PLC和高压变频器在矿井提升机中的应用

摘 要：针对传统提升机采用转子串电阻的调速方式存在的问题，采用PLC与高压变频器相结合的控制方案对原有电控系统进行改造，提高了整个电控系统安全可靠性、控制精度及调速性能。
关键词：PLC；变频器；提升机
一、传统矿井提升机控制系统现状和问题
　　矿井提升机是矿山生产的关键设备。目前，我国绝大部分矿井提升机调速采用绕线型异步电动机转子串电阻的交流调速系统（以TKD－A为代表），这些提升机都是20世纪60年代到70年代的产品，存在以下问题：系统功率因数低，启动电流及切换电流冲击大，设备运行不平稳，易引起电气及机械冲击；控制线路复杂，工作稳定性和可靠性差，缺乏故障诊断功能，排查故障困难；转子回路串接金属电阻，消耗电能造成能源浪费，且发热严重致使工作环境恶化；电机滑环接触不良，易引起设备故障，维护工作量及费用高；另外该系统的电气控制部分均采用板式结构，体积大、运行噪声高，且所有接线端柱裸露在外，对运行安全造成极大的危害，因此，对该类型电控调速系统进行改造升级是非常必要的。
二、提升机控制系统技术方案比较
　　目前，国内矿用提升机调速系统有直流调速系统和交流调速系统两种。
　　以晶闸管整流设备为基础的直流调速系统的谐波污染严重，功率因数低，且目前大部分煤矿现有提升机配用的是交流异步电动机。如采用直流调速系统，需将现有提升电机更换为直流电机，相应增加改造成本，而直流电机较交流电机故障率高，维护工作量大且费用高。因此，对电控调速系统进行改造升级不建议采用直流调速系统。
　　以PLC＋高压变频器为核心的交流调速技术已比较成熟且在部分单位取得了较好的运行效果，该装置主要由高压开关柜、移相变压器、变频功率单元柜及控制柜组成，可实现正转、反转、牵引、电制动等功能，完全满足提升所需要的四象限运行的负载调速需要。
　　下面以某公司JTDK-GBP交流提升机高压变频电控装置为例，对此项技术做简单介绍。本装置由JTDK-PC-ZKT主控台和JTDK-GBP-H高压变频调速柜两部分构成。主控台具有结构紧凑、功能强大、保护完善、维修简单的特点。该设备采用技术先进、性能可靠的可编程序控制器作为核心控制器件，以及该公司自行研制的YTX-2型语音报警板、CL-2型电流检测模块、ZL－2型全数字主令控制器、JXZ-2型全数字机械闸和KD-03型可调闸模块等多项高性能专利产品构成。该主控台可满足矿井提升机的全部控制要求和保护功能。采用彩色液晶触摸屏，丰富、灵活、直观、形象地显示提升机的各类运行参数，专门为使用、维护人员设计的提升机系统关键控制点故障显示，能够为现场排除故障提供直观信息，方便了设备的日常维护。
　　JTDK-GBP-H高压变频调速柜由移相隔离变压器柜、功率单元柜和控制柜三部分组成。设备采用了矢量控制、功率单元串联叠波、有源逆变、能量回馈等多项先进技术，形成了具有动态响应快、低速运行转矩大的电动机驱动特性。能将6kV/l0kV高压进线直接加到变频调速柜的移相变压器原边，通过变压器移相后的二次绕组分别为各功率单元提供电源。这种供电方式有效地消除了由功率单元所引起的大部分谐波电流，确保设备满足电网的运行要求。各功率单元串联叠波后，输出高压直接驱动高压电动机，确保输出电流波形为几近完美的正弦波，有效地削弱了dv/dt对电动机绝缘的影响。由于采用光纤作为控制信号的传输介质，有效地改善了设备运行的可靠性和抗干扰能力。
　　装置的工作过程如下： JTDK-PC-ZKT主控台接收开车信号后，同时推动工作闸和主令控制器，提升机开始松闸，加速运行。推动工作闸后，松闸信号经可编程控制器处理后使工作闸GZJ线圈接通，KT线圈得电，线圈通过的电流随工作闸开启的角度成比例增大，提升机顺利松闸。主令控制器推离零位后，经过可编程控制器的运算发出4～20mA（与主令离开零位的角度成比例） 的控制信号作为高压变频器的输入给定，高压变频器按主控台发出的给定，按设定要求输出对应频率和电压驱动电动机加速运行。随着高压变频器输出频率由0Hz至50Hz的升高，提升机按设定的运行曲线加速进入等速段，当提升容器运行至减速点时，主控台通过给定信号控制变频调速柜按规定要求减速运行，此时变频调速柜输出频率由50Hz按要求逐渐降为5Hz左右，提升机从等速阶段进入减速段运行。当速度降到设定的速度时，提升机进入到低速段运行，并保持该速度运行。当提升容器运行到卸载位置时，主控台检测到容器到位信号后，工作闸回路断电抱闸，控制变频调速柜停止输出，至此完成一次提升过程。
　　装置按《煤矿安全规程》的要求设有深度指示失效、接近停车位置的限速、过卷、滑绳、反转、失流、减速段限速、等速段限速、制动油过压、闸瓦磨损、松绳、速度监视、制动油超温、润滑油超压欠压、煤位、变频调速柜的轻重故障等保护功能。系统能根据故障发生时刻容器所在位置，控制提升机的信号、运行方向、运行速度，必要时实施紧急制动或二级制动，确保设备的安全运行。
　　国内已有数十家煤矿使用了此套装置，从运行情况看，改造后的电控系统与传统的电控系统相比具有如下特点：系统具有更完善的软硬件保护环节；提升操作系统能够实现调绳、手动、半自动、全自动运行；除常规的保护外，还具有深度指示器断轴（断线） 保护、减速点后备保护、错向保护、给定方向记忆保护、二级制动解除保护、减速段超速保护、自动换向等功能；制动电源装置能实现脚踏制动、速度及电流闭环及满足各种载荷所需的制动力矩；系统能实现提升机运行全过程的自动监控，对提升机运行过程中的参数及可能危及提升机正常运行的设备进行监测，并具有故障显示、报警功能；具有和上位机通信的接口，实现远程诊断和数据采集功能；维护工作量比原系统减少了40%，耗电量减少了20%～30%，节能效果显著。电控系统结构简单、应用灵活、编程方便、运行稳定可靠，大大提高了提升机的安全运行，减少维护工作量，缩短了提升时间，提高了生产效率。
三、结束语
　　从目前各种不同的技术改造方案的对比来看，PLC＋高压变频器的交流调速技术方案是提升机电控系统改造的优选方案。采用PLC＋高压变频器的交流调速技术的新型电控系统已较成功地应用于矿井提升实践，并取得了较好的运行经验，克服了传统电控系统的缺陷。
参考文献：
[1] 蒋宏民. PLC技术在我国矿井交流提升系统中的应用研究[J].冶金矿山设计与建设，1998，30 （4） ：18-29.
[2] 谭波，李燕林，谭冠政. 变频调速在矿井提升机中的应用[J].电器工业，2005 （4） : 52-53.
[3] 郭月英. 采用PLC控制方式的矿井提升机电控系统[J]. 科技情报开发与经济，2005，15 （16） ：240-241.

声明：本网站所收集的部分公开资料来源于互联网，转载的目的在于传递更多信息及用于网络分享，并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责，也不构成任何其他建议。本站部分作品是由网友自主投稿和发布、编辑整理上传，对此类作品本站仅提供交流平台，不为其版权负责。如果您发现网站上所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题，请第一时间告知，我们将根据您提供的证明材料确认版权并按国家标准支付稿酬或立即删除内容，以保证您的权益！联系电话：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn。