第八章

提升機的拖動與控制第一節(jié)提升機的拖動第二節(jié)提升機PLC控制系統(tǒng)簡介第三節(jié)提升機的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)第四節(jié)提升機的數(shù)字控制簡介復(fù)習(xí)思考題第一節(jié)提升機的拖動一、提升機拖動類型及直流調(diào)速系統(tǒng)煤礦提升機使用電力拖動裝置有交流繞線型感應(yīng)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(jié)提升機的拖動1.交流繞線型感應(yīng)電動機拖動交流繞線型感應(yīng)電動機優(yōu)點是系統(tǒng)比較簡單，設(shè)備價格較低且技術(shù)比較成熟。主要缺點是采用附加電阻完成調(diào)速過程，增大了附加電能損失，實現(xiàn)自動化有一定的困難。第一節(jié)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(diào)速的，調(diào)速性能好，且與負荷大小及正負無關(guān)。在低速爬行階段，運行情況也十分理想。此外，由于電動機轉(zhuǎn)速幾乎與負載無關(guān)，因此容易實現(xiàn)自動化。第一節(jié)提升機的拖動直流他勵電動機拖動裝置的變流設(shè)備可分為兩大類：發(fā)電機—電動機（F—D）系統(tǒng)和晶閘管—電動機（SCR—D）系統(tǒng)。第一節(jié)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(xiàn)主井箕斗提升自動化和副井罐籠提升半自動化。第一節(jié)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(zhuǎn)依靠改變液壓泵輸出液流的方向來完成,提升機的轉(zhuǎn)速大小由改變液壓泵輸入液壓馬達油量大小來調(diào)節(jié)。第一節(jié)提升機的拖動二、直流電動機拖動的調(diào)速系統(tǒng)直流電動機與交流電動機相比，它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用和維護不如交流電動機方便。但直流電動機具有優(yōu)良的啟動、調(diào)速和制動性能。第一節(jié)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(nèi)平滑調(diào)速，在煤礦提升系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。提升機采用直流拖動調(diào)速系統(tǒng)，主要有G—M系統(tǒng)、V—M系統(tǒng)和直流脈寬調(diào)速（PWM）系統(tǒng)。第一節(jié)提升機的拖動1.G—M系統(tǒng)（發(fā)電機—電動機調(diào)速系統(tǒng)）原動機拖動直流發(fā)電機實現(xiàn)變流，由直流發(fā)電機給需要調(diào)速的直流電動機供電，調(diào)節(jié)直流發(fā)電機的勵磁電流即可改變其輸出電壓，從而調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。這種直流調(diào)速系統(tǒng)稱為“發(fā)電機—電動機系統(tǒng)”，簡稱“G—M系統(tǒng)”。第一節(jié)提升機的拖動2.V—M系統(tǒng)（晶閘管—電動機調(diào)速系統(tǒng)）系統(tǒng)中電源是靜止裝置，通過調(diào)節(jié)觸發(fā)器的控制電壓來移動觸發(fā)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(xiàn)直流電動機的平滑調(diào)速。這種直流調(diào)速系統(tǒng)稱“晶閘管—電動機調(diào)速系統(tǒng)”，簡稱“V—M系統(tǒng)”。第一節(jié)提升機的拖動3.直流脈寬調(diào)速（PWM）系統(tǒng)系統(tǒng)中電源是靜止裝置，能改變晶體管的導(dǎo)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(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬，可達1∶10000左右。第二節(jié)提升機PLC控制系統(tǒng)簡介一、PLC控制系統(tǒng)的組成提升機是整個礦井的樞紐，它應(yīng)能按照預(yù)定的力圖和速度圖，在四象限實現(xiàn)平穩(wěn)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(jù)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(tǒng)構(gòu)造的交流提升機拖動系統(tǒng)第二節(jié)提升機PLC控制系統(tǒng)簡介PLC控制系統(tǒng)主要由PLC冗余控制系統(tǒng)、可控硅加速柜、低頻電源柜和上位機監(jiān)控等4部分構(gòu)成。第二節(jié)提升機PLC控制系統(tǒng)簡介二、PLC控制系統(tǒng)各組成部分的用途1.PLC冗余控制系統(tǒng)以網(wǎng)絡(luò)形式為連接紐帶的PLC冗余控制系統(tǒng)，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(jié)提升機PLC控制系統(tǒng)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(yù)定的邏輯控制進行處理，并發(fā)出開車所需要的各種信號，使提升機按照預(yù)定的力圖和速度圖安全運行。第二節(jié)提升機PLC控制系統(tǒng)簡介PLC還對軸編碼器發(fā)出的脈沖進行記數(shù)，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(jù)計算出的行程和速度對提升機進行監(jiān)視保護。2號PLC與繼電器構(gòu)成雙線制提升機安全保護回路。第二節(jié)提升機PLC控制系統(tǒng)簡介如圖8-2所示。第二節(jié)提升機PLC控制系統(tǒng)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(jiān)視器顯示故障類型并控制聲光報警系統(tǒng)報警并施閘。第二節(jié)提升機PLC控制系統(tǒng)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(tǒng)施閘。系統(tǒng)的安全回路有兩套：一套由PLC構(gòu)成，另一套為繼電器直動回路。第二節(jié)提升機PLC控制系統(tǒng)簡介2.可控硅加速柜可控硅加速柜和以前的轉(zhuǎn)子接觸器在布線結(jié)構(gòu)上一樣，承擔(dān)加速時的電阻切換，主要由晶閘管及其觸發(fā)回路構(gòu)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(yōu)點，因而具有廣闊的應(yīng)用前景。第二節(jié)提升機PLC控制系統(tǒng)簡介3.低頻裝置交—交變頻電源柜低頻電源采用全數(shù)字交—交變頻器和現(xiàn)代控制技術(shù)，解決了礦井交流提升系統(tǒng)在減速段的調(diào)速與爬行問題。第二節(jié)提升機PLC控制系統(tǒng)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(tǒng)在負力減速方式下達到直流拖動系統(tǒng)的調(diào)速性能，提高了提升效率，而且節(jié)能效果十分顯著。第二節(jié)提升機PLC控制系統(tǒng)簡介（1）裝置采用全數(shù)字交—交變頻器和邏輯無環(huán)流控制技術(shù)，省去有環(huán)流系統(tǒng)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(jié)提升機PLC控制系統(tǒng)簡介（2）減速段速度調(diào)節(jié)采用低頻發(fā)電制動方式，將系統(tǒng)的動能反饋給電網(wǎng)。與動力制動減速相比，不僅調(diào)速性能好，減速與爬行自然過渡，而且節(jié)能效果顯著。第二節(jié)提升機PLC控制系統(tǒng)簡介（3）采用現(xiàn)代智能控制技術(shù)實現(xiàn)速度閉環(huán)調(diào)節(jié)，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(tǒng)在減速段已達到直流拖動系統(tǒng)的調(diào)速性能。第二節(jié)提升機PLC控制系統(tǒng)簡介（4）由于裝置優(yōu)良的調(diào)節(jié)性能和發(fā)電制動與電動狀態(tài)的自然過渡，不需要進行任何主線路的轉(zhuǎn)換，可實現(xiàn)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(tǒng)的最大靜張力差允許范圍內(nèi)均能實現(xiàn)負力減速，能滿足主、副井提升的所有控制要求。第二節(jié)提升機PLC控制系統(tǒng)簡介（5）裝置采用多CPU計算機控制系統(tǒng)，在I/O接口、功能單元、信息存儲和系統(tǒng)總線等多方面采用了容錯設(shè)計。系統(tǒng)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(tǒng)運行參數(shù)等，提高了系統(tǒng)的可靠性和可維護性。第二節(jié)提升機PLC控制系統(tǒng)簡介4.上位機監(jiān)控部分基于Windows操作系統(tǒng)，利用VB（VisualBasic編程語言）開發(fā)的提升監(jiān)控軟件，一方面能使計算機在屏幕上實時動態(tài)反映提升機系統(tǒng)的所有運行參數(shù)和運行狀態(tài)。第二節(jié)提升機PLC控制系統(tǒng)簡介如顯示主回路、低壓配電回路、提升系統(tǒng)、速度圖、液壓制動系統(tǒng)、裝卸載系統(tǒng)和故障信息等畫面，能使提升機操作作業(yè)人員對提升機的運行狀況一目了然，若發(fā)生故障，提升機操作作業(yè)人員能及時從監(jiān)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(jié)提升機PLC控制系統(tǒng)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(tǒng)輸入的所有信號用專業(yè)知識進行分析、推理，最后做出正確決策。第二節(jié)提升機PLC控制系統(tǒng)簡介整個故障診斷邏輯包括推理機構(gòu)和知識數(shù)據(jù)庫兩大部分。為保證故障診斷結(jié)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(jié)提升機的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)一、變頻器及變頻技術(shù)介紹PLC與變頻器相結(jié)合的變頻調(diào)速，能夠很好地解決傳統(tǒng)交流繞線式電動機串電阻調(diào)速系統(tǒng)的缺點，變頻調(diào)速是通過改變定子供電頻率來達到電動機調(diào)速的目的，能夠滿足提升機特殊工作環(huán)境的要求，有明顯的節(jié)電效果。第三節(jié)提升機的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)采用PLC對提升系統(tǒng)進行保護和監(jiān)控，使系統(tǒng)更加安全可靠。變頻調(diào)速系統(tǒng)是提升機電控系統(tǒng)的發(fā)展方向。根據(jù)變頻調(diào)速原理，在變頻器的控制輸入回路中接入頻率設(shè)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(xiàn)電動機速度控制。第三節(jié)提升機的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)為了便于監(jiān)控變頻器的運行狀態(tài)并及時發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)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(jié)提升機的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)二、提升機的變頻調(diào)速拖動系統(tǒng)PLC控制的大功率煤礦提升機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)由動力裝置、液壓站、變頻器、操作臺和控制監(jiān)視系統(tǒng)組成。第三節(jié)提升機的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)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(wù)。主電動機通過減速器向滾筒提供牽引所需的動力。第三節(jié)提升機的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)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(tǒng)安全可靠地工作。第三節(jié)提升機的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)3.變頻調(diào)速器變頻調(diào)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(zhuǎn)換成頻率可調(diào)的電能提供給交流電動機，以達到控制交流電動機轉(zhuǎn)速的目的。第三節(jié)提升機的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)4.操作臺操作臺設(shè)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(tǒng)的控制核心，通過它可以設(shè)定系統(tǒng)的工作方式和控制方式。第三節(jié)提升機的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)可以發(fā)布系統(tǒng)的各種控制命令，以實現(xiàn)對提升機啟動、加速、平穩(wěn)運行、減速、停車以及緊急制動等各種控制功能。第三節(jié)提升機的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)5.PLCPLC是系統(tǒng)中關(guān)鍵的一環(huán)，其主要的控制功能有主令操作控制和保護監(jiān)視控制。第三節(jié)提升機的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)主令操作控制對系統(tǒng)進行管理，實現(xiàn)提升機與操作臺之間的指令傳遞，向提升系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的指令，并改變相應(yīng)電控系統(tǒng)的工作狀態(tài)，使提升機按照預(yù)定的力圖和速度圖安全運行。第三節(jié)提升機的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)運行方式可分為啟動、等速運行、減速、爬行、停車。PLC根據(jù)運行方式對變頻器實現(xiàn)“S”形速度給定控制，實現(xiàn)箕斗運行速度的準“S”形曲線。第三節(jié)提升機的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)PLC還完成各種保護監(jiān)視功能。監(jiān)控內(nèi)容主要包括：超速監(jiān)視、過卷監(jiān)視、實時速度監(jiān)視、井筒過卷監(jiān)視、變頻器故障監(jiān)視、礦車行程監(jiān)視、過載監(jiān)視、深度指示器監(jiān)視等，以上監(jiān)視內(nèi)容出現(xiàn)故障時，通過報警回路報警或安全回路實現(xiàn)抱閘停車保護。第三節(jié)提升機的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)6.控制監(jiān)視系統(tǒng)控制監(jiān)視系統(tǒng)是操作人員和控制系統(tǒng)及運輸系統(tǒng)之間的橋梁，它可以在線監(jiān)測提升機運輸系統(tǒng)的各種工作參數(shù)、工作狀態(tài)、故障參數(shù)和故障狀態(tài)。第三節(jié)提升機的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)三、變頻調(diào)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(nèi)，大功率變頻器可以將工頻三相交流電經(jīng)過交—直變換之后經(jīng)過逆變器，利用設(shè)定的參數(shù)進行逆變，使得輸出為某一相應(yīng)設(shè)定頻率的交流電來驅(qū)動電動機的運行。第三節(jié)提升機的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)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(chǎn)生，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，由模擬量輸出口輸出，以驅(qū)動變頻器工作。對變頻器輸出頻率的調(diào)整控制，也可根據(jù)現(xiàn)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(jié)提升機的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)編碼器可以檢測主電動機的轉(zhuǎn)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(fā)送控制提升機運行的控制命令。第三節(jié)提升機的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)控制監(jiān)視系統(tǒng)通過與PLC的通信，將電動機的所有運行參數(shù)和故障參數(shù)都顯示出來，并對礦車的位置及速度進行時時監(jiān)控，為操作人員分析、判斷和處理故障提供依據(jù)。第三節(jié)提升機的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)四、提升機采用變頻調(diào)速拖動的優(yōu)點變頻調(diào)速控制系統(tǒng)進行恒加速變頻調(diào)速啟動、恒減速變頻調(diào)速停車及行程變頻調(diào)速運行等。變頻調(diào)速范圍寬、調(diào)節(jié)精度高，采用變頻調(diào)速后，電動機可以實現(xiàn)真正意義上的軟啟動和平滑調(diào)速。第三節(jié)提升機的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)變頻器調(diào)速還可通過軟件很方便地改變輸出轉(zhuǎn)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(xiàn)。第三節(jié)提升機的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)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(zhuǎn)子串電阻調(diào)速系統(tǒng)的控制電路復(fù)雜，破損率高等缺點，提高了電力傳動控制系統(tǒng)的可靠性和安全性。第三節(jié)提升機的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)另外，憑其強大的控制功能，除能實現(xiàn)一般的過壓、欠壓、過載、短路等保護外，還設(shè)有連鎖保護、自動限速保護功能等，能在很大范圍內(nèi)對提升機進行安全保護和智能控制，具有很好的應(yīng)用和推廣價值。第四節(jié)提升機的數(shù)字控制簡介一、數(shù)控提升機的組成數(shù)控提升機主要由電控系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、工作系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、信號和操縱系統(tǒng)、指示保護系統(tǒng)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(gòu)成了高效的傳動系統(tǒng)和工作系統(tǒng)。第四節(jié)提升機的數(shù)字控制簡介由液壓站、盤形制動器裝置構(gòu)成了可靠的制動系統(tǒng)；由操縱臺、電氣控制設(shè)備構(gòu)成了完備的控制操縱系統(tǒng)；由深度指示器、測速發(fā)電機等構(gòu)成了完善的指示、保護系統(tǒng)。第四節(jié)提升機的數(shù)字控制簡介二、典型數(shù)控提升機的結(jié)構(gòu)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(jié)提升機的數(shù)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(dǎo)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(shù)6根，間距300mm，直徑48mm，提升罐籠為雙層柔性罐籠，提升機設(shè)計最大提升速度為8.19m/s。第四節(jié)提升機的數(shù)字控制簡介提升系統(tǒng)除井筒裝備、提升機主機外，還包括電控系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、制動系統(tǒng)和信號及操作系統(tǒng)等幾部分。第四節(jié)提升機的數(shù)字控制簡介1.電控系統(tǒng)提升機電控系統(tǒng)采用西門子電控系統(tǒng)，主要有以下4個特點：（1）雙PLC控制系統(tǒng)，一套PLC用于控制與監(jiān)視，另一套主要負責(zé)監(jiān)視，雙PLC進行比較，保證了信號采集的可靠性。第四節(jié)提升機的數(shù)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，F(xiàn)M458是西門子專門針對某些行業(yè)對自動化和工藝控制要求比較高的場合下而開發(fā)的64位處理器。第四節(jié)