基于PLC的矿井提升机调速控制系统设计.pdf

第3期 2019年8月 水力采煤与管道运输 HYDRAULIC COAL MINING 提升机；调速；控制系统 中图分类号TD633 文献标志码A 随着采矿类机械设备自动化程度的提升，，对于 矿井提升装置来说，其内部大多数都配备了一套控 制系统，，用来确保提升装置在完成基本的矿井作业 任务的同时，，还能够保证其安全性。德国自20世 纪80年代后期将交流调频技术运用至提升机中， ， 在当时的采矿行业中取得了巨大优势一2而国内 关于控制系统的研究主要经过了三个阶段，首先是 交流绕线式异步电动机转子串电阻系统，其次是直 流电动机传动系统，，最后为交流变频调速系统，，总 的来说调速控制系统对于提升机来说已经成为了一 个重要的组成部分_5。 。 根据信湖煤矿矿井的实际作业情况，，基于PLC 技术对提升机设计了一套调速控制系统，其中包括 调速控制系统的分析、总体方案的设计、控制系统 的硬件选型以及主回路和安全电路的设计p为电机磁极对数; ;s为 电机转差率， ， ；/为；/为电源输入频率， ，Hz。 。根据式 1 可知，通过改变电动机定子输入的电源频率来达到 改变电动机转速的目的，以此来进行调速控制调速 1.2调速控制方式 速 的方 有 ， ， 用的 速方 分为电动机转子串联电阻调速、、晶闸管调速、、双机 调速和PLC控制调速方式 1 电动机转子串联电阻调速方式优点为 调速效果随着串联电阻级数的增加，就会离预计值 更加接近，调速曲线的图像平滑；缺点为电阻串 联在控制上精准性差，另外随着串联电阻的增加， 电阻产热消耗的电能会大幅增多，电动机的输出功 率就会降低 2 晶闸管调速方式是改变电压来调节电机 转速的 提升机可上升，，也可下降，但交流电源的 整流电路中，，晶闸管的导通是单向的，所以电路中 的晶闸管只负责一个方向的调速，所以另需一种方 向相反安装有晶闸管的整流电路来满足另一个方向 上的调速 3 双 速方 电 来同 制一个提升机，，根据提升过程中变速的要求，，来切 换这两种电机中一个或两个同时工作来满足所需的 调速要求，或双机工作的运行方式来实现 但由于 是两台电机同时控制，所以其控制系统复杂，所需 硬件系统较多，实际生产难以实现 4 PLC控制调速方式为全数字化PLC控制 系统，拥有高集成度、结果精准，不仅可以完成变 速调控，还可同时兼顾其他设备的系统控制。在 此，采用此种控制方式来调节电机的无级变速 收稿日期2019 -05 - 14 DOI 10. 14187/j. c n ki. c n 13 - 1185/t n . 2019. 03. 012 作者简介张海兵1980 ，男，安徽宣城人，助理工程师，从事煤矿机电运输管理工作 E-ma il 12934137q q .c c m，Tel 0561 - 4879322 引用格式张海兵基于PLC的矿井提升机调速控制系统设计J]-水力采煤与管道运输，2019 3 34 -36，40- 34 第3 D张海兵 PLC的矿井 速 系设计2019年8月 1.3系统运行速度分析速度参数计算系统运行速度分析速度参数计算 井式的提升机常见的形式有 和罐笼两种 形式]o在上升 的 程中， 加 速提升，当达到要求的速度后会变成稳定的匀速运 行状态，在到达井 井底时开始减速，最后低速 爬行直到停止运行 如图1所示，为提升机运行过程的速度图 V/ms* Vm t l ” t 3 I M * t S 图1提升机运行速度图 图1中H至H表示初始加速时间、主加速时间、 最大速度匀速 、主减速 、提升机停止时间。 根据提升机运行速度图能得岀以下结论 1初始加速时间H为 I 5 ， B0 式中”0为初始速度 2 主加速时间H1为 - I H1 二 ， B1 式中％为最大速度 3 主加速H1时间段的距离为 4主减速时间H为 - 5 H时间段的距离为 9 _ H 3 _ 2 右 6 提升机爬行时间H为 _ 9 方4 4 7 最大速度匀速运行距离9为 9 9-9 - 91 - 9 8 最大速度匀速运 H为 _ 9 方2 2调速控制系统总体设计方案 2. 1 PLC调速控制系统总图调速控制系统总图 矿井提升机的整个基于PLC控制的调速系统 频器、操作台、监 、编码等 ，整 图2 示 图2控制系统总图 2.2总体设计方案总体设计方案 在整 系统中，既包括控制调速，启停的 主控制系统，还包括监控、检测、 等部分 2.2.1 0主 系 1 主 系统可以实现手动、半自动、全自 动 ，可以检测提升机各种运行方式的控制切 换 2 根据工作要求完成提升机的无级变速 3 提供 停车、闭锁功能及停车保护等 功能 4控制程序既可在线编译，也可离线编译。 5 采用数字化显示，提高准确率，降低失 误率 6实时连接矿井生产管理系统，及时有效 地对提升机的运 监测和 2.2.2 0监 系 监控系统主要由上位机对提升机控制过程中的 各参 示在各路 入PLC前， 用编码器进行数字化处理，处理完成后以数字化 来 示，这 系统有故障时，就能够准确 系统的故障 2.2.30 护系 系统对提升机运行中的各个关键部位进行实时 保护，岀现问题时能够自动 2.2.4 0 动 系 动 系 的主要作用 对提升 减速 与渐停 系必须含有调速和启停的主控系 统， 现故障时，能够及时的减速与制停另 ，在系统运行中的超速、 等情 ，也 以 35 第3 D 水力采与管道运输2019年8月 通过主控系统进行制动 3控制系统的硬件选型及电路设计 3. 1控制系统的硬件选型控制系统的硬件选型 依据矿井提升机的工作原理，并结合PLC控 制技术，其调速控制系统的硬件分布如图3所示, 主要包括三个部分，分为动力 件、扌 件以及主 件；其中动力源组件包括高压电网 以及转子电动机高压电网为控制系统提供相应的 电压 ，而转子电动机负 电压 ，并实 现动力的输岀； 件包括高压馈电开关柜、 制动电 、辅助 、高压换向电制动切换柜 以及调速变频柜主 件作为整 系统的 核心硬件，其内部设置有主 ，充分发挥了 PLC技术的自动化作业技术，同 有上位机组 态软件，使得整 系统在运转的过程中能够将 输入的 及时采集，并在 对 分 析，最 有效 的输岀以 对主要的 件和主 件 功能介绍与分析 ______ | 进也柴r电樹hi I 图3调速控制系统的硬件配置分布示意图 1 参照操作台的内部结构，对主控台整体 进行设计，首先在主控台的内部 用以 不同 类型的 传感器，并在各类传感器之间通过信号 传输 ，从 在输送过程中的稳 与准确性；其次在主 面上安装仪表显示 ， 操作人员对整 系统的运 态进行 监控，并能对突发的设备故障情况及时作岀反馈， 整个系统工作时的 ；再次在输岀位 备有 设备， 最 整 主 能 化兼备数字化的 化作业状态 2 备了 高压换 电 动 换 ， 内 部 结构的设 功能 根主控台的 电压 对电动 的 转 ， 电动 的合理运转，同时考虑到电压的峰值可能较大，在 系统内部还 了机械与电 化的 ，进 确 了系 工作 的 ； 根 主 的输 工频电 与 动 电 的 确 36 换，保证整个系统动力源的合理释放 3 备了 动 电 ， 在工 作 程中 的 。首先在电源供应上具有独立设 的供电单元，同时在整体结构设计上具备防干涉 功能， 了 部高电流及高电压 致的信号 失问题；其次减少了制动的反应时间，提高了系 的制动效率，并在 程度上为整个系统的 运行提供了 障 4 备了 高压开关 ， 主要 关 系 统中高压部分在断开与 能够实现合理转 换， 同 为了提高整 的 ， 在高压开关 柜内部还配备了预防过电流以及过电压的 ，并 在主回路设置了手 化的 断路器，为整个 系统提供了可靠的工作 5 配备辅助 ，类似与常见的机械设 备中的辅助结构，主要用来 提升机中相应的辅 助性机构，如照明灯的开关 以及信号指示灯的 亮度调节和开关控制等，同在其内部还安置了备 用交流电源， 了系统的 作业 3.2控制系统主回路设计控制系统主回路设计 整 主 路的功能 在系 运 ， 为高压 、制动动力柜以及开断柜提供动力 ， 中在高压 电 开关中 了 断开关、 机电 化式的断路器以及电力监 ，这既 能够对高压开关 的 监 ， 还能够 整 路在 电压、 电 及 作 最为 的措施同考虑到系统的工作 高电 压、 高电 的 ， 系 的主 路设 计为双回路的形式，即采 条主要回路保证系统 的 作业， 条路 系统部件反生故障， 仍能 系统持续运行；其内部组件包括双回路信 输入线、变压器信号输 以及高压开关 部 3.3控制系统安全回路设计控制系统安全回路设计 除了在主回路内部设置了安全保护装置外，在 整个系统中还设置了 的 路，其动力源的 切断 部的行程开关来实现，其内部结构 包括复位开关、继电 、预 以及继电器 架等整 路设计的较为 ，能够在系 现电流、电压过载等 情 及时作岀反 应，继电 点在 内 ，提前 断开整个回路，确 了设备的正常运转以及 作 业，极程度地提高了整个系统的 与稳定 性。 下转第40页 第3期水力采煤与管道运输2019年8月 的控制因素 2以“8 ,楼块段为例,对岱河煤矿3煤层 顶板冒落规律进行了模拟研究根据RFPA2D软 件模拟结果得出，工作面正常回采期间，位于顶板 上方砂岩层之间的岩层区域为严重裂隙带，极易发 生瓦斯积聚，因此应在此范围内布置高位钻孔的终 孔，且终孔层位距离开采煤层顶板的法向距离为 10-35 m依据数值模拟的结果，计算出钻场之间 的最小压差为26. 64 m 参考文献 [1 ] 张子敏，张玉贵-三级瓦斯地质图与瓦斯治理[J]- 煤炭学报,2005 4 455 -458. [2 ] 俞启香矿井瓦斯防治[M]-徐州中国矿业大 学 “ 1992 10 -11. [3 ] 林柏泉，张建国矿井瓦斯抽放理论与技术[M]- 州 中国矿业 学 “ 1996 57 -58. [4 ] 彭英健，李增华，季淮君临涣矿煤层瓦斯压力预 测方法的研究[J] 煤矿安全,2013 , 44 3 17 -20. [5 ] Su n Peide. Co a l ga s dyn a mic s a n d it a ppl ic a t io n s [ J ]- Sc ien t ii Geo l o gic c Sin ic c, 1994 1 66 - 72. [6 ] 季淮君-可溶有机质对煤层瓦斯储运特性影响机理 究 [ D] . 中国矿业 学“ 2015. [7 ] 曹晓春，袁东升，冉松河梁北煤矿瓦斯地质规律 与瓦斯综合治理技术研究[J] 河南理工大学学报 自然科学版,2007 04 359 -364 , 369. [8 ] 王 尧，韩正林，凡海东，等漳村煤矿3-煤层 瓦斯赋存特征分析[J] 煤矿现代化，2011 06 65 -68. [9] 张子敏，张玉贵-大平煤矿特大型煤与瓦斯突出瓦 斯 质分析 [ J] . 煤炭学 “ 2005 02 137 - 140. [10] 0王 . 瓦斯 质 [ M] . 煤炭工业 “ 1992. [11 ] 焦作矿业学院瓦斯地质研究室-瓦斯地质概论 [ M] . 北 煤炭工业 “ 1990. [12] 何国益矿井瓦斯治理实用技术[M] 北京煤 炭工业 “ 2009. [13 ] 唐一博，李增华，杨永良，等-朱庄煤矿地质构造 与瓦斯赋存规律分析[J]-煤矿安全，2011, 42 10 100 -103. 上接第36页 4结论 针对信湖煤矿矿井中使用的提升机，具体完成 了以 工作 1 对其调速控制系统进行了分析与设计， 先阐述了调速控制的基本原理及方式，再对其整个 系统的运行速度进行了分析 2对该矿井提升机的调速控制系统进行了 总体设计 3 对其控制系统的硬件进行了选型及电路 设计 整个设计过程合理，逻辑清晰，对此类控制系 统的设计有一定的参考辅助价值 参考文献 [1 ] 沙童飞-基于PLC的矿井提升机智能型电控系统的 设计与研究[D].淮南安徽理工大学，2018. [2 ] 陈召磊，张豪-基于塔式立井提升机卸载煤仓砰 石处理的改进研究与应用[J]-煤矿机械，2018， 39 6 116 -118. [3 ] 郑光辉-变频调速技术在某提升绞车改造中的应用 探讨[J]-福建建材，2018 2 88 -90 [4 ] 刘同增，赵辉-矿井提升机及其控制技术[J]- 有色设备，2009 4 29 -32. [5 ] 杨丽丹，陈 华，赵宝法-交-直-交变流技术在 矿井提升机电控系统的应用[J]-矿山机械，2010 16 77 -79. [6] 李寒松，石静君-矿井提升机定量装卸载控制系统 的 究 [ J] . 矿山 械， 2000 8 34 -35. [7 ] 李季-矿井提升用箕斗罐笼的设计要求与结构 [ J] . 煤炭技术， 2009， 28 9 55 -56. 40