矿井提升机调速控制浅谈

矿井提升机调速控制浅谈

在煤矿生产中，矿井提升机起着非常重要的作用，它是矿山生产的关键设备。提升机电控装置的技术性能，直接影响矿山生产的效率及安全，为此我矿投入大量资金对原提升设备进行了改造。

我矿原提升设备为XKT2×3×1.5B型，减速机型号：ZHLR-150R，电动机功率为：240KW，采用TKD电控系统。这种交流异步电机拖动，是用转子切换电阻调速，由继电器、接触器构成逻辑控制装置。它的显著缺点是：调速性能差，调速时能量要大量消耗在电阻上，给定方式落后，控制精度低，安全保护、闭锁和监测环节不完善，安全可靠性差，维护工作量大，而且运行不经济。由于异步电动机在低速运行时特性曲线软，在次同步状态下无法产生有效的制动力矩，因而难于准确地控制提升机的停车位置。存在调试困难、维护量大的问题。这种电气传动系统设备虽简单，但属于有级调速，机械特性较软。提升机在减速和爬行阶段的速度控制性能较差，特别在负载变动时很难实现恒加减速控制，经常会造成过放或过卷事故。提升机频繁的启动和制动工作过程会使转子串电阻调速产生相当严重的能耗，另外转子串电阻调速控制电路复杂，接触器、电阻器、绕线电机电刷等容易损坏，影响生产效益。还有就是操作者的人为过失和对行程监测的局限性，使得现有保护未能达到预期的效果，一旦提升机的行程失去控制，没有按照给定速度曲线运行，就会发生提升机超速、过卷事故，、车辆的损坏，影响矿井正常生产，甚至造成重大人员伤亡，给煤矿生产带来极大的经济损失。

电气控制方式在很大程度上决定了提升机能否实现平稳、安全、可靠地起制动运行，避免了严重的机械磨损，防止较大的机械冲击，减少机械部分维修的工作量，延长提升机械的使用寿命。随着矿井提升系统自动化，改善提升系统的性能，以及提高提升设备的提升能力等的要求，对电气传动方式提出了更高的要求。对矿井提升机电气传动系统的要求是：有良好的调速性能，调速精度高，四象限运行，能快速进行正、反转运行，动态响应速度快，有准确的制动和定位功能，可靠性要求高等。

为了能满足这种要求，保证提升运输系统的安全运行和节约能源。我矿投入大量资金更换了新型减速机、对原来电控系统进行了改造，采用PLC控制变频调速系统，这种变频调速控制系统能进行恒加速变频调速启动，恒减速变频调速停车及行程变频调速运行等。变频调速范围宽、调节精度高。采用变频调速后，电机可以实现真正意义上的软启动和平滑调速。变频器调速还可通过软件很方便地改变输出转矩(即调整转矩补偿曲线)和加减速时间、目标频率、上下限频率等。它采用了控制功能强大的PLC来代替传统的大型交流接触器，简化了控制线路，并应用各种现场抗干扰措施，包括采用电抗器、空气开关、及RC防浪涌震荡电路等。尤其在软件中采用提升机电控系统中断模块及故障处理模块，使超速报警更加科学合理。为了更直观的显示提升机的工作状态及故障来源，增加了提升机监视控制系统，通过显示器对整个提升系统进行监控。

PLC控制安全保护系统由动力装置、液压站、操作台和控制监

视系统等组成。它以软件可编程的方式代替了大量的交流接触器进行控制，克服了转子串电阻调速系统的控制电路复杂，破损率高能耗大等缺点，具有十分明显的节能效果，提高了电力传动控制系统的可靠性和安全性。另外凭其强大的控制功能，除能实现一般的过压、欠压、过载、短路等保护外，还设有联锁保护、自动限速保护功能等，能在很大范围内对提升机进行安全保护和智能控制，降低了故障和事故的发生。各部分功能如下：

动力装置：包括主电机、减速器、卷筒、制动器，完成人、物、料的运输任务。主电机通过减速器向卷筒提供牵引所需的动力。

液压站：为提升机提供制动力，停车时先通过液压站给卷筒施加机械制动力，再取消直流制动力；提升机起动时，先对电机施加直流制动，再松开机械抱闸，防止溜车，以保证系统安全可靠地工作。

变频调速器：是动力装置的能量供给单元，通过它可将输入工频电能转换成频率可调的电能提供给交流电动机，以达到控制交流电动机转速的目的。

操作台：操作台设置两个手柄，分别用于速度辅助给定及制动力给定。它是整个矿井提升机运输系统的控制核心，通过它可以设定系统的工作方式和控制方式，可以发布系统的各种控制命令，以实现对提升机启动、加速、平稳运行、减速、停车以及紧急制动等各种控制功能。

控制监视系统：是操作人员和控制系统及运输系统之间的桥梁，它可以在线监测提升机运输系统的各种工作参数、工作状态、故障参

数和故障状态。

新型电控系统的中断模块及故障处理模块功能。

电控系统软件主程序其中包括两个主要的功能模块：中断子程序功能模块和故障处理子程序功能模块。主程序完成系统初始化、自检、故障诊断、调速系统控制等工作。

（1）中断子程序功能

当PLC接收到来自传感器、接近开关或变频器故障等外部控制信号时，PLC控制程序转到相应的中断处理程序处，完成超速保护、过卷、过载、松绳等保护及提升机位置、速度监控、变频器故障监控等。当有故障出现时可转到相应的故障处理模块进行进行故障处理，并通过报警回路报警或安全回路实现抱闸停车保护。

（2）故障处理子程序功能

故障处理程序综合来自控制系统外围的故障信息和内部系统监视程序检测到的故障信息，控制系统程序依据故障的不同类型以及提升机当前的运行状态，做出相应处理。同时判断并记录首发故障，便于现场工作人员进行维护，快速地查找和排除故障。

对于轻故障，如果当前提升机处于停车状态，则不允许开车，系统发出报警信号；如果当前提升机处于运行状态，则允许提升机继续运转完成本次提升循环后，再发出报警信号，而且在停车后故障未被排除前禁止开车。

对于较重故障，如果当前提升机处于停车状态，则不允许开车；如果当前提升机处于运行状态，则依靠传动控制系统实现电气制动，

使提升机以正常的减速度减速、停车、抱闸。对于重故障，PLC系统根据故障的分类使快速开关跳闸或高压开关跳闸。如果当前提升机处于停车状态，则不允许开车并跳闸；如果当前提升机处于运行状态，而且故障点位于减速点之前，则首先选择跳闸，再对提升机实施恒减速制动；如果故障点位于减速点之后，则电气跳闸后施以二级制动；如果故障点位于减速点之后且靠近井口，已经来不及进行二级制动，则系统立即实施紧急制动。

新型电控系统和以前相比，可以概括为几方面优点：

（1）提升工艺过程微机控制

在交流变频装置中，提升工艺过程采用微机控制。由于微机功能强，使用灵活，运算速度快，监视显示易于实现，并具有诊断功能，这是TKD控制系统无法实现的。

（2）提升行程控制

提升机的控制从本质上说是一个位置控制，要保证提升车辆在预定地点准确停车，要求准确度高。采用微机控制，可通过采集各种传感信号，如转角脉冲变换、钢丝绳打滑、滚筒及钢丝绳磨损等。将信号进行处理，可计算出容器准确的位置而施以控制和保护。除此之外还提供性能不尽相同的机械行程控制器。一般过程控制用微机作监视，行程控制也采用单独微机完成，从而提高了系统的可靠性。（3）提升过程监视

由于PLC控制变频调速系统的设计特别强调安全可靠性，所以提升过程监视与安全回路一样，是现代提升机控制的重要环节。提升