工控摘要：礦井提升機(jī)是礦井重大安全設(shè)備之一，在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中占有十分重要的地位。因此設(shè)備的安全可靠運(yùn)行就尤為重要。過(guò)去設(shè)備存在不少不足，變頻器的加入將有效地彌補(bǔ)缺陷。
　　
　　一、提升機(jī)概述：
　　
　　我國(guó)提升機(jī)設(shè)備中，普遍使用TKD系統(tǒng)，這種控制系統(tǒng)是采用繼電器有觸點(diǎn)的邏輯控制，以磁放大器為核心組成模擬量閉環(huán)調(diào)節(jié)。在繼電器控制系統(tǒng)中，要完成一個(gè)控制任務(wù)，支配控制系統(tǒng)工作的“程序”是由各分立元件(繼電器、接觸器、電子元件等)用導(dǎo)線連接起來(lái)加以實(shí)現(xiàn)的，這樣的控制系統(tǒng)稱為接線程序控制系統(tǒng)。在接線程序控制系統(tǒng)中，控制程序的修改必須通過(guò)改變接線來(lái)實(shí)現(xiàn)。幾十年來(lái)，這種控制系統(tǒng)由于受元件水平的限制而存在著缺陷，突出表現(xiàn)在:
　　
　　（1）擋位調(diào)節(jié)，調(diào)速不連續(xù)，運(yùn)行中機(jī)械振動(dòng)大，礦車沖擊大，制動(dòng)不安全；
　　
　　（2）啟動(dòng)及換擋時(shí)沖擊電流大，啟動(dòng)電流一般是額定電流的2-3倍，有時(shí)會(huì)更大，如果加速快，甚至?xí)鹂傞_關(guān)跳閘；
　　
　　（3）調(diào)速時(shí)大量的電能消耗在電阻上，不但浪費(fèi)嚴(yán)重，也造成工作環(huán)境的惡劣，空間噪聲大；
　　
　　（4）維修量大，不方便。由于操作時(shí)交流接觸器頻繁動(dòng)作，易造成觸點(diǎn)及線圈的燒壞，轉(zhuǎn)子更換碳刷頻繁；
　　
　　（5）耽誤生產(chǎn)。礦井是連續(xù)24小時(shí)工作，生產(chǎn)量大，任務(wù)繁重，由于電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)落后，制造工藝落后，即使維修，也會(huì)給生產(chǎn)帶來(lái)?yè)p失。
　　
　　二、變頻調(diào)速方案：
　　
　　2.1）礦井提升機(jī)變頻調(diào)速概況
　　
　　變頻調(diào)可平滑調(diào)速，調(diào)速范圍寬和節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)在提升機(jī)上得到了廣泛的應(yīng)用，礦井提升機(jī)一般對(duì)變頻器有以下要求：
　　
　　1．礦用電網(wǎng)波動(dòng)較大，變頻器在380V±20%能正常工作。
　　
　　2．運(yùn)行平穩(wěn)，加減速平滑，S型曲線加速段，在加減速過(guò)程中可做到加速度連續(xù)，無(wú)撞擊感。
　　
　　3．對(duì)回饋能量的處理方法：回饋制動(dòng)或能耗制動(dòng)。
　　
　　4．變頻器在整個(gè)工作過(guò)程中提供所需要的力矩特性：
　　
　　啟動(dòng)力矩大于2倍額定轉(zhuǎn)矩，尤其是當(dāng)?shù)V車停在井筒中間時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩比額定轉(zhuǎn)矩大得多。低頻轉(zhuǎn)矩在3Hz時(shí)大于1.6倍額定轉(zhuǎn)矩。
　　
　　5．有足夠的加速力矩，適應(yīng)重車提升時(shí)的加速過(guò)程。
　　
　　6．運(yùn)行過(guò)程中由于道軌不平整或滾筒偶爾出現(xiàn)鋼絲繩絞繩，會(huì)引起電機(jī)力矩的跳變，變頻器能承受這種跳變。
　　
　　7．運(yùn)行過(guò)程中若出現(xiàn)偶然事件，要求快速停車時(shí)能給出大于額定轉(zhuǎn)矩的制動(dòng)力矩，這時(shí)會(huì)有較大的能量饋送給變頻器。
　　
　　8．停車狀態(tài)下，能給出大于額定轉(zhuǎn)矩的制動(dòng)力矩，防止重車下滑。
　　
　　2.2）變頻調(diào)速改造方案
　　
　　此次改造的提升機(jī)為TKD型單繩纏繞式礦井提升機(jī)，原系統(tǒng)配置為2m滾筒，采用單鉤式，礦井為豎井，井深400m，提升重量為10噸，電機(jī)為380V/200KW/8級(jí)繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)，電機(jī)減速比20，制動(dòng)方式為液壓站盤型制動(dòng)器。系統(tǒng)改造配置為SH-ZTK-BP操作臺(tái)，變頻器為V560250KW，制動(dòng)單元為BR-DR-5HA280KW(客戶自配)，制動(dòng)電阻為3Ω/200KW。
　　
　　礦井提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)由操作臺(tái)、變頻系統(tǒng)、液壓站、潤(rùn)滑站、安全保護(hù)和控制監(jiān)視系統(tǒng)組成，系統(tǒng)框圖如下。
　　
　　變頻器控制示意圖系統(tǒng)工作原理：當(dāng)司機(jī)聽到開車信號(hào)時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，PLC控制將380V動(dòng)力電源接入變頻器。再松開液壓制動(dòng)閘并將主令控制器推到正向（或反向），提升機(jī)開始運(yùn)行。在提升過(guò)程中，控制提升機(jī)運(yùn)行的主速度給定S形速度曲線由PLC編程產(chǎn)生，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，由模擬量輸出口輸出，以驅(qū)動(dòng)變頻器工作；對(duì)變頻器輸出頻率的調(diào)整控制，也可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的工況需要，由操作臺(tái)速度控制手柄以輔助給定的方式進(jìn)行控制。旋轉(zhuǎn)編碼器可以檢測(cè)主電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，并將此信號(hào)傳送給可編程控制器，PLC通過(guò)該信號(hào)可以累計(jì)計(jì)算提升機(jī)的速度及行走距離，監(jiān)視器可以時(shí)時(shí)顯示提升機(jī)速度和位置。
　　
　　2.3）變頻器參數(shù)：
　　
　　為發(fā)揮矢量變頻器的電機(jī)控制特性，請(qǐng)對(duì)電機(jī)進(jìn)行參數(shù)自測(cè)定，自測(cè)定完成之后，可參考如下參數(shù)進(jìn)行設(shè)置：參數(shù)說(shuō)明
　　
　　F0.0.09=0000無(wú)感矢量控制
　　
　　F0.2.25=9頻率輸入方式為模擬量AI1
　　
　　F0.3.33=1運(yùn)行命令為外部端子控制
　　
　　F1.0.03=30加速時(shí)間
　　
　　F1.0.04=20減速時(shí)間
　　
　　F0.4.54=1自由停機(jī)控制
　　
　　F3.0.00=14緊急停機(jī)
　　
　　F3.0.01=7正轉(zhuǎn)
　　
　　F3.0.02=8反轉(zhuǎn)
　　
　　F3.0.03=13故障復(fù)位
　　
　　制動(dòng)單元的制動(dòng)電壓設(shè)置為625V。
　　
　　2.4）V560變頻驅(qū)動(dòng)優(yōu)勢(shì):
　　
　　*、強(qiáng)大的低頻力矩消除了溜鉤現(xiàn)象。
　　
　　即使在上升過(guò)程中途進(jìn)行了剎車，在中途就可以把重物拉起來(lái)，不需要把重物放到平地上重新啟動(dòng)，啟動(dòng)力矩開環(huán)狀態(tài)下達(dá)到0.5Hz180%力矩。
　　
　　第二、*的系統(tǒng)保護(hù)功能和環(huán)境適應(yīng)能力。
　　
　　V560多達(dá)30種保護(hù)功能和幾十種警告功能，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。電網(wǎng)適應(yīng)能力強(qiáng)，電網(wǎng)電壓在320V~480V范圍內(nèi)，變頻器也能正常工作。
　　
　　第三、超速限制保護(hù)功能
　　
　　當(dāng)絞車速度超過(guò)一定程度的時(shí)候，自動(dòng)限制zui高速度，大大提高了安全性。
　　
　　第四、車斗脫軌故障率明顯降低
　　
　　平穩(wěn)的加速和減速，避免了絞車掉道的可能性，也大大減少了機(jī)械和鋼繩的磨損。
　　
　　第五、可靠的抱閘時(shí)序控制功能
　　
　　啟動(dòng)的時(shí)候預(yù)先給足夠的力矩再松開抱閘，確保不會(huì)下溜，當(dāng)快要*停機(jī)的時(shí)候但還有力矩輸出的時(shí)候抱閘抱緊，當(dāng)發(fā)生故障或者安全回路出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候，能夠自動(dòng)的實(shí)現(xiàn)機(jī)械剎車，確保安全。
　　
　　第六、能夠和機(jī)械剎車以及安全回路配合使用
　　
　　能夠與原來(lái)的系統(tǒng)的安全回路兼容，同時(shí)和各種類型機(jī)械剎車配合，zui大限度地保障了整個(gè)系統(tǒng)的安全。
　　
　　第七、自動(dòng)檢測(cè)斷線故障并抱閘停機(jī)。
　　
　　系統(tǒng)能夠通過(guò)運(yùn)行電流檢測(cè)是否處于斷線狀態(tài)，并與機(jī)械制動(dòng)進(jìn)行配合使用。
　　
　　第八、顯示相關(guān)參數(shù)和鍵盤拷貝
　　
　　通過(guò)設(shè)置，可以屏蔽不相關(guān)參數(shù)，顯示相關(guān)參數(shù)，和鍵盤拷貝功能，使調(diào)試更加方便快捷。三、新系統(tǒng)與原系統(tǒng)比較
　　
　　1）技術(shù)性能
　　
　　變頻調(diào)速屬無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍大，調(diào)速精度高，爬行速度易控制，重物下放操作時(shí)易操作，安全性能好，對(duì)提升機(jī)等相關(guān)機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行和停止過(guò)程中沖擊比較小。電阻調(diào)速屬有級(jí)調(diào)速，開環(huán)控制，調(diào)速精度低，爬行速度不易控制。重物下放操作時(shí)，需動(dòng)力制動(dòng)與轉(zhuǎn)子電阻配合操作，全憑司機(jī)的經(jīng)驗(yàn)和感覺(jué)，很難準(zhǔn)確控制，安全性能差對(duì)提升機(jī)等相關(guān)機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行和停止過(guò)程中沖擊比較大。
　　
　　2）間接效果
　　
　　（1）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，提高了系統(tǒng)的可靠性，改善了操作人員的工作環(huán)境，使噪音及室溫降低。
　　
　　（2）調(diào)速連續(xù)方便，連續(xù)平滑調(diào)節(jié)。
　　
　　（3）實(shí)現(xiàn)了軟起動(dòng)和軟停止，使運(yùn)行更加平穩(wěn)，機(jī)械沖擊小。
　　
　　（4）啟動(dòng)及加速過(guò)程沖擊電流小，加速過(guò)程中zui大電流不超過(guò)1.3倍的額定電流，提升機(jī)在重載下從低速平穩(wěn)無(wú)級(jí)平滑的升至zui高速，沒(méi)有大電流出現(xiàn)，減小了對(duì)電網(wǎng)的沖擊。
　　
　　（5）采用變頻控制后，可采用原繞線式電機(jī)，不需要作任何改動(dòng)。
　　
　　3）絞車保護(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、缺相等保護(hù)，同時(shí)與操作臺(tái)的數(shù)字式深度監(jiān)視器配合，可實(shí)現(xiàn)絞車過(guò)卷、過(guò)速、減速、限速等重要保護(hù)的雙線制保護(hù)功能，滿足安全規(guī)程要求。轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速裝置內(nèi)的鼓形控制器、正反向接觸器通過(guò)電流大，又頻繁動(dòng)作，觸點(diǎn)易燒損；電阻發(fā)熱量大、接頭多、易氧化或接觸不良而發(fā)熱，所以維護(hù)量極大。變頻調(diào)速裝置采用無(wú)觸點(diǎn)控制，電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)采用計(jì)算機(jī)控制，加上變頻調(diào)速裝置的功率器件及控制計(jì)算機(jī)模件均采用進(jìn)口產(chǎn)品，產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良可靠，維護(hù)量極低。
　　
　　工控觀點(diǎn)：變頻器有效幫助提升機(jī)節(jié)電率在30-40%左右，且控制質(zhì)量大為提高，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。。同時(shí)由于電動(dòng)機(jī)不再需要頻繁地起動(dòng)和停止，不必再由繼電器、接觸器進(jìn)行控制，使整個(gè)系統(tǒng)的壽命大為延長(zhǎng)。實(shí)現(xiàn)軟停和軟起，消除了電動(dòng)機(jī)硬起動(dòng)過(guò)程中對(duì)電網(wǎng)的沖擊。另外操作簡(jiǎn)便，省時(shí)省力。礦用絞車?yán)@線電機(jī)改用變頻調(diào)速方式后，系統(tǒng)具有一定的節(jié)電效果，更重要的是具有柔性化控制，使系統(tǒng)的性能大大提高和機(jī)械部份壽命延長(zhǎng)的同時(shí)使提升機(jī)獲得平穩(wěn)、安全、可靠的運(yùn)行狀態(tài)。