第八章

提升機的拖動與控制第一節提升機的拖動第二節提升機PLC控制系統簡介第三節提升機的變頻調速控制系統第四節提升機的數字控制簡介復習思考題第一節提升機的拖動一、提升機拖動類型及直流調速系統煤礦提升機使用電力拖動裝置有交流繞線型感應電動機拖動、他勵直流電動機拖動和交流同步電動機拖動以及液壓拖動四大類。第一節提升機的拖動1.交流繞線型感應電動機拖動交流繞線型感應電動機優點是系統比較簡單，設備價格較低且技術比較成熟。主要缺點是采用附加電阻完成調速過程，增大了附加電能損失，實現自動化有一定的困難。第一節提升機的拖動2.直流他勵電動機拖動直流他勵電動機拖動裝置是利用改變直流電動機外供電壓的方法來調速的，調速性能好，且與負荷大小及正負無關。在低速爬行階段，運行情況也十分理想。此外，由于電動機轉速幾乎與負載無關，因此容易實現自動化。第一節提升機的拖動直流他勵電動機拖動裝置的變流設備可分為兩大類：發電機—電動機（F—D）系統和晶閘管—電動機（SCR—D）系統。第一節提升機的拖動3.交流同步電動機拖動交流同步電動機與直流他勵電動機相比，具有制造簡單、造價低、電動機效率高、維修簡單、噪聲小等特點。交流同步電動機采用晶閘管交—交變頻供電，由計算機控制，可實現主井箕斗提升自動化和副井罐籠提升半自動化。第一節提升機的拖動4.液壓拖動利用液壓馬達直接或通過減速箱來拖動滾筒的一種拖動方式。可分為全液壓傳動、液壓—機械傳動和液壓—機械差動三大類。滾筒的正、反向運轉依靠改變液壓泵輸出液流的方向來完成,提升機的轉速大小由改變液壓泵輸入液壓馬達油量大小來調節。第一節提升機的拖動二、直流電動機拖動的調速系統直流電動機與交流電動機相比，它的結構復雜，使用和維護不如交流電動機方便。但直流電動機具有優良的啟動、調速和制動性能。第一節提升機的拖動直流電動機具有良好的啟動、制動性能，宜在大范圍內平滑調速，在煤礦提升系統中得到了廣泛的應用。提升機采用直流拖動調速系統，主要有G—M系統、V—M系統和直流脈寬調速（PWM）系統。第一節提升機的拖動1.G—M系統（發電機—電動機調速系統）原動機拖動直流發電機實現變流，由直流發電機給需要調速的直流電動機供電，調節直流發電機的勵磁電流即可改變其輸出電壓，從而調節電動機的轉速。這種直流調速系統稱為“發電機—電動機系統”，簡稱“G—M系統”。第一節提升機的拖動2.V—M系統（晶閘管—電動機調速系統）系統中電源是靜止裝置，通過調節觸發器的控制電壓來移動觸發脈沖的相位，而改變晶閘管可控整流器的控制角，從而改變可控整流器輸出電壓的極性和大小，實現直流電動機的平滑調速。這種直流調速系統稱“晶閘管—電動機調速系統”，簡稱“V—M系統”。第一節提升機的拖動3.直流脈寬調速（PWM）系統系統中電源是靜止裝置，能改變晶體管的導通、改變輸出電壓，主電路線路簡單，需用的功率器件少，低速性能好，穩速精度高，調速范圍寬，可達1∶10000左右。第二節提升機PLC控制系統簡介一、PLC控制系統的組成提升機是整個礦井的樞紐，它應能按照預定的力圖和速度圖，在四象限實現平穩啟動、等速運行、減速運行、爬行和停車，而且在運行過程中要有極高的可靠性和安全性。根據提升機上述工況要求，采用PLC可編程控制器。采用PLC控制系統構造的交流提升機拖動系統第二節提升機PLC控制系統簡介PLC控制系統主要由PLC冗余控制系統、可控硅加速柜、低頻電源柜和上位機監控等4部分構成。第二節提升機PLC控制系統簡介二、PLC控制系統各組成部分的用途1.PLC冗余控制系統以網絡形式為連接紐帶的PLC冗余控制系統，用于完成提升機行程控制、邏輯操作、故障保護及液壓制動控制等。第二節提升機PLC控制系統簡介1號PLC與安裝在提升機上的軸編碼器配合，完成提升行程和提升速度的控制功能。操作PLC將外部信號接收過來，按照預定的邏輯控制進行處理，并發出開車所需要的各種信號，使提升機按照預定的力圖和速度圖安全運行。第二節提升機PLC控制系統簡介PLC還對軸編碼器發出的脈沖進行記數，并進行脈沖量化處理，間接檢測計算出提升容器的行程和速度，并根據計算出的行程和速度對提升機進行監視保護。2號PLC與繼電器構成雙線制提升機安全保護回路。第二節提升機PLC控制系統簡介如圖8-2所示。第二節提升機PLC控制系統簡介提升機各部分的保護信號分為立即施閘、井口施閘、電氣制動和報警4類。其中井口施閘、電氣制動和報警類事故信號直接引入到PLC中，PLC將其處理后送監視器顯示故障類型并控制聲光報警系統報警并施閘。第二節提升機PLC控制系統簡介而立即施閘類事故信號除引入到PLC中處理、顯示、報警外，還直接引入到安全直動回路，動作施閘系統施閘。系統的安全回路有兩套：一套由PLC構成，另一套為繼電器直動回路。第二節提升機PLC控制系統簡介2.可控硅加速柜可控硅加速柜和以前的轉子接觸器在布線結構上一樣，承擔加速時的電阻切換，主要由晶閘管及其觸發回路構成。與原有的接觸器相比較，它具有無觸點、功耗小、維修量小等優點，因而具有廣闊的應用前景。第二節提升機PLC控制系統簡介3.低頻裝置交—交變頻電源柜低頻電源采用全數字交—交變頻器和現代控制技術，解決了礦井交流提升系統在減速段的調速與爬行問題。第二節提升機PLC控制系統簡介減速階段在各種負載條件下均可嚴格按照給定的速度圖運行，使交流拖動系統在負力減速方式下達到直流拖動系統的調速性能，提高了提升效率，而且節能效果十分顯著。第二節提升機PLC控制系統簡介（1）裝置采用全數字交—交變頻器和邏輯無環流控制技術，省去有環流系統的3個換流電抗器，具有體積小、噪音低、空載損耗小等特點。第二節提升機PLC控制系統簡介（2）減速段速度調節采用低頻發電制動方式，將系統的動能反饋給電網。與動力制動減速相比，不僅調速性能好，減速與爬行自然過渡，而且節能效果顯著。第二節提升機PLC控制系統簡介（3）采用現代智能控制技術實現速度閉環調節，負力減速階段在各種負載條件下均可嚴格按照給定的速度圖運行，使交流拖動系統在減速段已達到直流拖動系統的調速性能。第二節提升機PLC控制系統簡介（4）由于裝置優良的調節性能和發電制動與電動狀態的自然過渡，不需要進行任何主線路的轉換，可實現正力減速與爬行、負力減速與爬行等多種工作方式，在提升系統的最大靜張力差允許范圍內均能實現負力減速，能滿足主、副井提升的所有控制要求。第二節提升機PLC控制系統簡介（5）裝置采用多CPU計算機控制系統，在I/O接口、功能單元、信息存儲和系統總線等多方面采用了容錯設計。系統具有完善的自診斷功能，通過彩色液晶顯示器可以顯示各種故障信息、速度圖和系統運行參數等，提高了系統的可靠性和可維護性。第二節提升機PLC控制系統簡介4.上位機監控部分基于Windows操作系統，利用VB（VisualBasic編程語言）開發的提升監控軟件，一方面能使計算機在屏幕上實時動態反映提升機系統的所有運行參數和運行狀態。第二節提升機PLC控制系統簡介如顯示主回路、低壓配電回路、提升系統、速度圖、液壓制動系統、裝卸載系統和故障信息等畫面，能使提升機操作作業人員對提升機的運行狀況一目了然，若發生故障，提升機操作作業人員能及時從監視器上了解到故障類型及位置，及時通知維修人員排除故障。第二節提升機PLC控制系統簡介另一方面能使計算機自動診斷出故障類型，計算機對提升機進行故障診斷時，對系統輸入的所有信號用專業知識進行分析、推理，最后做出正確決策。第二節提升機PLC控制系統簡介整個故障診斷邏輯包括推理機構和知識數據庫兩大部分。為保證故障診斷結果的合理與正確，在決策的快速性和抗干擾能力方面做了重點考慮。第三節提升機的變頻調速控制系統一、變頻器及變頻技術介紹PLC與變頻器相結合的變頻調速，能夠很好地解決傳統交流繞線式電動機串電阻調速系統的缺點，變頻調速是通過改變定子供電頻率來達到電動機調速的目的，能夠滿足提升機特殊工作環境的要求，有明顯的節電效果。第三節提升機的變頻調速控制系統采用PLC對提升系統進行保護和監控，使系統更加安全可靠。變頻調速系統是提升機電控系統的發展方向。根據變頻調速原理，在變頻器的控制輸入回路中接入頻率設定電路，由PLC輸出的模擬量，即電壓或電流信號來控制變頻器的輸出頻率，實現電動機速度控制。第三節提升機的變頻調速控制系統為了便于監控變頻器的運行狀態并及時發現異常，應取出變頻器的異常信號送到PLC的輸入模塊，以作為變頻器的事故報警信號及安全制動。第三節提升機的變頻調速控制系統二、提升機的變頻調速拖動系統PLC控制的大功率煤礦提升機變頻調速控制系統由動力裝置、液壓站、變頻器、操作臺和控制監視系統組成。第三節提升機的變頻調速控制系統1.動力裝置動力裝置包括主電動機、減速器、滾筒、制動器和底座，完成人、物、料的運輸任務。主電動機通過減速器向滾筒提供牽引所需的動力。第三節提升機的變頻調速控制系統2.液壓站液壓站為提升機提供制動力，停車時先通過液壓站給滾筒施加機械制動力，再取消直流制動力。提升機啟動時，先對電動機施加直流制動，再松開機械抱閘，防止溜車，以保證系統安全可靠地工作。第三節提升機的變頻調速控制系統3.變頻調速器變頻調速器是動力裝置的能量供給單元，通過它可將輸入工頻電能轉換成頻率可調的電能提供給交流電動機，以達到控制交流電動機轉速的目的。第三節提升機的變頻調速控制系統4.操作臺操作臺設置2個手把，分別用于速度輔助給定及制動力給定。它是整個煤礦提升機運輸系統的控制核心，通過它可以設定系統的工作方式和控制方式。第三節提升機的變頻調速控制系統可以發布系統的各種控制命令，以實現對提升機啟動、加速、平穩運行、減速、停車以及緊急制動等各種控制功能。第三節提升機的變頻調速控制系統5.PLCPLC是系統中關鍵的一環，其主要的控制功能有主令操作控制和保護監視控制。第三節提升機的變頻調速控制系統主令操作控制對系統進行管理，實現提升機與操作臺之間的指令傳遞，向提升系統發出相應的指令，并改變相應電控系統的工作狀態，使提升機按照預定的力圖和速度圖安全運行。第三節提升機的變頻調速控制系統運行方式可分為啟動、等速運行、減速、爬行、停車。PLC根據運行方式對變頻器實現“S”形速度給定控制，實現箕斗運行速度的準“S”形曲線。第三節提升機的變頻調速控制系統PLC還完成各種保護監視功能。監控內容主要包括：超速監視、過卷監視、實時速度監視、井筒過卷監視、變頻器故障監視、礦車行程監視、過載監視、深度指示器監視等，以上監視內容出現故障時，通過報警回路報警或安全回路實現抱閘停車保護。第三節提升機的變頻調速控制系統6.控制監視系統控制監視系統是操作人員和控制系統及運輸系統之間的橋梁，它可以在線監測提升機運輸系統的各種工作參數、工作狀態、故障參數和故障狀態。第三節提升機的變頻調速控制系統三、變頻調速后提升機的工作過程三相電源由隔爆接線腔3個接線柱接入隔爆主腔內，大功率變頻器可以將工頻三相交流電經過交—直變換之后經過逆變器，利用設定的參數進行逆變，使得輸出為某一相應設定頻率的交流電來驅動電動機的運行。第三節提升機的變頻調速控制系統在提升過程中，控制提升機運行的主速度給定“S”形速度曲線由PLC編程產生，經過A/D轉換，由模擬量輸出口輸出，以驅動變頻器工作。對變頻器輸出頻率的調整控制，也可根據現場的工況需要，由操作臺速度控制手把以輔助給定的方式進行控制。第三節提升機的變頻調速控制系統旋轉編碼器可以檢測主電動機的轉速，并將此信號傳送給可編程控制器，PLC通過該信號可以累計計算提升機的行走距離。操作人員通過操作臺向PLC發送控制提升機運行的控制命令。第三節提升機的變頻調速控制系統控制監視系統通過與PLC的通信，將電動機的所有運行參數和故障參數都顯示出來，并對礦車的位置及速度進行時時監控，為操作人員分析、判斷和處理故障提供依據。第三節提升機的變頻調速控制系統四、提升機采用變頻調速拖動的優點變頻調速控制系統進行恒加速變頻調速啟動、恒減速變頻調速停車及行程變頻調速運行等。變頻調速范圍寬、調節精度高，采用變頻調速后，電動機可以實現真正意義上的軟啟動和平滑調速。第三節提升機的變頻調速控制系統變頻器調速還可通過軟件很方便地改變輸出轉矩和加減速時間、目標頻率、上下限頻率等，能夠使提升機“S”形速度給定很好地得到實現。第三節提升機的變頻調速控制系統PLC以軟件可編程的方式代替了大量的交流接觸器進行控制，克服了轉子串電阻調速系統的控制電路復雜，破損率高等缺點，提高了電力傳動控制系統的可靠性和安全性。第三節提升機的變頻調速控制系統另外，憑其強大的控制功能，除能實現一般的過壓、欠壓、過載、短路等保護外，還設有連鎖保護、自動限速保護功能等，能在很大范圍內對提升機進行安全保護和智能控制，具有很好的應用和推廣價值。第四節提升機的數字控制簡介一、數控提升機的組成數控提升機主要由電控系統、傳動系統、工作系統、制動系統、信號和操縱系統、指示保護系統等及其附屬部分組成。它以電動機為動力源，通過減速器、主軸裝置構成了高效的傳動系統和工作系統。第四節提升機的數字控制簡介由液壓站、盤形制動器裝置構成了可靠的制動系統；由操縱臺、電氣控制設備構成了完備的控制操縱系統；由深度指示器、測速發電機等構成了完善的指示、保護系統。第四節提升機的數字控制簡介二、典型數控提升機的結構JKM-4.6×6（III）型大罐籠提升機采用單容器（罐籠）+平衡錘的提升方式，井筒裝備為剛性組合罐道。第四節提升機的數字控制簡介主軸與電動機采用直連方式，滾筒直徑為4.6m，導向輪直徑為4.6m，電動機為2000kW交流雙繞組同步電動機，提升鋼絲繩根數6根，間距300mm，直徑48mm，提升罐籠為雙層柔性罐籠，提升機設計最大提升速度為8.19m/s。第四節提升機的數字控制簡介提升系統除井筒裝備、提升機主機外，還包括電控系統、傳動系統、制動系統和信號及操作系統等幾部分。第四節提升機的數字控制簡介1.電控系統提升機電控系統采用西門子電控系統，主要有以下4個特點：（1）雙PLC控制系統，一套PLC用于控制與監視，另一套主要負責監視，雙PLC進行比較，保證了信號采集的可靠性。第四節提升機的數字控制簡介（2）S7-400+FM458的控制組合，S7-400系列PLC為西門子高端PLC系列，FM458是西門子專門針對某些行業對自動化和工藝控制要求比較高的場合下而開發的64位處理器。第四節