郝文平 孫云飛

摘要：結合電控系統(tǒng)的結構組成，通過分析現(xiàn)有電控系統(tǒng)存在問題，開展了提升機電控系統(tǒng)的優(yōu)化改進研究，并對改進后電控系統(tǒng)進行了現(xiàn)場應用。結果表明，新型電控系統(tǒng)具有更高的可靠性和穩(wěn)定性，能明顯減小作業(yè)人員的勞動強度。電控系統(tǒng)的優(yōu)化升級，對提高礦用提升機的運行效率和作業(yè)安全具有重要意義，進一步開展電控系統(tǒng)的優(yōu)化研究，將成為后期研究的重點。

關鍵詞：煤礦提升機;電控系統(tǒng);改進

引言：礦用提升機是井下作業(yè)的重要運輸工具，而現(xiàn)有的提升機普遍存在結構簡單、調(diào)速性能差、速度控制精度窄、運行可靠性低等問題，其大部分故障發(fā)生原因主要來自于提升機中的電控系統(tǒng)問題，提升機設備一旦發(fā)生故障，將直接影響著井下的生產(chǎn)效率和作業(yè)安全。據(jù)統(tǒng)計，2016年，僅淮南煤礦中因提升機電控系統(tǒng)出現(xiàn)故障而導致的煤礦事故多達30余起，占該煤礦全年所有故障事故的1/3，直接給煤礦企業(yè)造成了約120萬元的經(jīng)濟損失。因此，非常有必要對提升機電控系統(tǒng)進行升級改進設計。以礦用提升機電控系統(tǒng)調(diào)速原理分析為理論基礎，通過對電控系統(tǒng)現(xiàn)狀進行分析，開展了電控系統(tǒng)的優(yōu)化改進設計，并對其進行了現(xiàn)場應用測試。

1電控系統(tǒng)調(diào)速原理

電控系統(tǒng)作為提升機的主要組成部分，其結構主要由電源柜、變頻器、操作控制臺、PLC控制臺、各種傳感器等幾部分組成。電控系統(tǒng)調(diào)速過程主要包括絞車電機為驅動電機的正常逆變過程和絞車電機為發(fā)電機的能量回饋過程;其中，正常逆變過程主要由正常逆變、整流、濾波等部分組成，是電控系統(tǒng)的核心部分，通過改變電機定子的供電頻率，來實現(xiàn)對輸出電壓的改變，以起到調(diào)速作用，其調(diào)速原理如圖1所示。而能量回饋過程主要由整流、回饋逆變和輸出濾波三部分組成，可通過正常逆變部分中IGBT二極管完成整流過程，并在系統(tǒng)中的兩個調(diào)節(jié)器之間的串聯(lián)作用，通過控制電機扭矩大小、功率輸出、機械制動器控制等操作，實現(xiàn)對交流電機轉速、電流大小的調(diào)節(jié)和控制。另外，電控系統(tǒng)中的PLC控制臺，可針對提升機出現(xiàn)故障問題時，以故障問題檢測和計算為基礎，啟動故障備用信號，以快速提醒維修人員對設備進行維修。

2提升機電控系統(tǒng)結構組成礦用提升機結構

主要由提升機、電控系統(tǒng)、裝卸載設備、鋼絲繩、提升容器、井架及電氣設備等結構組成，其中，電控系統(tǒng)的結構主要包括電源柜、變頻器、操作控制臺、PLC控制臺、各種傳感器等幾部分。電源柜主要是通過內(nèi)部的隔離開關向提升機、PLC控制臺、變頻器、操作控制臺等部件提供電源;同時，當提升機系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可通過PLC控制臺的遠程監(jiān)控運行，啟動故障備用信號，以快速提醒維修人員對設備進行維修;電控系統(tǒng)中的變頻器，可通過控制扭矩大小、功率輸出、機械制動器控制等操作，實現(xiàn)對交流電機的控制。另外，在操作控制臺上設置了手動、自動、檢修轉換開關、顯示屏等設備，通過操作控制臺，可實現(xiàn)對提升機運行狀況、故障問題等現(xiàn)象及運行數(shù)據(jù)進行實時顯示，并通過遠程控制方式，實現(xiàn)對提升機的故障診斷，以此快速實現(xiàn)對提升機故障問題的維修。

3現(xiàn)有電控系統(tǒng)存在問題

目前，煤礦提升機電控系統(tǒng)主要采用了交交變頻控制技術，可滿足大功率、低速調(diào)節(jié)、高轉矩等不同工況下的使用需求，但在使用過程中，仍存在故障率高、可靠性低等問題，其具體問題主要如下

3.1現(xiàn)有礦用提升機系統(tǒng)中的驅動電機主要采用交流異步電機，配置繼電器、接觸器等部件，通過串連或切斷電阻方式實現(xiàn)對電機的調(diào)速，其整個控制系統(tǒng)存在結構簡單、調(diào)速性能差、速度控制精度低等問題，且在日常的使用過程中，其整體節(jié)能效果較差，在提升機啟動瞬間對設備自身會產(chǎn)生較大沖擊作用。

3.2電控系統(tǒng)中的行程控制系統(tǒng)的綜合性能較低主要采用人工提前設置行程開關的時間和機械行程，以機械設置為主，而未充分將計算機控制系統(tǒng)全面應用到電控系統(tǒng)中，具有一定的不便操作性和精度控制較低等問題。

4電控系統(tǒng)升級改進設計

4.1大功率整流柜改進

整流柜是電控系統(tǒng)中的主要設備，可通過內(nèi)部將將外界輸入電壓進行整流后，轉換為提升機內(nèi)部電器工作所需的電壓。結合現(xiàn)有整流柜性能特點，將內(nèi)部的管芯進行替換，并將三相橋上的2只晶閘管進行反并聯(lián)，增設快速熔斷器保護晶閘管、磁環(huán)、RC電磁環(huán)路等橋臂保護裝置。同時，將其內(nèi)部的冷卻方式改為風冷，可更好的對整流柜進行冷卻。另外，在現(xiàn)有功能中，增加了晶閘管導通監(jiān)視回路、風壓檢測回路、系統(tǒng)報警回路、晶閘管過電壓保護回路等，可更加快速、安全的實現(xiàn)對整流柜的安全保護。由此，確定了整流柜的主要參數(shù)及配置如表1所示4.2總體方案改進

結合現(xiàn)有提升機電控系統(tǒng)的性能特點，首先對其總體方案進行了改進設計。改進后的電控系統(tǒng)主要包括主控PLC控制臺、監(jiān)控PLC控制臺、6RA70電樞整流器、6RA70勵磁整流器、各類傳感器、操作臺及上機位等組成，其系統(tǒng)結構圖如圖1所示。在整個電控系統(tǒng)中，主控PLC控制臺作為主控制站，直流流調(diào)速裝置和監(jiān)控PLC控制臺為從控制站，系統(tǒng)中的所有指令、控制動作主要經(jīng)PLC控制后進行發(fā)出通過監(jiān)控PLC控制臺的運行，完成對提升機的系統(tǒng)監(jiān)測和保護[2-3]。同時，在天輪、傳動軸上增設了光電編碼器，其發(fā)出的反饋速度信號可直接發(fā)送至主控PLC控制臺上，形成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對天倫、傳動軸運行狀態(tài)的檢測運算。由此，可對提升機進行更加全面的檢測診斷，提升了電控系統(tǒng)的綜合性能。4.3安全回路改進

現(xiàn)有安全回路基礎上，將電控系統(tǒng)改進為了包含PLC控制安全回路和繼電器安全回路的雙線制安全回路，當系統(tǒng)中出現(xiàn)直流側快開動作跳閘、主控制器PLC故障、調(diào)速器故障等重事故時，可將線路接入繼電器硬安全回路中，即可進行跳閘停車;而針對系統(tǒng)中的各種輕事故，可將故障的發(fā)生位置接入至主控PLC和上機位中，實現(xiàn)對故障的手動控制及聲光報警，同時，將電流、電壓、溫度、故障類別等故障類別進行實時記錄和顯示。另外，由繼電器構成的安全回路，同樣可實現(xiàn)安全回路接點狀態(tài)監(jiān)視等功能，改進后的安全回路如圖3所示。因此，改進后的安全回路更加系統(tǒng)，能更好的對提升機運行過程進行安全保護。5改進后電控系統(tǒng)實際應用情況結合前文設計，將改進后的提升機電控系統(tǒng)在煤礦中進行了現(xiàn)場應用。在現(xiàn)場應用中，改進后的電控系統(tǒng)具有更加智能的運行狀態(tài)控制，提升機的升降方式、運行速度、啟停位置均通過了電控系統(tǒng)中的PLC進行智能控制，而無需人員進行操作控制，減小了作業(yè)人員的勞動強度，提高了提升機的工作效率。同時，該系統(tǒng)中在運行過程中，不僅能根據(jù)提升機故障情況及時發(fā)出報警提示，準確顯示故障發(fā)生位置，而且還將提升機運行數(shù)據(jù)進行了自動檢測和存儲。據(jù)現(xiàn)場工作人員介紹，該電控系統(tǒng)與傳統(tǒng)相比，檢測和控制精度更高，控制方式更加智能化，得到了現(xiàn)場工作人員的一致好評。

結論：改進后的新型電控系統(tǒng)具有更高的可靠性和運行穩(wěn)定性，能明顯減小作業(yè)人員的勞動強度。電控系統(tǒng)的優(yōu)化升級，對提高礦用提升機的運行效率和作業(yè)安全具有重要意義。

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