高壓換向器、線路接觸器、加速接觸器等全采用的是大功率的空氣式交流接觸器用于線路及電阻切換，這些元件存在的一個(gè)共同缺陷就是電磁及機(jī)械噪聲大、構(gòu)造復(fù)雜、易損壞不可靠。經(jīng)過(guò)多年的研討和探求，焦作華飛公司終于研制出高壓真空換向器和可控硅調(diào)速安裝，很好地處理了這一問(wèn)題。1、高壓真空接觸器的運(yùn)用。用高壓真空接觸器替代原空氣式高壓換向器、線路接觸器，并采用現(xiàn)場(chǎng)總線方式接納主控臺(tái)PLC發(fā)出的操

11、作指令，實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的正反向切換和正常運(yùn)轉(zhuǎn)控制。該接觸器以真空作為滅弧介質(zhì)，因此具有主電路電弧不外露、分?jǐn)嗖鸥纱蟆Ⅲw積小、分量輕、壽命長(zhǎng)、低噪聲和平安可靠等優(yōu)點(diǎn)。 2、可控硅調(diào)速安裝的研制運(yùn)用。該安裝利用了可控硅(SCR)的開(kāi)關(guān)特性，巧妙地替代了原系統(tǒng)的空氣式交流接觸器，同時(shí)采用現(xiàn)場(chǎng)總線方式接納主控臺(tái)PLC發(fā)出的操作指令，實(shí)現(xiàn)主電機(jī)轉(zhuǎn)子回路外接電阻的切換，其切換原理如圖3所示。該安裝有以下優(yōu)點(diǎn)：無(wú)觸點(diǎn)控制，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，無(wú)噪音；優(yōu)良的動(dòng)、靜特性；構(gòu)造簡(jiǎn)單，運(yùn)用維護(hù)方便。三、高壓變頻調(diào)速安裝的運(yùn)用礦山提升絞車經(jīng)過(guò)對(duì)控制電路的改造，減化了系統(tǒng)，降低了噪聲，維護(hù)方便，同時(shí)添加了系統(tǒng)的科技含量。但其機(jī)械特性

12、及調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性等性能目的并沒(méi)有改動(dòng)。隨著控制技術(shù)、電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速開(kāi)展，一種數(shù)字、節(jié)能、智能化的絞車調(diào)速控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，那就是高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。 1、高壓變頻原理隨著通用變頻器技術(shù)的日新月異和快速開(kāi)展，高壓大功率變頻調(diào)速安裝也不斷地成熟起來(lái)，原來(lái)不斷難于處理的高壓?jiǎn)栴}，近年來(lái)也隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的迅猛開(kāi)展得到了很好的處理。高壓變頻器類型和拓?fù)錁?gòu)造比較多，但原理和功能大同小異。根據(jù)有無(wú)直流環(huán)節(jié)將高壓變頻器分為兩大類：無(wú)直流環(huán)節(jié)的變頻器，即交交變頻器和有直流環(huán)節(jié)的變頻器稱為交直交變頻器，其中直流環(huán)節(jié)采用大電感以平抑電流脈動(dòng)的變頻器稱為電流源型變頻器；直流環(huán)

13、節(jié)采用大電容以抑制電壓動(dòng)搖的變頻器那么稱為電壓源型變頻器，煤礦提升絞車普通多采用IGBT單元串聯(lián)型變頻器。由于受功率器件IGBT或GTO耐壓的限制，高壓變頻器運(yùn)用了電壓疊加技術(shù)，輸出電壓由假設(shè)干個(gè)低壓?jiǎn)卧?lián)而成，每個(gè)單元相當(dāng)于一個(gè)常壓變頻器，完全利用了通用變頻器的成熟技術(shù)和功率器件。各個(gè)功率單元由隔離變壓器的二次線圈分別供電，可以很方便地得到不同電壓等級(jí)的輸出，而不受功率器件耐壓的限制。其功率單元及系統(tǒng)原理如圖3、圖4所示。2、變頻調(diào)速提升機(jī)的控制優(yōu)勢(shì)真正實(shí)現(xiàn)了絞車的無(wú)機(jī)調(diào)速，可以實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)的高效延續(xù)調(diào)速控制，使絞車在加減速階段運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，具有良好的機(jī)械性能。軟啟動(dòng)軟停車，減小了機(jī)械沖擊

14、, 在啟動(dòng)、加速換檔及減速階段不會(huì)對(duì)電網(wǎng)呵斥沖擊，可以進(jìn)展高頻度的起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。模塊化、智能化設(shè)計(jì)，維護(hù)簡(jiǎn)單，排除缺點(diǎn)容易。系統(tǒng)簡(jiǎn)化，占用空間小。絞車變頻控制系統(tǒng)取消了原老系統(tǒng)的加速接觸器、電阻箱、高壓換向器、低頻電源安裝、動(dòng)力制動(dòng)安裝、測(cè)速安裝、繼電器屏等設(shè)備，系統(tǒng)僅由高壓開(kāi)關(guān)柜、高壓變頻器、主控臺(tái)PLC、數(shù)字式主令控制器等很少的幾部分組成，且只需求普通鼠籠型異步電機(jī)即可。全中文界面，顯示操作直觀，交互性好。變頻器四象限運(yùn)轉(zhuǎn)，在絞車下放階段向電網(wǎng)回饋能量，實(shí)現(xiàn)電氣制動(dòng)，提高了運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性。由于運(yùn)用了普通的鼠籠式電機(jī)，因此節(jié)省了原系統(tǒng)電阻部分的轉(zhuǎn)差功率耗費(fèi)。同時(shí)在絞車下放階段向電網(wǎng)回饋能量，節(jié)能效

15、果非常明顯。據(jù)測(cè)算，絞車實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速后，其節(jié)能效果提高30%40%。容易實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)切換，無(wú)需任何換向安裝。適用范圍廣。目前，高壓防爆變頻調(diào)速絞車已勝利運(yùn)用于煤礦井下。直接轉(zhuǎn)矩控制，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)速度和轉(zhuǎn)矩的準(zhǔn)確控制。結(jié) 論 高壓變頻控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，使絞車的機(jī)械性能發(fā)生了質(zhì)的飛躍，是絞車控制實(shí)際的一個(gè)艱苦突破。但是由于受功率單位耐壓的限制，目前必需采用均壓疊加技術(shù)才得一實(shí)現(xiàn)，而且在軟件控制方面的技術(shù)并不非常成熟，因此它的開(kāi)展尚有一定的空間。隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的日益成熟，高壓變頻器將朝著大功率，小型化，輕型化，直接器件高壓和無(wú)傳感器控制等方向開(kāi)展。到那時(shí)，煤礦絞車的控制將會(huì)變

16、得更加完美。Coal-mine improving winches ,the third technological innovationof the electron control systemLeping ChenThe Dongxia coal-mine,Gansu Huating coal & electricity joint-stock company Huating 744100 ChinaAbstracts: Through a review of a coal mine improving winches and the technological innovation of the electron control system,the article elaborates the science and