基于变频器控制的矿井提升机系统.pdf

第 6期 2 0 0 8年 1 2月 工矿 自 动化 I n d u s t r y a n d M i n e Au t o ma t i o n No ． 6 De c ． 2 0 0 8 文章编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 0 8 0 6 0 1 2 8 0 4 基于变频器控制的矿井提升机系统 李 荣生 ， 宋平 山西 大 同大学工 学院 ， 山西 大 同0 3 7 0 0 3 摘要 针对中小型煤矿斜 井提升机采用继电器一接触器控制方式进行调速的缺陷， 文章提 出了一种采用 通用 变频器 对提 升机 进行 变频调速 的 改造方案 ， 详 细介 绍 了变频调 速的基 本控 制 电路 ， 并 对 电气控 制 系统 中 的关键技 术及 主要参 数设 定进行 了说 明。 关 键词 中小型矿 井 ； 提升机 ；变频 器 ；变频调速 中图分 类号 T D 6 3 3 文 献标识码 B 0 引言 矿井提升机是沿井筒提升煤炭、 矸石 、 升降人员 和设备 、 下放材料的大型机械设备 ， 在矿井生产的全 过程中占据着极其重要的地位。 随着国家对 乡镇 中小型煤矿进行资源整合政 策 的实施 ， 这 类矿井 生产 能力 大多 核定 在 年产 2 1 ～ 3 0万 t 。该类矿 井大 多采用 竖立井 与斜 井混 合 开拓 方式 ， 主 、 副 斜井双 单 钩 串车 运 输 占有 相 当 比重 ， 一 般 多选用 的是 J T P一1 ． 6系 列 矿用 提 升 机 ， 其 电 控系 统采用 以 电流 为 主附加时 限 的继 电器 一接 触器 控制方式实现调速 。该控制系统运行时主要存在的 问题 一是生 产过 程 中频 繁切换 继 电器 ， 接触 器触头 容易氧化 ， 电动机电刷磨损严重； 二是对转子磁力站 维护 调节不 当 ， 提 升机 实际运行 的加 、 减速度 偏离设 计 的速度 图 ， 导致 运行 中提升 机运行不 稳定 ； 三是工 作环境噪声高 ， 电能损耗大。 随着 电 力 电 子 技 术 的 发 展 ， 适 用 于 功 率 为 2 0 0 k W以下 的 中小 型 提 升机 低 压 变频 器 成 为 工业 控制技术的发展方向。为提高中小型煤矿安全生产 自动 化水 平 ， 本 文介 绍 一种 基 于 变频 器 控制 的矿 井 提升机系统， 以实现提升电动机的无级平滑调速 。 1提升 生产 的工艺 过程 斜井 平车 场双钩 串车提 升机 运行 速 度 图如 图 1 所示 。图 1中， 厂 、 为上、 下平车场 的运行频率， 收稿 日期 2 0 0 8 0 7 1 5 作者简介 李荣生 1 9 5 7 一 ，男 ， 山西运 城人， 副教授 ，1 9 8 3年 毕业于山西矿业学 院电气 自动化专业 ， 现主要从事 电气 自动化方面 的教学与科研工作 。Te l 1 3 1 3 3 2 2 0 4 5 3 ， E ma i l l r s 1 9 5 7 1 6 3 ． C O rn ．厂 2 为主要运行速度频率。为确保当制动闸松开后 ， 变频器能控制住载物的升降而不会发生溜钩现象， 设置当工作频率为 ， o 、 时， 变频器开始检测电动 机电流， 该 电流信号的输 出作为松闸或抱闸的起始 值 。在平 车场上 ， 双钩 串车 开始提 升时 ， 地 面空 串车 由井 口以初 加 速 度 a 。开 始 至 的速 度 向下 推 进 ， 提升机随即缓缓地转动 ； 井下重串车也 以相同的速 度从井底车场被提升机牵引上行。当串车全部进入 井筒直线段轨道后， 提升机便 以主加速度 a 再次加 速直至最大速度 ≤5 m／ s 进入等速运行 阶段。 之后提升机开始第一次减速， 将速度降低到 口 。当 重 串车驶 出井 口后 ， 提升机继续减速 ， 并开始制动 ， 最终停于地面平车场重车道内。把钩工将钢丝绳钩 头从重串车上摘下来 ， 再挂到空串车上 。同时， 空串 车也到达井底车场空车道并停稳， 井底把钩工将钢 丝绳钩头摘下并挂到重串车上 ， 为下次提升作好准 备。串车提升的摘挂钩时间 通常取 2 5 3 0 S 。 {t l 0 l 0 。 l ● ● I ． I I - I I 嘶n ． r 10 ．3 0 ． 5 1 0 ． 5 0 ．4 l L ／ m l I ￡ 0 L 1 I 2 I L 3 L 4 I L 5 l L 6 J s I fo l I t 1 I t2 l t 4 I t s I t 6 0 l 脚 I I 1 ． 5 l I v m I 1 ． O I l 程序步 多 步 1 I 多 步2 多步3 I多 步4 I 图 1 斜井平车场双钩串车提升机运行速度 图 2 基 于变 频器控 制的矿 井提 升机 系统 2 ． 1 基本控 制 电路 基于变频器控制的矿井提升机系统选用富士公 2 0 0 8年第 6期 李荣生等 基于变频器控制的矿井提升机 系统 1 2 9 司生产 的 F R 5 0 0 0 G1 1 S通 用 变 频 器 ， 基本 控 制 电路 如图 2所示 ， 利用主令控制器 L K实现提升过程 中 KM 1 L． 深 深度指示器＼ ． ／ 多档速度控 制， 分别对应 图 1 所示 的运行频率 -厂 、 l { { o AC 2 2 0V A 1 l F DW L K T I r 1 _ _ r _ 二千印 _ 广 _ l l I l I - I l l I 制 动 电 阻 丁][ 制动单元 R S T R0 T o3 0 Bl3 l 3 o CY5 CM E P N F R5 0 0 0 G1 I S通用变频器 U V W R E TH W R EVX1 X2 X3 X4X5 S T OP C M T HR M ～ K M 1 ．．． 一 --- --------------_ 一 K 1 K3 K4 Z K- 2 L／L _ o 叫K2 K4 一 一 L K3 ---------------------------_ J K 4 K6．．．．． 一 1 l K5 I l 【 I 图 2 基于变频器控制的矿井提升机系统基本控制电路图 1 各控制 器件 的作 用 KMB为安 全 回路接触 器 ， 系统 正 常 时 KMB吸 合 ， 出现故障时 KMB断电释放 。L K 为主控台司机 的主令手把开关 ， 在“ O ” 位时 L K一1闭合 ； Z K 为主 控台司机的制动手把开关 ， 在“ 0 ” 位时 Z K一1闭合 。 QF为过电流保护继 电器 接点， KR为 松绳保护接 点 ， K8为 深 度 指 示 器 失 效 保 护 继 电 器 接 点 ， 3 0 B 、 3 0 C为变频器停止报警继电器输 出接点。s Q1为过 卷开关 ， S Q 2为闸瓦磨损开关。 K1为运行 检测 继 电器 ， 在 变 频器 运 行 时 K1吸 合并 自锁 ， 为松闸或抱 闸控制继电器 K7 提供通路。 当 L K打至“ O ” 位时 ， K7接受变频器输出频率检测 端的控制 ， 确保输 出频率达到检测值时， 可靠进行松 闸或抱 闸 。 K2 、 K3 、 K4为 多档a n ／ 减速 继 电器 ， 通 过 主令 手 把开关位置实现多档速度控制。 K5 、 K6为正、 反转继 电器 ， 通过 主令 手把开关 实现正反转控制。 KM2为工 作 制动 接触 器 ， 受制 动 手把 和 K7的 控制 。 2 变频 器各端 子功 能 F DW 、 R E V 用 于 变频 器 正 、 反 转 控制 ； R E T 用 K6 _ K7 于变频器故障后复位 ； S T OP用于紧急停止控制 ， 运 行 时为 ON 状态 ； THR用 于外 部制 动 电阻热敏继 电 器动作保护； Xl 、 X 2 、 X 3为不同频率下多步速度控 制； X4 、 X5为多步速度控制加 、 减速信号输入 ， 由速 度段继 电器接点控制 图 2中未 画出 ； Y5 、 C ME为 频率 检测 输 出信 号， 选 用继 电器 输 出方式 ； 3 0 A、 3 O B 、 3 O C为变频器故障停止报警输 出； R O 、 T O为辅 助控制 电源端子 ， 连接在接触器电源前端 ， 确保变频 器在故障跳闸或运行停止时能显示故障类型。 2 ． 2 主要运 行参 数 的确定 1 依据 煤矿安全规程 及运动学理论可计算 电动 机 在 各 运 行 阶段 的a n ／ 减 速 时 间 、 运 行 速 度 和 行程 。 2 电动机在 各运 行 阶段 所 对应 的 转速 及设 定 频率 6 O 一 7 【 』 厂 一 式 中 i 为 减 速器 的传 动 比 ； D 为 滚筒 直径 ， m； 为各运 行 段 速度 ， m／ s ； P为 电动 机 的极 对数 ； S为 电动机的转差率。 3 实际加／ 减动作时间一设定值 设定频率／ N 9●● ● ● ． 1 3 O 工矿 自动化 2 0 0 8年 1 2月 最高频率。 4 程序步的运行 时间一2 , ／ 减 时间稳定运 行时 间 。 2 ． 3 变频 器主要控 制功 能程序 设定 变频器主要控制功能程序分为基本功能和程序 功能 ， 基本 功能设 定 如表 1所 示 。程 序 功能 设定 的 运行模式为 1 个循环工作结束后停止 ， 程序步数为 4步 ， 每步设定值包括运行时间、 运行方 向和加 减 时 间 3个部 分 。 正 向运 行多 步程序设 定如 表 2所示 。 表 1 基本功能设定表 表 2 正转运行多步程序设 定表 表 2中， 多 步 程序 选 择 中设 置值 以 ￡ t 。 Ft 。 为例进 行 说 明 t t 。 为 程 序 步 2的运 行 时 间 ； F为正转运行 ； t 为程序步 2的加速时间。 3系统 工作 过程 基 于变频 器控制 的矿 井提升 机系统运 行参 数取 值 电 动 机 功 率 P 一 3 7 k W， 额 定 转 速 一 9 7 6 r ／ mi n ， 最大速度 7 3 一4 m／ s ， 各程序步设定值 见表 2 。系统 工作 过程如下 1 开车前准备 主令手把置于中间位 ， 工作 闸 置于 紧闸位 。人 为 给变 频器 送 电 ， K1通 电吸合 ， 为 系统工作 闸松 闸作 准备。若 系统保 护正常 ， KMB 吸合 ， 解 除安全制动。 2 启动与加速 当司机收到开车信号后 ， 主令 手把选 定正 向运行 ， K5吸合 ， 且 变频 器开始有 输 出。 当频率达到启动检测频率时， 端子 Y5 处于“ ON” 状 态 ， K7吸合， 系统工作闸开始松闸。此时， 牵引钢丝 绳被拉紧 。随之 ， 系统按设定的多步程序运行。 3 减速与制动 当提升机运行到减速点时， 即 深度指示器的位置检测装置动作 ， 发出减速信号， 系 统按设定的程序开始减速直至达到车场慢速运行。 当频率达到停止频率时， 变频器停止输 出， 制动器实 施抱 闸 。 系统 运行流 程如 图 3 所示 。 启动前准各 ■厂 解除安全制动 N 结束 过I I 变 l 电 I I圳 l 指 流I I 器l l 示 过 l I故 l l器 速 紧急安全制动 图 3系统 运 行 流 程 图 4 结语 实 际运行 表 明， 对 于提 升长 度 为 1 4 5 m 的矿 井 提升机系统， 该系统 1个循环时间为 8 1 ． 5 S ， 节电约 2 4 。可见 ， 中小型煤矿提升机系统实现变频调速 控制 ， 不仅极大地提高了煤矿生产 自动化程度 ， 使提 薹奢 第 6 期 2 0 0 8年 1 2 月 工矿 自 动化 I ndu s t r y a n d M i ne Au t oma t i o n No ． 6 De c ． 2 0 08 文章 编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 O O 8 0 6 一o 1 3 1 0 2 P C P L C控制技术在矿用试验台中的应用 郑 志伟 ， 王爱兵。 1 ． 山西兰花科技创业股份有限公司生产技术部， 山西 晋城0 4 8 0 0 0 ； 2 ． 常 州鹏达 科技 有 限公 司 ， 江苏 常州 2 1 3 0 2 2 摘要 文章提 出了将 P CP L C控制技术应用于矿用阀柱试验 台电气控制 系统 中的方案 ， 介绍 了该电气 控 制 系统的硬 件 、 软 件设 计及软 件使 用方 法等 。该方 案采 用 P L C 实现 了手 动 、 自动控 制操作 的 转换 、 试验 过 程 的 自动化数 据采 集处理 ， 采 用组 态软件 实现 了 阀柱试 验检 测数 据 的 自动记 录 、 实 时曲线 的显示及 历 史数 据 的保存 。 关键 词 矿 用试 验 台 ； P C；P L C；工控机 ； 组 态软 件 中图分类 号 T D 6 7 2 文 献标识 码 B 0 引言 矿用 液压试 验 台主要是 对矿用 阀类 ， 如三 用 阀 、 操纵 阀等 阀进行保 压 试 验 及 压力 调 定 ， 同时 还 可对 单体液压支柱、 立柱、 千斤顶 、 高压胶管等进行接头、 焊缝 打压及 密封 性 能试 验 。 目前 ， 国 内众 多 厂家 均 使用仪 表简 单显 示 、 人 工 观测 记 录检 测数 据 。本 文 提出在矿用试验 台电气控制系统 中采用 P CP L C 构架 ， 从 而 实 现数 据 的 自动 记 录 、 实 时 动 态 曲线 显 示、 历史数据的查询及 自动控制等功能。 控制操 作 的转换 、 试验 过程 的 自动化数 据采 集处理 ， 工控机部分主要提供检测数据、 图表曲线的生成、 保 存及输 出等 。电气控制系统硬件连接示意 图如图 1 所 示 。 检 测 传 感 器l 显示 仪 表 b S 7 2 0 0 P L C 电 动 机 b 图 1 电气控制系统硬件连接示意图 1 电气 控 制系统硬 件设 计 2 电气 控 制系统 软件设 计 矿用试验 台电气控制系统主要 由研华工控机、 西门子 P L C、 低压 电控系统 、 4只检测传感器及 4块 显示仪表等组成 ， 检测用压力 源和检测压力 的显示 主要通过传感器及仪表提供 ； P L C 实现手动 、 自动 收稿 日期 2 0 0 8 0 6 2 6 作者简介 郑 志伟 1 9 7 2 一 ， 男 ， 现任山西 兰花科技创业 股份有 限公司生产技术部科长 ， 主要从事矿 山机 电方 面的管理工作 。Te l 1 3 2 9 3 7 6 2 8 0 0， E ma i 1 z h i we i l a n h u a 1 6 3 ． c o m 矿用 试 验 台 电 气控 制 系统 P L C采 用 S 7 2 0 0 系列 ， 工控机采用研华工控机 ， 组态软件采用组态王 软件 ， 电气控制 系统 软件 流程如 图 2所示 。 3工作 流程 介绍 打开 液压 试 验 台 电源 ， 进 入 压 力 监 测 画 面 ， 如 图 3 所示 ， 将按键放到 自动状态 ， 选择阀型号、 种类 ， 设定数据采集定时时间 要大于保压时间 ， 根据需 升机系统保护完善 、 运行安全 可靠 、 安装维护简便 ， 而且节能效果明显 。随着煤矿现代化的发展 ， 煤矿 的增产、 降耗、 提效被提到 了重要地位 ， 设备节能改 造势在必行 ， 变频调速技术在煤矿井上 固定机械和 井下采煤 、 运输设备上具有广泛的应用前景。 参考文献 [ 1 ] 张燕宾．电动机 变频 调速 图解 [ M] ．北 京 中国 电力 出版社 ， 2 0 0 5 ． [ 2 ] 冯垛生．变频器 的应用与维护[ M] ．广州 华南理工大 学出版社 ， 2 0 0 2 ． [ 3 ] 陈湘楚．矿 山运输 与提升设备[ M] ． 北京 煤炭工业 出 版社 ， 2 0 0 4 ． E 4 3 郝丽娜．机械装备 电气控制技术[ M] ．北京 科学 出版 社 ， 2 0 0 6 ． [ 5 ] 裴九芳 ， 陈 玉．矿井 提升机监 控 系统的存储 功能 实 现[ J ] ．工矿 自动化 ， 2 0 0 7 4 ．