基于PLC控制的直流电控技术在矿山提升机中的应用.pdf

2 0 1 0年第 4期 中 州煤 炭 总第 1 7 2期 基于P L C控制的直流电控技术在矿山提升机中的应用 徐 波 河 南煤 业化 工 集 团 鹤 煤 公 司十 矿 ， 河 南 鹤壁4 5 8 0 0 0 摘要 针对继电器 和接触器控制的 T K D电控技 术所产生的故障率高 、 动作不可靠 、 能耗 高 、 效率低 、 噪声 大等 突出问题 ， 在分析副井提 升机使用直流提升技 术可行性 的基础上 ， 提 出 了采用 P L C控 制的直流 电控技 术的 总 体方 案。 应 用 效 果 表 明 ， 新 的直 流 电 控 系 统使 副 井 提 升 系统运 行 平 稳 、 保 护 完 善 。 关键词 P L C直流电控技术； 提升机； 提升 系统 中 图分 类 号 T D5 3 4 文 献 标 识 码 B 文室 编 号 t 0 0 30 5 0 6 2 01 0 0 40 0 5 50 2 近年 来 ， 随 着矿 山资源需 求 的高速增 长 ， 埘 矿 山 生 产技术 提 出了越 来越 高 的 要求 ， 国 内绝 大 多数 矿 井提 升机 电控 系统还使 用交 流串 阻调速继 电器一 接 触器 控制 ， 效率低 下 ， 安 全 隐 患 多 ， 严 重 制 约着 我 国 矿 山产业 的健康 发 展 ， 急需 进 行 大规 模 的技 术改 造 和设 备更新 。根 据 国家 第二批 明令禁 止使 用产 品 目 录 ， 鹤 煤 十矿副井 提升 机 T K D电控 系统 属 于禁用 产 品 ， 主要存 在 以下缺点 ①故 障率 高 ， 动作 不可靠 ， 接 触器触头易烧损 ， 安全性差 ； ②能耗高， 效率低 ， 噪声 大 。经分 析 ， 对 副井提 升机 实施 P L C控制 的直 流 电 控技 术改 造 。根 据 鹤煤 十 矿 使用 直 流 提 升 的情 况 ， 决定 采用 高速直 流电机 带减速 机拖 动 。 1 直 流 电控提 升 的可 行 性 分 析 副井提 升与 主井提 升有很 多不 同情 况。副井 在 上下 人员 时 ， 提 升 速 度 与 提 升 的加 速 度 、 减 速 度 在 煤矿安全规程 中有严格的要求 ， 加速度不得超过 0 ． 7 5 m ／ s ， 最 大提升 速度 不得超过 8 m ／ s 。因此 ， 在 副井提 升过程 中要求 提升 速度平稳 。直流拖 动技 术具 有 以下 优点 。 1 机械 特性较 好 。① 直 流 电动机 的机械 特 性 是硬 特性 ， 当改 变电压 启动 和调 速 时 ， 可 以实现无 级 启 动 和调 速 ， 启 动 平 滑性 好 ， 调 速 范 围 宽 ， 精 度 高 。 ②交 流 电动 机 的机械 特 性 是软 特 性 ， 在 矿井 提 升 中 多采 用转子 串 电阻调速 ， 当转 子 串入 电阻 调速 时 ， 电 动机 的输 出功率 减小 ， 效率 降低 ， 串电阻 调速并不 能 实现 真正无 级调速 ， 在切 换 电阻时 冲击 电流大 ， 很 大 收稿 日期 2 0 1 00 2 0 3 作者简介 徐波 1 9 7 2 一 ， 男， 江苏 晕宁人 ， 助理 丁 程师 ， 现从事机 电 1 作 。 一 部分 能量 消耗在 转子 电阻上 ， 节能 效果差 。 2 保护 与控制 功能完 善 ， 维护 工作 量 小 。P L C 控 制 的交 流 电控 系统 相对 于原 T K D电控 系统 ， 主要 差 别在 于无机 械触 点 ， 将 原来 的机 械 采集 信 号 转 变 为主角 编码 器采集 信 号 ， 从 控制 原 理 上 无法 实 现 真 正 全 自动化控 制 ， 必 须 由司机参 与提升 过程 ； 但其保 护 与控 制功 能 比 T K D完善 ， 维护维 修工作 量小 。 3 技 术成 熟 ， 性 能 稳 定 。全 数 字 直 流 调 节 装 置 采用模 块化 硬件结 构 ， 具 有硬件 结构 单一 、 参数稳 定 且调 整方便 、 调速 精度 高 、 可靠 性好 、 便于维 护 、 可 方 便与 上位机 联 网等特点 。该装 置经 过近几 年 的发 展 ， 技术 成熟 ， 性 能 稳 定 ， 是现 行 矿 井 提升 的 主 流装 置 。 4 节省时间 ， 节 约资金 。 由于鹤 煤 十矿主 井使 用直 流控 制 ， 如果副井 采用 交流 P L C电控 系统 ， 在 维 护维修 以及技术掌握上需要一 段时 间， 同时 因为 2种 不 同电控系统间存在差 别 ， 需要 备用 2种 关键部 位的 备件 ， 增 加一 定费用 ， 采用 同型号 控制系统 后 ， 只需要 备用 l 套 即可 ， 减少资金 占用和备用配 件数量 。 5 与相应 系统兼 容 。副井 如果 能 够采 用 高速 直 流电动 机带减 速机拖 动 ， 其 P L C电控 系统 如 果能 与 主井 同厂 家同型号 ， 就能 够在技 术掌 握 、 设 备维护 和 需用备 件等 方面 与 主井 达 成 一 致 ， 以提 高 副 井提 升 的平稳 性 ， 减 少设 备 的 维修 维 护 工作 量 以及 新技 术 掌握熟 悉 时间 ， 提 高主提 升 系统 的安 全系数 。 2 实施方案 1 将 原 4 8 0 k W 交 流 电动机 更换为 5 0 0 k W 直 流 电动 机 ， 保 留原减 速器 ， 配合 高速 电机组 建直流 拖 动 系统 。 5 5 2 0 1 0年第4期 中州煤炭 总第 1 7 2 期 2 将 原 T K D交 流 电控 系统 更换 为全 数字 直 流 调 速 P L C控 制 系 统 。新 系 统 结 构 如图 1 所 示 。 3 将 原操作 台更 换 为与 主 井 同 型号 同样 式 的不锈 钢台面操 作 台 。 3 运 行 效 果 2 0 0 9年 5月 3日 0 O 0班 正 式投 入 运 行 以来 ， 设 备运 行正 常。 1 提 升机采 用 P L C控 制 直流 高速 拖 动 ， 完全避 免 了机械接 点 的故 障 ， 维护 工作 量减 小 。 2 直 流 电机 无 级 调 速 ， 在 升 降 人 员 时 加速运 行平 稳 ， 人 员乘 坐 感 觉 良好 。 司 机操 作 简单 ， 方 便合 理 。 测速发 电 3 显示 台 深度 指 示 准 确 、 直 观 、 可 视 ， 各 种 保 护均 能够 正常投 人 和 切 除 ， 提 升速 度 稳 定 ， 加 速 、 等 速 、 减速 、 爬行 停车 阶 段 运行 平 稳 ， 提 升 机 最大 运 行 速度 7 ． 8 m／ s 。 4 上 位 机 可 显 示 运 行 速 度 、 高 度 、 运 行 曲 线 图 、 励 磁 电流 曲线 、 电 枢 电 流 曲线 、 安 全 回路 工 作 状 态 、 提升次数 、 故障原因等信息 ， 非常方便故障排除 与 自检 。 5 节 省 了提 升循 环 时 间 。副井 提 升 机使 一 次 提 升循环 时间减 少 1 5 s ， 提 高 了副井提 升量 ， 保 障 了 矿井 的运 输能 力 。 4效益分析 1 经济效益 。① 因交流提升系统采用转子 串 电阻调速 ， 在负 重提 升时使 用动 力制 动 ， 大 量 电能消 耗 到转子 电阻 上 ， 其 制 动 系统 属 于 能耗 制 动 。采 用 直 流提升后 可 避免 转 子 电 阻消 耗 大量 电能 ， 节 能 效 果 明显 比交 流 节 能 1 5 ％ ～2 0 ％ 。 副井 提 升 机 技 改后， 每月用电量减少 2 ． 3万 k Wh ， 年节 电约 2 7 ． 6 万k wh 。 ② 备件少 ， 维修费 用低 。 全数 字直 流提升 励磁变 一 屡 i 磁拒 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯． 减速箱 i } i 越 速 度反馈 l l 速度给定 节 柜 I 一 ． 1 ⋯⋯ r 一 一 t 一 。 t 一 一 一 一 一 一 机 鲁 一一一一一 一 ． ． ． 一 ⋯⋯⋯’ ’ 2 快速 开关 2 波电抗 器 一 l 一； 1 电流闭环调节 西 门子调节器2 图 1全 数 字 直 流 调 速 P LC 控 制 系 统 机 操作 系 统 以 西 门子 P L C为 控 制 核 心 ， 通 过 其 电 源／ 通信 模板 、 数 字量模 板 、 模 拟 量模板 、 高 速记数 模 板 采集 现 场 控 制信 号／ 故 障信 息 ， 发 出 控制 指 令 ， 传 输 数据 给上 位机 显示 ， 使操 作 系统 与 传 动 系统 互 相 结 合 ， 相 对 于 交 流 P L C控 制 或 T K D控 制所 需 备 件 少 ， 故 障少 ， 维修 费用低 。 2 社 会效 益 。副 井 提 升 在 上 下 人 员 时 ， 要 求 加 、 减 速平稳 ， 采 用 直 流提 升 可 完 全 实 现无 级 调 速 ， 运 行平 稳 ， 安 全性 能高 。 电控 系 统维 护 、 维 修工作 量 小 ， 安全 系数 高 ， 社 会效 益显 著 。 5 结 语 鹤 煤 十矿 副井 提 升 由 T K D系 统 改 造 为直 流 电 控 系统 ， 更改 拖动 电动 机 ， 使 副井 提升 系统 运行更 加 平稳 ， 保护更加完善， 经济效益显著。同时与主井使 用 相 同电控 系统 ， 维 修 人 员 学 习 掌 握 方 便 ， 备 件 节 省 ， 整体 操控 相 同 ， 司机 可 互 换 使用 ， 不 需要 适 应 时 间。为使 系 统更加 可 靠 ， 采用 双 励 磁 整 流柜 1用 1 备 ， 合 理调整 加减 速 段 ， 将 整 个 循 环 缩短 1 5 s 。此 次 改造 取得 了较 好 的 经 济 、 安 全 效 益 ， 值 得 推 广 应 用。 责任编辑 刘欢欢 上 接 第 5 4页 5 结 语 构造破碎带在各个矿井各个采掘空间存在的形 式不 同 ， 突水情 况也不 相 同 ， 要根 据实 际情 况选用 注 浆堵 水方法 进 行施 工 。在 条 件 复 杂情 况 下 ， 为 了起 ． 56 ． 到更好 的堵水 效果 ， 需 采取 几 种 方 法 同时或 交 叉 进 行。为确保采掘工作正常进行， 对构造破碎带突水 尽量“ 以堵为主， 能堵尽堵 ” ； 遇 到条件复杂不能完 全堵水时， 应采取“ 疏堵结合” 方法在人为控制下将 突 水排 出采 掘工作 空 间 。 责任 编辑 秦 爱新 耥