1 引言

　　位于濟(jì)寧市范圍內(nèi)的大小煤礦，針對(duì)礦井立井提升機(jī)原先在運(yùn)行實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行深入的分析研究，在相關(guān)單位的幫助下成功地采取變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行改造和完善，有效保障礦井提升機(jī)的安全運(yùn)行。

　　2 提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

　　我國(guó)很多煤礦主提升機(jī)仍在使用繞線電動(dòng)機(jī)串電阻進(jìn)行起動(dòng)和調(diào)速，控制方式多為T(mén)KD型電控系統(tǒng)。根據(jù)國(guó)家安全監(jiān)管總局、國(guó)家煤礦安監(jiān)局安監(jiān)總煤裝[2008]49號(hào)文對(duì)TKD型提升機(jī)電控系統(tǒng)淘汰的要求，位于濟(jì)寧市微山縣的山東省微山湖礦業(yè)集團(tuán)有限公司崔莊煤礦對(duì)礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行變頻升級(jí)。

　　2.1原有提升機(jī)電控系統(tǒng)的不足

　　調(diào)速不連續(xù)，起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)沖擊大;啟動(dòng)電流為額定電流2～3倍甚至更大，如果加速快就會(huì)引起總開(kāi)關(guān)跳閘;調(diào)速時(shí)大量電能消耗在電阻上，不但浪費(fèi)嚴(yán)重也造成工作環(huán)境惡劣，空間噪聲大;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(diǎn)和線圈更換量大， 而且使用高壓換向器的提升機(jī)越來(lái)越少，配件購(gòu)買(mǎi)越來(lái)越困難; 該礦主提升機(jī)速度為8. 4m/s， 運(yùn)行速度較高造成井筒裝備、提升容器特別是滾動(dòng)罐耳的維護(hù)量和消耗量很大。

　　2.2變頻升級(jí)改造的必要性

　　以變頻器為核心的調(diào)速系統(tǒng)越來(lái)越多被用在交流礦井提升機(jī)上，徹底改變交流提升機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻分級(jí)調(diào)速的模式，使提升機(jī)獲得平穩(wěn)、安全、可靠的運(yùn)行狀態(tài);避免嚴(yán)重的機(jī)械磨損，防止較大的機(jī)械沖擊和電動(dòng)機(jī)起動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，減少機(jī)械部分維修的工作量，延長(zhǎng)提升機(jī)械的使用壽命，采用變頻控制的提升機(jī)基本上可以獲得與直流電動(dòng)機(jī)相同的調(diào)速和制動(dòng)性能;控制系統(tǒng)、提升機(jī)數(shù)字行程控制等系統(tǒng)采用PLC控制、監(jiān)視及人機(jī)通訊，確保提升機(jī)電控系統(tǒng)具備先進(jìn)性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、精確性、兼容性、高效性等功能特點(diǎn);通過(guò)原控制系統(tǒng)與改造后系統(tǒng)對(duì)比可知，系統(tǒng)變頻升級(jí)非常必要。

　　2.3控制系統(tǒng)變頻升級(jí)的總體技術(shù)方案

　　為滿(mǎn)足生產(chǎn)和提升系統(tǒng)的可靠性，系統(tǒng)改造保留原有的電阻調(diào)速系統(tǒng)，讓變頻調(diào)速系統(tǒng)與原調(diào)速系統(tǒng)并存，原系統(tǒng)作為備用，隨時(shí)可以切換;在速度方面，主提升機(jī)擬采用6.6m/s(根據(jù)《煤礦電工手冊(cè)》第三分冊(cè)表1-1-1， 2JK-2.5/11.5提升機(jī)速度為8.2m/s、6.6m/s、5.5m/s 三種);提升量的控制方面，該礦的主提升機(jī)現(xiàn)速度下每鉤提升時(shí)間77s左右，改造后通過(guò)對(duì)變頻器起動(dòng)和減速的坡度控制，采用6 .6m/s也可達(dá)到同樣提升時(shí)間的提升量不變。

　　2.4控制系統(tǒng)變頻升級(jí)前后的經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較

　　①技術(shù)性能。原系統(tǒng)電阻調(diào)速屬有級(jí)調(diào)速，調(diào)速精度低、爬行速度不易控制。重物下放操作時(shí)全憑司機(jī)的經(jīng)驗(yàn)和感覺(jué)，很難準(zhǔn)確控制，對(duì)提升機(jī)等相關(guān)機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行和停止過(guò)程中沖擊較大。變頻調(diào)速屬無(wú)級(jí)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，重物下放時(shí)易操作，安全性能好，對(duì)提升機(jī)等相關(guān)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行和停止過(guò)程中沖擊較小。

　?、陂g接效果。變頻系統(tǒng)無(wú)需原電控調(diào)速用的交流接觸器及調(diào)速電阻，提高系統(tǒng)可靠性，噪音及室溫降低，改善工作環(huán)境;調(diào)速連續(xù)方便，調(diào)節(jié)連續(xù)平滑;實(shí)現(xiàn)低頻低壓軟起動(dòng)和軟停止，運(yùn)行更加平穩(wěn)，機(jī)械沖擊小;起動(dòng)及加速過(guò)程沖擊電流小，提升機(jī)在重載下從低速平穩(wěn)無(wú)級(jí)平滑升至最高速，沒(méi)有大電流出現(xiàn)，減小對(duì)電網(wǎng)的沖擊;采用回饋制動(dòng)技術(shù)，成功解決負(fù)載在快速減速或急停時(shí)的再生發(fā)電能量處理問(wèn)題，保證變頻器的安全運(yùn)行;采用變頻控制后可采用原繞線式電動(dòng)機(jī)，不需作任何改動(dòng)。

　?、酃?jié)電性能。串電阻調(diào)速時(shí)大量能量通過(guò)電阻消耗， 產(chǎn)生大量的無(wú)用熱量散發(fā)掉。四象限變頻調(diào)速裝置在減速和重物下放操作時(shí)，能自動(dòng)將電動(dòng)機(jī)的再生能量反饋至供電電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)再生反饋制動(dòng)，節(jié)電效果明顯。

　?、芴嵘龣C(jī)保護(hù)。變頻調(diào)速裝置本身具有過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、過(guò)負(fù)荷、缺相、超溫等保護(hù)，同時(shí)可選配數(shù)字式深度監(jiān)視器，實(shí)現(xiàn)提升機(jī)過(guò)卷、過(guò)速、減速、限速等重要保護(hù)的雙線制保護(hù)功能，滿(mǎn)足安全規(guī)程要求。

　?、菹到y(tǒng)維護(hù)。煤礦提升機(jī)變頻調(diào)速裝置加PLC及上位機(jī)控制，技術(shù)先進(jìn)、制造工藝嚴(yán)格，屬于邏輯控制，動(dòng)作接點(diǎn)很少，基本屬于免維護(hù)產(chǎn)品。

　　3 交流變頻電控裝置在煤礦立井提升機(jī)應(yīng)用

　　位于濟(jì)寧市微山縣的棗莊礦業(yè)(集團(tuán))公司高莊煤礦和中國(guó)礦業(yè)大學(xué)信電工程學(xué)院通過(guò)對(duì)交流變頻電控裝置在提升機(jī)應(yīng)用的原理、組成、配置分析，在多方調(diào)研的基礎(chǔ)上，利用KTDK-PC-BPG型礦井提升機(jī)交流變頻電控對(duì)該礦井原先的TKD電控系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，并且取得圓滿(mǎn)成功，為老式提升機(jī)電控裝置的改造提供了范例。

　　3.1提升機(jī)交流變頻工作原理

　　礦井提升機(jī)在運(yùn)行時(shí)，負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩。提升機(jī)加速、減速的過(guò)程中，為了縮短過(guò)渡過(guò)程，在電動(dòng)機(jī)強(qiáng)度和電動(dòng)機(jī)溫升等條件允許的條件下，采用矢量控制的方式，讓電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生足夠大的加速度或制動(dòng)轉(zhuǎn)矩， 即可使電動(dòng)機(jī)保持輸出恒定的最大力矩。當(dāng)提升機(jī)上提時(shí)，主控制臺(tái)上2 臺(tái)PLC(主控機(jī)和監(jiān)控機(jī))給變頻器發(fā)出加速、等速、變速、減速、爬行、停車(chē)的指令，變頻器按照PLC發(fā)出的指令工作，輸出不同頻率的電壓供給提升機(jī)電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)做加速、等速、減速和停轉(zhuǎn)等工作， 實(shí)現(xiàn)提升機(jī)幾個(gè)階段的運(yùn)行。同時(shí)，為了保證不同狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)有足夠大的力矩，變頻器根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算，預(yù)先輸入工作參數(shù)和電動(dòng)機(jī)匹配。在提升機(jī)下降或者減速的過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)以發(fā)電狀態(tài)運(yùn)行，其產(chǎn)生的三相交流電經(jīng)過(guò)逆變部分全橋PWM整流， 使變頻器內(nèi)部中間的直流環(huán)節(jié)直流電壓升高。當(dāng)直流電壓達(dá)到使制動(dòng)單元打開(kāi)的狀態(tài)時(shí)，再生制動(dòng)單元功率開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，電流流過(guò)制動(dòng)電阻。由制動(dòng)電阻將再生能量轉(zhuǎn)換成熱能消耗掉。提升機(jī)制動(dòng)電阻和變頻器共同作用，完成電動(dòng)機(jī)的下放制動(dòng)過(guò)程。提升機(jī)在上提、下放中的行程與速度測(cè)量是由編碼器來(lái)完成的。為了實(shí)現(xiàn)測(cè)量的準(zhǔn)確性和安全性，在電動(dòng)機(jī)高速軸和滾筒低速軸各安裝1個(gè)通過(guò)PLC的D/A轉(zhuǎn)換模塊，將脈沖轉(zhuǎn)換成數(shù)字量時(shí)進(jìn)行比較，以保證編碼器的測(cè)量準(zhǔn)確性。

　　3.2交流變頻電控裝置系統(tǒng)配置

　　PLC選用三菱公司FX2N- 32MT和FX2N- 64MT，用于完成提升機(jī)按照行程原則進(jìn)行雙線式安全保護(hù)回路的控制。編碼器選用TRD-J系列1000p/r，用于采集行程和速度參考量，供主控臺(tái)使用。變頻器選用西門(mén)子6SE7033- 7EG60型成套產(chǎn)品，將50Hz工頻電源變成0～50Hz連續(xù)可調(diào)的變頻電源供給電動(dòng)機(jī)。制動(dòng)電阻的作用是當(dāng)提升機(jī)反向作發(fā)電運(yùn)行時(shí)消耗反饋電能。

　　3.3變頻器容量的選擇計(jì)算

　　他們認(rèn)為提升機(jī)為大慣性負(fù)載啟動(dòng)類(lèi)，所以提升機(jī)電控變頻器的容量應(yīng)當(dāng)按照以下公式來(lái)選擇：PCN≥K· n W(TL+GD 2 ·n W/ 375 th)/ 9550 η·cosψ。式中：GD 2 ·=GD1/J2，為換算到電動(dòng)機(jī)軸上的總飛輪矩(Nm2);TL 為負(fù)載轉(zhuǎn)矩(Nm2);η為電動(dòng)機(jī)的效率，通常為0.85; cosψ為電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)，通常約為0.75。

　　4 礦用提升機(jī)變頻調(diào)速控制的特殊功能

　　位于濟(jì)寧市鄒城市的兗州礦業(yè)(集團(tuán))公司南屯煤礦通過(guò)對(duì)礦用提升機(jī)變頻調(diào)速控制的研究，使其特殊功能得到正常應(yīng)用，取得了良好的效果。

　　4.1特殊功能

　?、僦绷髦苿?dòng)的作用。提升機(jī)配用變頻器，直流制動(dòng)功能對(duì)系統(tǒng)的安全運(yùn)行起到重要作用。當(dāng)重車(chē)需要在立井井筒中間停車(chē)時(shí)，變頻器由高速平滑地下降到低速，隨之施加1個(gè)直流制動(dòng)信號(hào)使提升機(jī)停止運(yùn)行，機(jī)械制動(dòng)起作用后方可去掉直流制動(dòng)信號(hào)，使得重車(chē)靠機(jī)械抱閘的作用停在井筒中間。啟動(dòng)的時(shí)候，先對(duì)電動(dòng)機(jī)施加1個(gè)直流制動(dòng)信號(hào)，當(dāng)檢測(cè)到機(jī)械抱閘打開(kāi)時(shí)方可以去掉直流制動(dòng)信號(hào)，然后再加上啟動(dòng)電壓，提升機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。機(jī)械抱閘抱緊狀態(tài)一直在變頻器的檢測(cè)下，一旦機(jī)械抱閘打開(kāi)，馬上給電動(dòng)機(jī)施加直流制動(dòng)信號(hào)，確保重車(chē)不下滑，絕對(duì)避免“溜勾”現(xiàn)象。

　?、赟形速度曲線。為了盡量減小運(yùn)行的機(jī)械沖擊，在變頻器起動(dòng)與停止的過(guò)程中最好做到加速度是連續(xù)的，

　　運(yùn)行和速度曲線是平滑的， 即通常所說(shuō)的S形加、減速曲線。當(dāng)井下及井口停車(chē)傾角很小時(shí)(約為3°)，要求提升機(jī)的運(yùn)行速度很低，否則會(huì)出現(xiàn)“松繩”現(xiàn)象。另外，井筒罐道要求變頻器能夠以不同的頻率工作。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的情況，變頻器可以設(shè)置6Hz、15Hz、25Hz、35Hz和50Hz 共5個(gè)不同的頻率段。主令控制器的不同位置對(duì)應(yīng)不同的直流控制電壓，即對(duì)應(yīng)不同運(yùn)行頻率。

　?、圩詣?dòng)限速保護(hù)。當(dāng)罐籠在立井井筒中運(yùn)行接近終點(diǎn)時(shí)給出1個(gè)減速信號(hào)。接到此減速信號(hào)后，若主令控制器已經(jīng)操作減速，則變頻器按照主令控制器的操作改變運(yùn)行速度。若收到減速信號(hào)后主令控制器沒(méi)有正常操作，則自動(dòng)啟動(dòng)機(jī)內(nèi)的自動(dòng)減速程序，將變頻器的工作頻率按照預(yù)定的要求逐步變?yōu)榈退龠\(yùn)行。這對(duì)于預(yù)防“過(guò)卷”是十分必要的。此外，如果提升機(jī)帶有測(cè)速發(fā)電機(jī)，當(dāng)測(cè)速發(fā)電機(jī)給出超速信號(hào)時(shí)變頻器也能自動(dòng)減速。

　?、? 連鎖開(kāi)機(jī)功能。連鎖功能是保證安全運(yùn)行的重要措施。提升機(jī)開(kāi)機(jī)必須按照給出的命令操作，當(dāng)給出“上行”或者“下行”命令時(shí)，如果操作人員的操作與命令不相符，則連鎖功能對(duì)此操作不響應(yīng)，變頻器不啟動(dòng)。

　?、輰?duì)再生能量的處理。變頻器的主回路采用雙向逆變方案。

　　4.2經(jīng)濟(jì)效益

　　①變頻器在低速段運(yùn)行時(shí)節(jié)能顯著。由于提升機(jī)在立井井口及井底時(shí)都處于低速運(yùn)行，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況一般設(shè)置升速點(diǎn)及減速點(diǎn)分別在70～100m，因此其低速運(yùn)行段大約在140～200m。根據(jù)坡長(zhǎng)的不同，其低速段占30%左右，綜合節(jié)電率約20%。

　?、诓捎米冾l控制后，由于設(shè)置直流制動(dòng)，在運(yùn)行時(shí)油閘全部敞開(kāi)，減輕原先工頻控制下的磨損。油閘只是作為輔助設(shè)施，在電動(dòng)機(jī)停穩(wěn)后或者在急停時(shí)快速抱閘。據(jù)測(cè)算，油閘此項(xiàng)損耗大為減低，每年節(jié)省2～3萬(wàn)元。

　?、墼鹊墓ゎl控制采用交流接觸器進(jìn)行速度段切換， 采用調(diào)速電阻調(diào)速;而變頻控制則將其全部甩掉，節(jié)省投資、增加可靠性。

　?、苡捎诓捎没仞佒苿?dòng)，其再生能量能夠回收利用，也節(jié)約了電能。

　　5礦井提升機(jī)交交變頻矢量控制系統(tǒng)改造

　　位于濟(jì)寧市任城區(qū)的兗州礦業(yè)(集團(tuán))公司濟(jì)寧二號(hào)煤礦對(duì)礦井提升機(jī)交交變頻矢量控制系統(tǒng)實(shí)施技術(shù)改造， 在保留原有控制系統(tǒng)的同時(shí)新增1套控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)1臺(tái)提升機(jī)配2套電控系統(tǒng)的功能，解決了原系統(tǒng)上電難、復(fù)位難、同步難及監(jiān)控系統(tǒng)信息量少而且不直觀的問(wèn)題，達(dá)到2套電控系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立并相互備用的目的，提高了礦井提升機(jī)安全運(yùn)行可靠性。

　　5.1改造內(nèi)容

　　該礦主井提升系統(tǒng)配置1套從德國(guó)西瑪格公司引進(jìn)的、電控系統(tǒng)為德國(guó)西門(mén)子公司基于S5-PL C和16位SIMADYN-D交交變頻矢量控制的調(diào)速控制系統(tǒng)，主電動(dòng)機(jī)為西門(mén)子5400kW雙繞組同步電動(dòng)機(jī)，主摩擦滾筒和制動(dòng)控制液壓站由西瑪格公司提供，制動(dòng)控制系統(tǒng)由西門(mén)子S5-115 U可編程控制器和制動(dòng)控制板等組成。由于原控制調(diào)速系統(tǒng)元器件老化、備件供應(yīng)困難、維護(hù)成本高，嚴(yán)重影響礦井安全生產(chǎn)，因此需要對(duì)電控系統(tǒng)進(jìn)行改造。

　　他們根據(jù)礦井提升機(jī)和工藝和控制要求，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，保留原系統(tǒng)的可控硅功率單元、高壓配電單元、閘控系統(tǒng)等，新增交交變頻電控系統(tǒng)。交交變頻電控系統(tǒng)主要是由主控PLC S7-400系統(tǒng)、SIMADYN-D全數(shù)字礦井提升機(jī)工藝控制監(jiān)控系統(tǒng)、SIMADYN-D全數(shù)字交交變頻矢量控制系統(tǒng)、新操作臺(tái)、故障監(jiān)視與顯示系統(tǒng)、信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和新增的裝卸栽控制系統(tǒng)7個(gè)部分組成的。

　　5.2主要功能

　　①主控PLC S7-400系統(tǒng)。根據(jù)礦井提升工藝信號(hào)， 提供提升機(jī)運(yùn)行的計(jì)算、分析、運(yùn)行和控制信號(hào);實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行的各種監(jiān)視與監(jiān)控任務(wù);實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的故障監(jiān)測(cè)、分析與監(jiān)控;向SIMADYN-D交交變頻控制系統(tǒng)提供給定信號(hào)和運(yùn)行控制信號(hào);向監(jiān)視與顯示系統(tǒng)提供故障信息和系統(tǒng)運(yùn)行信息;向操作臺(tái)提供系統(tǒng)運(yùn)行信息。

　?、谌珨?shù)字提升機(jī)工藝控制、監(jiān)控系統(tǒng)。礦井提升機(jī)工藝上是在2個(gè)定點(diǎn)之間運(yùn)行，其控制系統(tǒng)最終的控制效果體現(xiàn)在對(duì)位置(行程)的控制上。提升機(jī)的安全性能要求電控系統(tǒng)具有優(yōu)良、安全可靠的行程控制功能。此外， 完善的提升機(jī)電控系統(tǒng)必須具有監(jiān)控功能，通過(guò)監(jiān)控功能對(duì)提升機(jī)的整個(gè)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)能及時(shí)檢測(cè)到并作出處理。對(duì)重要的運(yùn)行狀態(tài)還需進(jìn)行冗余監(jiān)視。提升機(jī)工藝控制系統(tǒng)采用雙通道冗余的SIMADYN-D 控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)的工藝控制，2套系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行實(shí)現(xiàn)冗余控制， 包括提升機(jī)行程控制及運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視， 主要

　　實(shí)現(xiàn)以下控制功能: 根據(jù)行程信號(hào)實(shí)現(xiàn)全數(shù)字行程控制; 根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀況實(shí)現(xiàn)交交變頻矢量控制系統(tǒng)的信號(hào)監(jiān)測(cè)與監(jiān)控。根據(jù)主軸編碼器和導(dǎo)向輪編碼器信號(hào)與測(cè)速發(fā)電機(jī)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)提升機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的監(jiān)測(cè)與監(jiān)控，如逐點(diǎn)速度監(jiān)視、速度互相監(jiān)視、連續(xù)速度監(jiān)視、行程互相監(jiān)視、滑繩監(jiān)視、錯(cuò)向監(jiān)視;監(jiān)視系統(tǒng)軟件中設(shè)定井筒開(kāi)關(guān)監(jiān)視、過(guò)卷監(jiān)視、失勵(lì)監(jiān)視、最大減速度監(jiān)視、可控硅整流橋監(jiān)視、停車(chē)零電流監(jiān)視及給定值—實(shí)際值監(jiān)視等。

　 6 變頻器在煤礦提升機(jī)上的使用與維護(hù)

　　防護(hù)等級(jí)較低的變頻器抗外界干擾和抗本身輻射的能力差，容易發(fā)生故障導(dǎo)致主板模損壞。位于濟(jì)寧市任城區(qū)的山東華邦集團(tuán)濟(jì)寧何崗煤礦采取加裝隔離模塊和其它措施后，主板從未出現(xiàn)燒壞現(xiàn)象，運(yùn)行非常穩(wěn)定，有效避免故障發(fā)生，節(jié)約維修等費(fèi)用。

　　6.1故障現(xiàn)象

　　變頻器按工作原理可分為交交變頻、交直交變頻和直流變頻3種，其中應(yīng)用較廣泛的是交直交變頻器，但是交直交變頻器存在一些缺點(diǎn)，特別是防護(hù)等級(jí)較低的變頻器存在薄弱點(diǎn)。因此，變頻器特別防護(hù)等級(jí)低的交直交變頻器應(yīng)采取措施才能有效避免變頻器故障的發(fā)生。

　　該礦副井提升機(jī)采用低頻拖動(dòng)的運(yùn)行方式， 即10kV 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)投入高壓10kV，減速后投入600V低頻制動(dòng)。初期運(yùn)行時(shí)效果比較理想，但是使用時(shí)間不長(zhǎng)就相繼出現(xiàn)變頻器頻繁燒壞主板模擬量輸入口的現(xiàn)象，導(dǎo)致變頻器不能正常使用，影響提升機(jī)的安全運(yùn)行。

　　6.2原因分析

　　他們經(jīng)過(guò)測(cè)量，變頻器主板各口的對(duì)地交流電壓均在71V左右，而變頻器模擬量輸入口的工作電壓為10V。分析認(rèn)為是此電壓將模擬量輸入模塊部分擊穿。經(jīng)過(guò)查找， 故障電壓來(lái)自模擬輸出電流顯示端子上， 即低頻電源柜至操作臺(tái)的控制線路電壓比較高， 超過(guò)正常工作電壓; 接著， 將變頻器直接輸出的2根指示電流線路控制線拆下測(cè)量仍然有電壓， 特別是在變頻器運(yùn)行后電壓升高。經(jīng)過(guò)分析其原因?yàn)椋鹤冾l器至操作臺(tái)使用的控制線為14×1.5mm2控制電纜，變頻器工作時(shí)載波頻率一般為幾千Hz，電纜內(nèi)部比較高的載波頻率在控制線上感應(yīng)出較高的電壓，此電壓沿著控制線將模擬量輸入模塊擊穿。

　　6.3解決方案

　　首先，將變頻器直接輸出的2根指示電流專(zhuān)用線更換為屏蔽電纜，變頻器端子電壓下降至1.35V，電壓降至變頻器允許的各工作范圍內(nèi)。另外，變頻器模擬量輸入口工作電壓為10V，從低頻上接口板輸出模擬量控制電壓，外部感應(yīng)電壓也有可能竄至變頻器模擬量模塊，為此加裝隔離模塊，以增加可靠性。

　　6.4變頻器使用經(jīng)驗(yàn)

　　凡是直接接入變頻器主板的輸入、輸出線都要盡可能地短，而且采用屏蔽線，屏蔽線應(yīng)當(dāng)可靠接地并與主電動(dòng)機(jī)的接地分開(kāi);電源電纜每相導(dǎo)線之間及每相導(dǎo)線與保護(hù)性地線之間的絕緣電阻必須大于1 MΩ，電動(dòng)機(jī)的絕緣電阻也必須大于1 MΩ;遠(yuǎn)離高壓高頻電場(chǎng)，避免在控制線上出現(xiàn)感應(yīng)電壓，在允許的工作情況下，變頻器的載波頻率要盡可能調(diào)低;模擬量輸入要與外界進(jìn)行隔離，而且隔離模擬電源必須為獨(dú)立電源，嚴(yán)禁使用變頻器內(nèi)的電源， 并嚴(yán)禁共同接地;盡可能地選用防護(hù)等級(jí)比較高的變頻器;提高變頻器工作場(chǎng)所的環(huán)境質(zhì)量，減少灰塵與凝露， 防止變頻器的絕緣程度降低。

　　7 變頻調(diào)速器與PLC改造提升機(jī)TKD調(diào)速裝置

　　位于濟(jì)寧市兗州區(qū)的臨沂礦業(yè)集團(tuán)田莊煤礦主、副井提升系統(tǒng)選用2JK-2.5/30X型雙滾筒提升機(jī)，配用JR127-8210kW繞線型電動(dòng)機(jī)，電控設(shè)備采用TKD-A 型，利用接觸器切除、增減轉(zhuǎn)子電阻來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和啟動(dòng)力矩。針對(duì)提升系統(tǒng)TKD-A型電控運(yùn)行中存在的問(wèn)題，他們經(jīng)過(guò)多方比較論證，選用變頻調(diào)速裝置系統(tǒng)對(duì)主、副井提升機(jī)進(jìn)行改造。

　　7.1系統(tǒng)存在的缺點(diǎn)

　?、偃粘＞S護(hù)量大、檢修時(shí)間長(zhǎng)。由于采用的是繼電器邏輯控制，依靠接觸器的切、投入電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速，存在著啟動(dòng)電流大、接觸器開(kāi)啟頻繁、觸頭電磨損嚴(yán)重的問(wèn)題，已經(jīng)成為制約增產(chǎn)降耗的瓶頸。

　?、诎踩Ｗo(hù)性能不齊全，可靠性差。后備保護(hù)一直不能夠正常投入運(yùn)行，不能夠?qū)崿F(xiàn)與信號(hào)系統(tǒng)互相閉鎖。

　?、劾速M(fèi)電能。TKD控制系統(tǒng)在加、減速度段利用切除或者增加電阻的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此將部分電能浪費(fèi)在電阻中。他們通過(guò)對(duì)主井速度曲線圖的觀察分析以后發(fā)

　　現(xiàn)：加速度段耗電量為0. 41kW h ;等速度段耗電量為1 .76 k Wh;減速爬行段耗電量為0 .84 k Wh;運(yùn)行1 鉤的總耗電量為3.01kWh;按照原煤產(chǎn)量0.8Mt/a和每鉤提升4t計(jì)算，礦井全年總耗電量為602000kWh。

　　7.2改造后的系統(tǒng)特點(diǎn)

　?、侔踩阅艽笥刑岣?。a.新的系統(tǒng)采用雙PLC設(shè)計(jì)。使用S7-300型和S7-200型組成高低搭配。S7-200主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的后備保護(hù)，監(jiān)控S7- 300的運(yùn)行狀態(tài);各PLC 的所有I /O 接口均采用閉環(huán)設(shè)計(jì)，提取輸出信號(hào)的返回量，可以實(shí)現(xiàn)全面的系統(tǒng)自檢報(bào)警，提高系統(tǒng)可靠性。采樣信號(hào)源和控制邏輯均互相獨(dú)立，構(gòu)成電控主體和系統(tǒng)保護(hù)互相獨(dú)立的雙線設(shè)計(jì)，各項(xiàng)保護(hù)完全實(shí)現(xiàn)雙線制。保護(hù)功能以《煤礦安全規(guī)程》和《國(guó)有重點(diǎn)煤礦生產(chǎn)礦井質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)》為依據(jù)，滿(mǎn)足安全生產(chǎn)的要求。b.實(shí)現(xiàn)與信號(hào)系統(tǒng)的閉鎖。打點(diǎn)信號(hào)數(shù)字由PLC自動(dòng)識(shí)別，1點(diǎn)為停車(chē)點(diǎn)、2點(diǎn)正向、2點(diǎn)反向、4點(diǎn)正向慢車(chē)、5點(diǎn)反向慢車(chē)。開(kāi)車(chē)方向閉鎖，正向點(diǎn)只能夠開(kāi)正向，反之亦然;停點(diǎn)絞車(chē)不能啟動(dòng);慢點(diǎn)只能以最大為1m/s速度運(yùn)行，不能加速;開(kāi)車(chē)點(diǎn)50s后失效。由于實(shí)現(xiàn)信號(hào)閉鎖，杜絕因司機(jī)誤操作而導(dǎo)致事故發(fā)生的情況。

　?、跍p小的日常的維護(hù)量。采用分布式I/O設(shè)計(jì)，各個(gè)控制柜之間采用通訊總線或者西門(mén)子專(zhuān)有的PROFEBUS 工業(yè)通訊總線連接。電控柜仍然為分布設(shè)計(jì)，在不影響檢修和三熱空間的前提下，使得電控柜之間的連線達(dá)到最簡(jiǎn)化;而且以采用可插罷元件為主，方便檢修維護(hù)，工作可靠性高，基本上實(shí)現(xiàn)免維護(hù)。

　?、酆哪芙档?。根據(jù)該礦改造后的主井速度曲線圖：加速度段耗電量為0. 06kW h ;等速度段耗電量為2 .07 k Wh;減速爬行段耗電量為0 .07 k Wh;運(yùn)行1 鉤總耗電量為2.2kWh;按照原煤產(chǎn)量0.8Mt/a和每鉤提升4t 計(jì)算，礦井全年總耗電量為440000 k Wh。與改造前相

　　比，全年可以節(jié)約電能162000 k Wh。僅此一項(xiàng)，該礦主、副井提升系統(tǒng)就可節(jié)約電費(fèi)18萬(wàn)元以上。

　　8 防爆變頻電控系統(tǒng)在提升機(jī)中的應(yīng)用

　　位于濟(jì)寧市微山縣的山東省岱莊生建煤礦在提升機(jī)中應(yīng)用了防爆變頻電控系統(tǒng)。由于防爆變頻系統(tǒng)的工作原理和工藝結(jié)構(gòu)都嚴(yán)格按礦井提升的特殊工況設(shè)計(jì)思路而來(lái)， 不但解決了電網(wǎng)諧波污染的技術(shù)難題，而且運(yùn)行可靠;此外，僅提升和電動(dòng)機(jī)用電一項(xiàng)就節(jié)約30%，可節(jié)約電量960kWh/d，全年節(jié)電345600kWh，按照現(xiàn)行電價(jià)0.53 元/kWh計(jì)算，全年節(jié)約電費(fèi)18.3萬(wàn)元，取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

　　8.1結(jié)構(gòu)形式

　　全套設(shè)備采用全防爆結(jié)構(gòu)形式，設(shè)備的設(shè)計(jì)與制造符合《煤礦安全規(guī)程》及國(guó)家相關(guān)防爆產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，增強(qiáng)了設(shè)備的防護(hù)性能和安全性能。設(shè)備防護(hù)等級(jí)不低于IP54 要求; 防爆設(shè)備外殼采用快開(kāi)門(mén)形式， 具有安裝調(diào)試方便、維護(hù)便利等特點(diǎn)。

　　8.2變頻調(diào)速部分

　　變頻調(diào)速采用具有活躍前端能量回饋特性的四象限變頻器，電動(dòng)狀態(tài)時(shí)從電網(wǎng)吸收能量，使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生電動(dòng)力;制動(dòng)狀態(tài)時(shí)工作于逆變狀態(tài)，將能量回饋電網(wǎng)，使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生制動(dòng)力，在滿(mǎn)足礦井提升要求的同時(shí)完成提升機(jī)運(yùn)行參數(shù)的調(diào)節(jié)。

　　8.3變頻調(diào)速的性能特點(diǎn)

　　完善的控制電路可有效防止重車(chē)下滑并能準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)定位停車(chē);具有完整的故障檢測(cè)功能、齊全的保護(hù)功能和精確的故障報(bào)警功能;專(zhuān)用的空氣自然對(duì)流式熱管散熱器， 無(wú)須另設(shè)風(fēng)機(jī)、冷卻水及油等附加設(shè)備。

　　8.4提升工藝控制和安全保護(hù)

　　控制及安全保護(hù)部分采用可編程控制器的RS485串行通訊方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制的智能化和網(wǎng)絡(luò)化。礦用本質(zhì)安全型主控臺(tái)是該系統(tǒng)的控制中心，除位置、速度、壓力和電流等必要的信號(hào)采集傳感器和終端執(zhí)行設(shè)備外，所有控制回路全集成在操作臺(tái)內(nèi)。司機(jī)可操作主控臺(tái)上的主令、手閘、開(kāi)關(guān)及按鈕來(lái)控制提升機(jī)運(yùn)行，并通過(guò)燈光和數(shù)碼管顯示提升機(jī)的各種動(dòng)、靜態(tài)參數(shù)，幫助司機(jī)及時(shí)了解提升機(jī)的運(yùn)行情況。

　?、倏刂品绞?。采用進(jìn)口的可編程控制器作為主控器件，在控制精度方面可產(chǎn)生速度包絡(luò)曲線對(duì)提升機(jī)速度進(jìn)行逐點(diǎn)和連續(xù)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的行程給定功能，使定位精度≤10mm。在控制方式上，將各種外設(shè)控制開(kāi)關(guān)和傳感器信號(hào)經(jīng)PLC邏輯運(yùn)算處理后，控制相應(yīng)的接點(diǎn)動(dòng)作，完成提升機(jī)的啟動(dòng)、運(yùn)行、停車(chē)、保護(hù)、報(bào)警和復(fù)位等過(guò)程。

　?、诎踩Ｗo(hù)。主控PLC在完成提升機(jī)手動(dòng)、自動(dòng)及檢修等運(yùn)行方式的基礎(chǔ)上，具有完善的安全保護(hù)功能，形成硬件安全電路與軟件電路相互冗余與閉鎖，完成提升機(jī)機(jī)械、液壓與電氣等方面的故障檢測(cè)、報(bào)警與保護(hù)功能。

　　③監(jiān)控功能。系統(tǒng)可通過(guò)變頻器、可編程控制器及操作臺(tái)上各指示燈的工況，直接觀察控制環(huán)節(jié)及主要器件的工作情況，使控制過(guò)程更加簡(jiǎn)潔，維護(hù)更加方便。

　　9 礦井高壓變頻提升機(jī)BTDK電控安全回路

　　位于濟(jì)寧市魚(yú)臺(tái)縣的濟(jì)寧礦業(yè)集團(tuán)鹿洼煤礦對(duì)高壓變

　　頻提升機(jī)電控中的安全回路進(jìn)行研究，運(yùn)用計(jì)算機(jī)總線技術(shù)，使系統(tǒng)提升機(jī)電控系統(tǒng)中主控機(jī)和監(jiān)控機(jī)相互通訊， 實(shí)現(xiàn)資源共享，節(jié)省硬件設(shè)備，實(shí)現(xiàn)安全回路雙線制，增加提升機(jī)電控的安全性和可靠性。

　　9.1 TKD提升機(jī)電控系統(tǒng)中的安全回路

　　TKD提升機(jī)電控系統(tǒng)安全回路中，將主令零位保護(hù)、工作閘零位保護(hù)、監(jiān)視繼電器、轉(zhuǎn)子加速返回點(diǎn)、等速段過(guò)速保護(hù)、減速段過(guò)速保護(hù)、高壓油保護(hù)斷電器、高壓油斷路器、閘瓦磨損、松繩保護(hù)、錯(cuò)向保護(hù)、機(jī)械減速點(diǎn)、解除二級(jí)制動(dòng)、電制動(dòng)失壓保護(hù)和正反向過(guò)卷保護(hù)等保護(hù)輸出接點(diǎn)串聯(lián)在一起，同時(shí)驅(qū)動(dòng)安全輸出線圈。任何一個(gè)保護(hù)節(jié)點(diǎn)動(dòng)作都將引起安全繼電器失電，進(jìn)而引起高壓換向器掉電保護(hù)、外部機(jī)械閘抱閘和信號(hào)指示動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)緊急制動(dòng)或二級(jí)制動(dòng)。此安全回路由大量繼電器節(jié)點(diǎn)和2個(gè)線圈組成，故障率較高，加之TKD電控系統(tǒng)使用較多繼電器和接觸器，使處理故障難度加大，設(shè)計(jì)一種新型安全回路迫在眉睫。

　　9.2 BTDK提升機(jī)電控系統(tǒng)中的安全回路

　　BTDK提升機(jī)電控系統(tǒng)安全回路是在TKD提升機(jī)電控系統(tǒng)安全回路的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，由2個(gè)可編程控制器和外部高壓開(kāi)關(guān)柜返回節(jié)點(diǎn)組成，即主控機(jī)安全回路、監(jiān)控機(jī)安全回路和外部GYD,還應(yīng)用計(jì)算機(jī)總線技術(shù)使主控機(jī)和監(jiān)控機(jī)能相互通訊， 實(shí)現(xiàn)資源共享， 節(jié)省硬件設(shè)備; 采用安全回路雙線制， 增加提升機(jī)電控的安全性和可靠性。主控機(jī)使用1個(gè)三菱FX2N- 64MT可編程控制器， 將主令控制器零位、工作閘零位、監(jiān)視繼電器、轉(zhuǎn)子返回點(diǎn)、減速段過(guò)速、等速段過(guò)速、2M/S 限速、正反向過(guò)卷、松繩、閘瓦磨損、腳踏急停開(kāi)關(guān)、深度指示器失效和后備保護(hù)串聯(lián)接入到主控機(jī)的安全回路中，用其1個(gè)輸出接點(diǎn)Y20作為安全回路的1個(gè)主機(jī)部分;監(jiān)控機(jī)則用1個(gè)FX2N-32MR可編程控制器，同時(shí)也將提升機(jī)的所有速度保護(hù)、行程保護(hù)及外圍保護(hù)接入可編程控制器，用1個(gè)輸出接點(diǎn)Y 17作為安全回路的監(jiān)控機(jī)部分;GYD則是外部開(kāi)關(guān)柜節(jié)點(diǎn)。該電路工作過(guò)程為：正常開(kāi)車(chē)前，如主令和工作閘在零位及各種保護(hù)均正常，則主控機(jī)Y20和監(jiān)控機(jī)Y 17均有輸出。主控機(jī)Y20控制1個(gè)中間繼器，GYD在高壓開(kāi)關(guān)柜閉合后由常開(kāi)變?yōu)槌ｉ]，主控臺(tái)控制面板上的安全條件具備指示燈亮，此時(shí)按動(dòng)1個(gè)安全繼電器工作/制動(dòng)泵啟動(dòng)按鈕，安全繼電器得電，同時(shí)安全繼電器亮，安全繼電器工作。如果安全保護(hù)任何一項(xiàng)動(dòng)作都將導(dǎo)至主控機(jī)Y20或監(jiān)控機(jī)Y17輸出不正常，就會(huì)使安全繼電器掉電， 通過(guò)內(nèi)部程序控制高壓正、反向接觸器掉電和工作閘抱閘，使提升機(jī)安全、可靠停車(chē)。

　　9.3安全回路在現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用

　　鹿洼煤礦副井提升機(jī)使用BTDK電控以來(lái)故障率明顯下降。在主控機(jī)安全回路中，既有主控機(jī)內(nèi)的深度指示器失效、軸編碼器失效及反轉(zhuǎn)保護(hù)的合成，又有主控機(jī)內(nèi)2 m/ s限速、松繩保護(hù)、通訊錯(cuò)誤、正反向過(guò)卷及過(guò)卷切換和調(diào)繩切換開(kāi)關(guān)閉鎖的合成。監(jiān)控機(jī)安全回路中的各項(xiàng)保護(hù)與主控機(jī)的保護(hù)作用基本相同，主控機(jī)安全回路和監(jiān)控機(jī)安全回路組成2套相互獨(dú)立的安全回路，共同實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)運(yùn)行時(shí)的保護(hù)，使提升機(jī)更安全、更可靠地運(yùn)行。

　　10 結(jié)束語(yǔ)

　　傳統(tǒng)交流異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有變極調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、定子調(diào)壓調(diào)速等，穩(wěn)定性、可靠性都較差。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)逐步成熟并且進(jìn)入實(shí)用階段。位于濟(jì)寧市范圍內(nèi)的各類(lèi)煤礦采取變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)礦井立井提升機(jī)進(jìn)行改造，他們的成功經(jīng)驗(yàn)可供國(guó)內(nèi)同行參考借鑒。