1 引言

　　位于濟寧市范圍內(nèi)的大小煤礦，針對礦井立井提升機原先在運行實踐中發(fā)現(xiàn)的問題進行深入的分析研究，在相關(guān)單位的幫助下成功地采取變頻調(diào)速技術(shù)進行改造和完善，有效保障礦井提升機的安全運行。

　　2 提升機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

　　我國很多煤礦主提升機仍在使用繞線電動機串電阻進行起動和調(diào)速，控制方式多為TKD型電控系統(tǒng)。根據(jù)國家安全監(jiān)管總局、國家煤礦安監(jiān)局安監(jiān)總煤裝[2008]49號文對TKD型提升機電控系統(tǒng)淘汰的要求，位于濟寧市微山縣的山東省微山湖礦業(yè)集團有限公司崔莊煤礦對礦井提升機控制系統(tǒng)進行變頻升級。

　　2.1原有提升機電控系統(tǒng)的不足

　　調(diào)速不連續(xù)，起動時對電網(wǎng)沖擊大;啟動電流為額定電流2～3倍甚至更大，如果加速快就會引起總開關(guān)跳閘;調(diào)速時大量電能消耗在電阻上，不但浪費嚴(yán)重也造成工作環(huán)境惡劣，空間噪聲大;維修量大。由于有高壓換向器和調(diào)速電阻，特別是高壓換向器觸點和線圈更換量大， 而且使用高壓換向器的提升機越來越少，配件購買越來越困難; 該礦主提升機速度為8. 4m/s， 運行速度較高造成井筒裝備、提升容器特別是滾動罐耳的維護量和消耗量很大。

　　2.2變頻升級改造的必要性

　　以變頻器為核心的調(diào)速系統(tǒng)越來越多被用在交流礦井提升機上，徹底改變交流提升機轉(zhuǎn)子串電阻分級調(diào)速的模式，使提升機獲得平穩(wěn)、安全、可靠的運行狀態(tài);避免嚴(yán)重的機械磨損，防止較大的機械沖擊和電動機起動對電網(wǎng)的沖擊，減少機械部分維修的工作量，延長提升機械的使用壽命，采用變頻控制的提升機基本上可以獲得與直流電動機相同的調(diào)速和制動性能;控制系統(tǒng)、提升機數(shù)字行程控制等系統(tǒng)采用PLC控制、監(jiān)視及人機通訊，確保提升機電控系統(tǒng)具備先進性、可靠性、經(jīng)濟性、精確性、兼容性、高效性等功能特點;通過原控制系統(tǒng)與改造后系統(tǒng)對比可知，系統(tǒng)變頻升級非常必要。

　　2.3控制系統(tǒng)變頻升級的總體技術(shù)方案

　　為滿足生產(chǎn)和提升系統(tǒng)的可靠性，系統(tǒng)改造保留原有的電阻調(diào)速系統(tǒng)，讓變頻調(diào)速系統(tǒng)與原調(diào)速系統(tǒng)并存，原系統(tǒng)作為備用，隨時可以切換;在速度方面，主提升機擬采用6.6m/s(根據(jù)《煤礦電工手冊》第三分冊表1-1-1， 2JK-2.5/11.5提升機速度為8.2m/s、6.6m/s、5.5m/s 三種);提升量的控制方面，該礦的主提升機現(xiàn)速度下每鉤提升時間77s左右，改造后通過對變頻器起動和減速的坡度控制，采用6 .6m/s也可達到同樣提升時間的提升量不變。

　　2.4控制系統(tǒng)變頻升級前后的經(jīng)濟技術(shù)比較

　　①技術(shù)性能。原系統(tǒng)電阻調(diào)速屬有級調(diào)速，調(diào)速精度低、爬行速度不易控制。重物下放操作時全憑司機的經(jīng)驗和感覺，很難準(zhǔn)確控制，對提升機等相關(guān)機械設(shè)備在運行和停止過程中沖擊較大。變頻調(diào)速屬無級調(diào)速、閉環(huán)控制，調(diào)速范圍大、調(diào)速精度高、爬行速度易控制，重物下放時易操作，安全性能好，對提升機等相關(guān)機械設(shè)備運行和停止過程中沖擊較小。

　　②間接效果。變頻系統(tǒng)無需原電控調(diào)速用的交流接觸器及調(diào)速電阻，提高系統(tǒng)可靠性，噪音及室溫降低，改善工作環(huán)境;調(diào)速連續(xù)方便，調(diào)節(jié)連續(xù)平滑;實現(xiàn)低頻低壓軟起動和軟停止，運行更加平穩(wěn)，機械沖擊小;起動及加速過程沖擊電流小，提升機在重載下從低速平穩(wěn)無級平滑升至最高速，沒有大電流出現(xiàn)，減小對電網(wǎng)的沖擊;采用回饋制動技術(shù)，成功解決負(fù)載在快速減速或急停時的再生發(fā)電能量處理問題，保證變頻器的安全運行;采用變頻控制后可采用原繞線式電動機，不需作任何改動。

　　③節(jié)電性能。串電阻調(diào)速時大量能量通過電阻消耗， 產(chǎn)生大量的無用熱量散發(fā)掉。四象限變頻調(diào)速裝置在減速和重物下放操作時，能自動將電動機的再生能量反饋至供電電網(wǎng)，實現(xiàn)再生反饋制動，節(jié)電效果明顯。

　　④提升機保護。變頻調(diào)速裝置本身具有過壓、欠壓、過流、過負(fù)荷、缺相、超溫等保護，同時可選配數(shù)字式深度監(jiān)視器，實現(xiàn)提升機過卷、過速、減速、限速等重要保護的雙線制保護功能，滿足安全規(guī)程要求。

　　⑤系統(tǒng)維護。煤礦提升機變頻調(diào)速裝置加PLC及上位機控制，技術(shù)先進、制造工藝嚴(yán)格，屬于邏輯控制，動作接點很少，基本屬于免維護產(chǎn)品。

　　3 交流變頻電控裝置在煤礦立井提升機應(yīng)用

　　位于濟寧市微山縣的棗莊礦業(yè)(集團)公司高莊煤礦和中國礦業(yè)大學(xué)信電工程學(xué)院通過對交流變頻電控裝置在提升機應(yīng)用的原理、組成、配置分析，在多方調(diào)研的基礎(chǔ)上，利用KTDK-PC-BPG型礦井提升機交流變頻電控對該礦井原先的TKD電控系統(tǒng)進行技術(shù)改造，并且取得圓滿成功，為老式提升機電控裝置的改造提供了范例。

　　3.1提升機交流變頻工作原理

　　礦井提升機在運行時，負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩。提升機加速、減速的過程中，為了縮短過渡過程，在電動機強度和電動機溫升等條件允許的條件下，采用矢量控制的方式，讓電動機產(chǎn)生足夠大的加速度或制動轉(zhuǎn)矩， 即可使電動機保持輸出恒定的最大力矩。當(dāng)提升機上提時，主控制臺上2 臺PLC(主控機和監(jiān)控機)給變頻器發(fā)出加速、等速、變速、減速、爬行、停車的指令，變頻器按照PLC發(fā)出的指令工作，輸出不同頻率的電壓供給提升機電動機，電動機做加速、等速、減速和停轉(zhuǎn)等工作， 實現(xiàn)提升機幾個階段的運行。同時，為了保證不同狀態(tài)下電動機有足夠大的力矩，變頻器根據(jù)現(xiàn)場的負(fù)荷進行計算，預(yù)先輸入工作參數(shù)和電動機匹配。在提升機下降或者減速的過程中，電動機以發(fā)電狀態(tài)運行，其產(chǎn)生的三相交流電經(jīng)過逆變部分全橋PWM整流， 使變頻器內(nèi)部中間的直流環(huán)節(jié)直流電壓升高。當(dāng)直流電壓達到使制動單元打開的狀態(tài)時，再生制動單元功率開關(guān)管導(dǎo)通，電流流過制動電阻。由制動電阻將再生能量轉(zhuǎn)換成熱能消耗掉。提升機制動電阻和變頻器共同作用，完成電動機的下放制動過程。提升機在上提、下放中的行程與速度測量是由編碼器來完成的。為了實現(xiàn)測量的準(zhǔn)確性和安全性，在電動機高速軸和滾筒低速軸各安裝1個通過PLC的D/A轉(zhuǎn)換模塊，將脈沖轉(zhuǎn)換成數(shù)字量時進行比較，以保證編碼器的測量準(zhǔn)確性。

　　3.2交流變頻電控裝置系統(tǒng)配置

　　PLC選用三菱公司FX2N- 32MT和FX2N- 64MT，用于完成提升機按照行程原則進行雙線式安全保護回路的控制。編碼器選用TRD-J系列1000p/r，用于采集行程和速度參考量，供主控臺使用。變頻器選用西門子6SE7033- 7EG60型成套產(chǎn)品，將50Hz工頻電源變成0～50Hz連續(xù)可調(diào)的變頻電源供給電動機。制動電阻的作用是當(dāng)提升機反向作發(fā)電運行時消耗反饋電能。

　　3.3變頻器容量的選擇計算

　　他們認(rèn)為提升機為大慣性負(fù)載啟動類，所以提升機電控變頻器的容量應(yīng)當(dāng)按照以下公式來選擇：PCN≥K· n W(TL+GD 2 ·n W/ 375 th)/ 9550 η·cosψ。式中：GD 2 ·=GD1/J2，為換算到電動機軸上的總飛輪矩(Nm2);TL 為負(fù)載轉(zhuǎn)矩(Nm2);η為電動機的效率，通常為0.85; cosψ為電動機的功率因數(shù)，通常約為0.75。

　　4 礦用提升機變頻調(diào)速控制的特殊功能

　　位于濟寧市鄒城市的兗州礦業(yè)(集團)公司南屯煤礦通過對礦用提升機變頻調(diào)速控制的研究，使其特殊功能得到正常應(yīng)用，取得了良好的效果。

　　4.1特殊功能

　　①直流制動的作用。提升機配用變頻器，直流制動功能對系統(tǒng)的安全運行起到重要作用。當(dāng)重車需要在立井井筒中間停車時，變頻器由高速平滑地下降到低速，隨之施加1個直流制動信號使提升機停止運行，機械制動起作用后方可去掉直流制動信號，使得重車靠機械抱閘的作用停在井筒中間。啟動的時候，先對電動機施加1個直流制動信號，當(dāng)檢測到機械抱閘打開時方可以去掉直流制動信號，然后再加上啟動電壓，提升機轉(zhuǎn)動。機械抱閘抱緊狀態(tài)一直在變頻器的檢測下，一旦機械抱閘打開，馬上給電動機施加直流制動信號，確保重車不下滑，絕對避免“溜勾”現(xiàn)象。

　　②S形速度曲線。為了盡量減小運行的機械沖擊，在變頻器起動與停止的過程中最好做到加速度是連續(xù)的，

　　運行和速度曲線是平滑的， 即通常所說的S形加、減速曲線。當(dāng)井下及井口停車傾角很小時(約為3°)，要求提升機的運行速度很低，否則會出現(xiàn)“松繩”現(xiàn)象。另外，井筒罐道要求變頻器能夠以不同的頻率工作。根據(jù)現(xiàn)場的情況，變頻器可以設(shè)置6Hz、15Hz、25Hz、35Hz和50Hz 共5個不同的頻率段。主令控制器的不同位置對應(yīng)不同的直流控制電壓，即對應(yīng)不同運行頻率。

　　③自動限速保護。當(dāng)罐籠在立井井筒中運行接近終點時給出1個減速信號。接到此減速信號后，若主令控制器已經(jīng)操作減速，則變頻器按照主令控制器的操作改變運行速度。若收到減速信號后主令控制器沒有正常操作，則自動啟動機內(nèi)的自動減速程序，將變頻器的工作頻率按照預(yù)定的要求逐步變?yōu)榈退龠\行。這對于預(yù)防“過卷”是十分必要的。此外，如果提升機帶有測速發(fā)電機，當(dāng)測速發(fā)電機給出超速信號時變頻器也能自動減速。

　　④ 連鎖開機功能。連鎖功能是保證安全運行的重要措施。提升機開機必須按照給出的命令操作，當(dāng)給出“上行”或者“下行”命令時，如果操作人員的操作與命令不相符，則連鎖功能對此操作不響應(yīng)，變頻器不啟動。

　　⑤對再生能量的處理。變頻器的主回路采用雙向逆變方案。

　　4.2經(jīng)濟效益

　　①變頻器在低速段運行時節(jié)能顯著。由于提升機在立井井口及井底時都處于低速運行，根據(jù)現(xiàn)場情況一般設(shè)置升速點及減速點分別在70～100m，因此其低速運行段大約在140～200m。根據(jù)坡長的不同，其低速段占30%左右，綜合節(jié)電率約20%。

　　②采用變頻控制后，由于設(shè)置直流制動，在運行時油閘全部敞開，減輕原先工頻控制下的磨損。油閘只是作為輔助設(shè)施，在電動機停穩(wěn)后或者在急停時快速抱閘。據(jù)測算，油閘此項損耗大為減低，每年節(jié)省2～3萬元。

　　③原先的工頻控制采用交流接觸器進行速度段切換， 采用調(diào)速電阻調(diào)速;而變頻控制則將其全部甩掉，節(jié)省投資、增加可靠性。

　　④由于采用回饋制動，其再生能量能夠回收利用，也節(jié)約了電能。

　　5礦井提升機交交變頻矢量控制系統(tǒng)改造

　　位于濟寧市任城區(qū)的兗州礦業(yè)(集團)公司濟寧二號煤礦對礦井提升機交交變頻矢量控制系統(tǒng)實施技術(shù)改造， 在保留原有控制系統(tǒng)的同時新增1套控制系統(tǒng)，實現(xiàn)1臺提升機配2套電控系統(tǒng)的功能，解決了原系統(tǒng)上電難、復(fù)位難、同步難及監(jiān)控系統(tǒng)信息量少而且不直觀的問題，達到2套電控系統(tǒng)相對獨立并相互備用的目的，提高了礦井提升機安全運行可靠性。

　　5.1改造內(nèi)容

　　該礦主井提升系統(tǒng)配置1套從德國西瑪格公司引進的、電控系統(tǒng)為德國西門子公司基于S5-PL C和16位SIMADYN-D交交變頻矢量控制的調(diào)速控制系統(tǒng)，主電動機為西門子5400kW雙繞組同步電動機，主摩擦滾筒和制動控制液壓站由西瑪格公司提供，制動控制系統(tǒng)由西門子S5-115 U可編程控制器和制動控制板等組成。由于原控制調(diào)速系統(tǒng)元器件老化、備件供應(yīng)困難、維護成本高，嚴(yán)重影響礦井安全生產(chǎn)，因此需要對電控系統(tǒng)進行改造。

　　他們根據(jù)礦井提升機和工藝和控制要求，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，保留原系統(tǒng)的可控硅功率單元、高壓配電單元、閘控系統(tǒng)等，新增交交變頻電控系統(tǒng)。交交變頻電控系統(tǒng)主要是由主控PLC S7-400系統(tǒng)、SIMADYN-D全數(shù)字礦井提升機工藝控制監(jiān)控系統(tǒng)、SIMADYN-D全數(shù)字交交變頻矢量控制系統(tǒng)、新操作臺、故障監(jiān)視與顯示系統(tǒng)、信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和新增的裝卸栽控制系統(tǒng)7個部分組成的。

　　5.2主要功能

　　①主控PLC S7-400系統(tǒng)。根據(jù)礦井提升工藝信號， 提供提升機運行的計算、分析、運行和控制信號;實現(xiàn)系統(tǒng)運行的各種監(jiān)視與監(jiān)控任務(wù);實現(xiàn)系統(tǒng)的故障監(jiān)測、分析與監(jiān)控;向SIMADYN-D交交變頻控制系統(tǒng)提供給定信號和運行控制信號;向監(jiān)視與顯示系統(tǒng)提供故障信息和系統(tǒng)運行信息;向操作臺提供系統(tǒng)運行信息。

　　②全數(shù)字提升機工藝控制、監(jiān)控系統(tǒng)。礦井提升機工藝上是在2個定點之間運行，其控制系統(tǒng)最終的控制效果體現(xiàn)在對位置(行程)的控制上。提升機的安全性能要求電控系統(tǒng)具有優(yōu)良、安全可靠的行程控制功能。此外， 完善的提升機電控系統(tǒng)必須具有監(jiān)控功能，通過監(jiān)控功能對提升機的整個運行狀態(tài)進行監(jiān)測，系統(tǒng)出現(xiàn)故障時能及時檢測到并作出處理。對重要的運行狀態(tài)還需進行冗余監(jiān)視。提升機工藝控制系統(tǒng)采用雙通道冗余的SIMADYN-D 控制器實現(xiàn)對提升機的工藝控制，2套系統(tǒng)獨立運行實現(xiàn)冗余控制， 包括提升機行程控制及運行狀態(tài)監(jiān)視， 主要

　　實現(xiàn)以下控制功能: 根據(jù)行程信號實現(xiàn)全數(shù)字行程控制; 根據(jù)系統(tǒng)運行狀況實現(xiàn)交交變頻矢量控制系統(tǒng)的信號監(jiān)測與監(jiān)控。根據(jù)主軸編碼器和導(dǎo)向輪編碼器信號與測速發(fā)電機信號，實現(xiàn)提升機系統(tǒng)運行的監(jiān)測與監(jiān)控，如逐點速度監(jiān)視、速度互相監(jiān)視、連續(xù)速度監(jiān)視、行程互相監(jiān)視、滑繩監(jiān)視、錯向監(jiān)視;監(jiān)視系統(tǒng)軟件中設(shè)定井筒開關(guān)監(jiān)視、過卷監(jiān)視、失勵監(jiān)視、最大減速度監(jiān)視、可控硅整流橋監(jiān)視、停車零電流監(jiān)視及給定值—實際值監(jiān)視等。

　 6 變頻器在煤礦提升機上的使用與維護

　　防護等級較低的變頻器抗外界干擾和抗本身輻射的能力差，容易發(fā)生故障導(dǎo)致主板模損壞。位于濟寧市任城區(qū)的山東華邦集團濟寧何崗煤礦采取加裝隔離模塊和其它措施后，主板從未出現(xiàn)燒壞現(xiàn)象，運行非常穩(wěn)定，有效避免故障發(fā)生，節(jié)約維修等費用。

　　6.1故障現(xiàn)象

　　變頻器按工作原理可分為交交變頻、交直交變頻和直流變頻3種，其中應(yīng)用較廣泛的是交直交變頻器，但是交直交變頻器存在一些缺點，特別是防護等級較低的變頻器存在薄弱點。因此，變頻器特別防護等級低的交直交變頻器應(yīng)采取措施才能有效避免變頻器故障的發(fā)生。

　　該礦副井提升機采用低頻拖動的運行方式， 即10kV 電動機運行時投入高壓10kV，減速后投入600V低頻制動。初期運行時效果比較理想，但是使用時間不長就相繼出現(xiàn)變頻器頻繁燒壞主板模擬量輸入口的現(xiàn)象，導(dǎo)致變頻器不能正常使用，影響提升機的安全運行。

　　6.2原因分析

　　他們經(jīng)過測量，變頻器主板各口的對地交流電壓均在71V左右，而變頻器模擬量輸入口的工作電壓為10V。分析認(rèn)為是此電壓將模擬量輸入模塊部分擊穿。經(jīng)過查找， 故障電壓來自模擬輸出電流顯示端子上， 即低頻電源柜至操作臺的控制線路電壓比較高， 超過正常工作電壓; 接著， 將變頻器直接輸出的2根指示電流線路控制線拆下測量仍然有電壓， 特別是在變頻器運行后電壓升高。經(jīng)過分析其原因為：變頻器至操作臺使用的控制線為14×1.5mm2控制電纜，變頻器工作時載波頻率一般為幾千Hz，電纜內(nèi)部比較高的載波頻率在控制線上感應(yīng)出較高的電壓，此電壓沿著控制線將模擬量輸入模塊擊穿。

　　6.3解決方案

　　首先，將變頻器直接輸出的2根指示電流專用線更換為屏蔽電纜，變頻器端子電壓下降至1.35V，電壓降至變頻器允許的各工作范圍內(nèi)。另外，變頻器模擬量輸入口工作電壓為10V，從低頻上接口板輸出模擬量控制電壓，外部感應(yīng)電壓也有可能竄至變頻器模擬量模塊，為此加裝隔離模塊，以增加可靠性。

　　6.4變頻器使用經(jīng)驗

　　凡是直接接入變頻器主板的輸入、輸出線都要盡可能地短，而且采用屏蔽線，屏蔽線應(yīng)當(dāng)可靠接地并與主電動機的接地分開;電源電纜每相導(dǎo)線之間及每相導(dǎo)線與保護性地線之間的絕緣電阻必須大于1 MΩ，電動機的絕緣電阻也必須大于1 MΩ;遠離高壓高頻電場，避免在控制線上出現(xiàn)感應(yīng)電壓，在允許的工作情況下，變頻器的載波頻率要盡可能調(diào)低;模擬量輸入要與外界進行隔離，而且隔離模擬電源必須為獨立電源，嚴(yán)禁使用變頻器內(nèi)的電源， 并嚴(yán)禁共同接地;盡可能地選用防護等級比較高的變頻器;提高變頻器工作場所的環(huán)境質(zhì)量，減少灰塵與凝露， 防止變頻器的絕緣程度降低。

　　7 變頻調(diào)速器與PLC改造提升機TKD調(diào)速裝置

　　位于濟寧市兗州區(qū)的臨沂礦業(yè)集團田莊煤礦主、副井提升系統(tǒng)選用2JK-2.5/30X型雙滾筒提升機，配用JR127-8210kW繞線型電動機，電控設(shè)備采用TKD-A 型，利用接觸器切除、增減轉(zhuǎn)子電阻來控制電動機的轉(zhuǎn)速和啟動力矩。針對提升系統(tǒng)TKD-A型電控運行中存在的問題，他們經(jīng)過多方比較論證，選用變頻調(diào)速裝置系統(tǒng)對主、副井提升機進行改造。

　　7.1系統(tǒng)存在的缺點

　　①日常維護量大、檢修時間長。由于采用的是繼電器邏輯控制，依靠接觸器的切、投入電動機轉(zhuǎn)子電阻來實現(xiàn)調(diào)速，存在著啟動電流大、接觸器開啟頻繁、觸頭電磨損嚴(yán)重的問題，已經(jīng)成為制約增產(chǎn)降耗的瓶頸。

　　②安全保護性能不齊全，可靠性差。后備保護一直不能夠正常投入運行，不能夠?qū)崿F(xiàn)與信號系統(tǒng)互相閉鎖。

　　③浪費電能。TKD控制系統(tǒng)在加、減速度段利用切除或者增加電阻的方法來實現(xiàn)，因此將部分電能浪費在電阻中。他們通過對主井速度曲線圖的觀察分析以后發(fā)

　　現(xiàn)：加速度段耗電量為0. 41kW h ;等速度段耗電量為1 .76 k Wh;減速爬行段耗電量為0 .84 k Wh;運行1 鉤的總耗電量為3.01kWh;按照原煤產(chǎn)量0.8Mt/a和每鉤提升4t計算，礦井全年總耗電量為602000kWh。

　　7.2改造后的系統(tǒng)特點

　　①安全性能大有提高。a.新的系統(tǒng)采用雙PLC設(shè)計。使用S7-300型和S7-200型組成高低搭配。S7-200主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的后備保護，監(jiān)控S7- 300的運行狀態(tài);各PLC 的所有I /O 接口均采用閉環(huán)設(shè)計，提取輸出信號的返回量，可以實現(xiàn)全面的系統(tǒng)自檢報警，提高系統(tǒng)可靠性。采樣信號源和控制邏輯均互相獨立，構(gòu)成電控主體和系統(tǒng)保護互相獨立的雙線設(shè)計，各項保護完全實現(xiàn)雙線制。保護功能以《煤礦安全規(guī)程》和《國有重點煤礦生產(chǎn)礦井質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)》為依據(jù)，滿足安全生產(chǎn)的要求。b.實現(xiàn)與信號系統(tǒng)的閉鎖。打點信號數(shù)字由PLC自動識別，1點為停車點、2點正向、2點反向、4點正向慢車、5點反向慢車。開車方向閉鎖，正向點只能夠開正向，反之亦然;停點絞車不能啟動;慢點只能以最大為1m/s速度運行，不能加速;開車點50s后失效。由于實現(xiàn)信號閉鎖，杜絕因司機誤操作而導(dǎo)致事故發(fā)生的情況。

　　②減小的日常的維護量。采用分布式I/O設(shè)計，各個控制柜之間采用通訊總線或者西門子專有的PROFEBUS 工業(yè)通訊總線連接。電控柜仍然為分布設(shè)計，在不影響檢修和三熱空間的前提下，使得電控柜之間的連線達到最簡化;而且以采用可插罷元件為主，方便檢修維護，工作可靠性高，基本上實現(xiàn)免維護。

　　③耗能降低。根據(jù)該礦改造后的主井速度曲線圖：加速度段耗電量為0. 06kW h ;等速度段耗電量為2 .07 k Wh;減速爬行段耗電量為0 .07 k Wh;運行1 鉤總耗電量為2.2kWh;按照原煤產(chǎn)量0.8Mt/a和每鉤提升4t 計算，礦井全年總耗電量為440000 k Wh。與改造前相

　　比，全年可以節(jié)約電能162000 k Wh。僅此一項，該礦主、副井提升系統(tǒng)就可節(jié)約電費18萬元以上。

　　8 防爆變頻電控系統(tǒng)在提升機中的應(yīng)用

　　位于濟寧市微山縣的山東省岱莊生建煤礦在提升機中應(yīng)用了防爆變頻電控系統(tǒng)。由于防爆變頻系統(tǒng)的工作原理和工藝結(jié)構(gòu)都嚴(yán)格按礦井提升的特殊工況設(shè)計思路而來， 不但解決了電網(wǎng)諧波污染的技術(shù)難題，而且運行可靠;此外，僅提升和電動機用電一項就節(jié)約30%，可節(jié)約電量960kWh/d，全年節(jié)電345600kWh，按照現(xiàn)行電價0.53 元/kWh計算，全年節(jié)約電費18.3萬元，取得顯著的經(jīng)濟效益，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

　　8.1結(jié)構(gòu)形式

　　全套設(shè)備采用全防爆結(jié)構(gòu)形式，設(shè)備的設(shè)計與制造符合《煤礦安全規(guī)程》及國家相關(guān)防爆產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，增強了設(shè)備的防護性能和安全性能。設(shè)備防護等級不低于IP54 要求; 防爆設(shè)備外殼采用快開門形式， 具有安裝調(diào)試方便、維護便利等特點。

　　8.2變頻調(diào)速部分

　　變頻調(diào)速采用具有活躍前端能量回饋特性的四象限變頻器，電動狀態(tài)時從電網(wǎng)吸收能量，使電動機產(chǎn)生電動力;制動狀態(tài)時工作于逆變狀態(tài)，將能量回饋電網(wǎng)，使電動機產(chǎn)生制動力，在滿足礦井提升要求的同時完成提升機運行參數(shù)的調(diào)節(jié)。

　　8.3變頻調(diào)速的性能特點

　　完善的控制電路可有效防止重車下滑并能準(zhǔn)確實現(xiàn)定位停車;具有完整的故障檢測功能、齊全的保護功能和精確的故障報警功能;專用的空氣自然對流式熱管散熱器， 無須另設(shè)風(fēng)機、冷卻水及油等附加設(shè)備。

　　8.4提升工藝控制和安全保護

　　控制及安全保護部分采用可編程控制器的RS485串行通訊方式實現(xiàn)系統(tǒng)控制的智能化和網(wǎng)絡(luò)化。礦用本質(zhì)安全型主控臺是該系統(tǒng)的控制中心，除位置、速度、壓力和電流等必要的信號采集傳感器和終端執(zhí)行設(shè)備外，所有控制回路全集成在操作臺內(nèi)。司機可操作主控臺上的主令、手閘、開關(guān)及按鈕來控制提升機運行，并通過燈光和數(shù)碼管顯示提升機的各種動、靜態(tài)參數(shù)，幫助司機及時了解提升機的運行情況。

　　①控制方式。采用進口的可編程控制器作為主控器件，在控制精度方面可產(chǎn)生速度包絡(luò)曲線對提升機速度進行逐點和連續(xù)監(jiān)控，實現(xiàn)數(shù)字化的行程給定功能，使定位精度≤10mm。在控制方式上，將各種外設(shè)控制開關(guān)和傳感器信號經(jīng)PLC邏輯運算處理后，控制相應(yīng)的接點動作，完成提升機的啟動、運行、停車、保護、報警和復(fù)位等過程。

　　②安全保護。主控PLC在完成提升機手動、自動及檢修等運行方式的基礎(chǔ)上，具有完善的安全保護功能，形成硬件安全電路與軟件電路相互冗余與閉鎖，完成提升機機械、液壓與電氣等方面的故障檢測、報警與保護功能。

　　③監(jiān)控功能。系統(tǒng)可通過變頻器、可編程控制器及操作臺上各指示燈的工況，直接觀察控制環(huán)節(jié)及主要器件的工作情況，使控制過程更加簡潔，維護更加方便。

　　9 礦井高壓變頻提升機BTDK電控安全回路

　　位于濟寧市魚臺縣的濟寧礦業(yè)集團鹿洼煤礦對高壓變

　　頻提升機電控中的安全回路進行研究，運用計算機總線技術(shù)，使系統(tǒng)提升機電控系統(tǒng)中主控機和監(jiān)控機相互通訊， 實現(xiàn)資源共享，節(jié)省硬件設(shè)備，實現(xiàn)安全回路雙線制，增加提升機電控的安全性和可靠性。

　　9.1 TKD提升機電控系統(tǒng)中的安全回路

　　TKD提升機電控系統(tǒng)安全回路中，將主令零位保護、工作閘零位保護、監(jiān)視繼電器、轉(zhuǎn)子加速返回點、等速段過速保護、減速段過速保護、高壓油保護斷電器、高壓油斷路器、閘瓦磨損、松繩保護、錯向保護、機械減速點、解除二級制動、電制動失壓保護和正反向過卷保護等保護輸出接點串聯(lián)在一起，同時驅(qū)動安全輸出線圈。任何一個保護節(jié)點動作都將引起安全繼電器失電，進而引起高壓換向器掉電保護、外部機械閘抱閘和信號指示動作，實現(xiàn)緊急制動或二級制動。此安全回路由大量繼電器節(jié)點和2個線圈組成，故障率較高，加之TKD電控系統(tǒng)使用較多繼電器和接觸器，使處理故障難度加大，設(shè)計一種新型安全回路迫在眉睫。

　　9.2 BTDK提升機電控系統(tǒng)中的安全回路

　　BTDK提升機電控系統(tǒng)安全回路是在TKD提升機電控系統(tǒng)安全回路的基礎(chǔ)上進行改進，由2個可編程控制器和外部高壓開關(guān)柜返回節(jié)點組成，即主控機安全回路、監(jiān)控機安全回路和外部GYD,還應(yīng)用計算機總線技術(shù)使主控機和監(jiān)控機能相互通訊， 實現(xiàn)資源共享， 節(jié)省硬件設(shè)備; 采用安全回路雙線制， 增加提升機電控的安全性和可靠性。主控機使用1個三菱FX2N- 64MT可編程控制器， 將主令控制器零位、工作閘零位、監(jiān)視繼電器、轉(zhuǎn)子返回點、減速段過速、等速段過速、2M/S 限速、正反向過卷、松繩、閘瓦磨損、腳踏急停開關(guān)、深度指示器失效和后備保護串聯(lián)接入到主控機的安全回路中，用其1個輸出接點Y20作為安全回路的1個主機部分;監(jiān)控機則用1個FX2N-32MR可編程控制器，同時也將提升機的所有速度保護、行程保護及外圍保護接入可編程控制器，用1個輸出接點Y 17作為安全回路的監(jiān)控機部分;GYD則是外部開關(guān)柜節(jié)點。該電路工作過程為：正常開車前，如主令和工作閘在零位及各種保護均正常，則主控機Y20和監(jiān)控機Y 17均有輸出。主控機Y20控制1個中間繼器，GYD在高壓開關(guān)柜閉合后由常開變?yōu)槌ｉ]，主控臺控制面板上的安全條件具備指示燈亮，此時按動1個安全繼電器工作/制動泵啟動按鈕，安全繼電器得電，同時安全繼電器亮，安全繼電器工作。如果安全保護任何一項動作都將導(dǎo)至主控機Y20或監(jiān)控機Y17輸出不正常，就會使安全繼電器掉電， 通過內(nèi)部程序控制高壓正、反向接觸器掉電和工作閘抱閘，使提升機安全、可靠停車。

　　9.3安全回路在現(xiàn)場的應(yīng)用

　　鹿洼煤礦副井提升機使用BTDK電控以來故障率明顯下降。在主控機安全回路中，既有主控機內(nèi)的深度指示器失效、軸編碼器失效及反轉(zhuǎn)保護的合成，又有主控機內(nèi)2 m/ s限速、松繩保護、通訊錯誤、正反向過卷及過卷切換和調(diào)繩切換開關(guān)閉鎖的合成。監(jiān)控機安全回路中的各項保護與主控機的保護作用基本相同，主控機安全回路和監(jiān)控機安全回路組成2套相互獨立的安全回路，共同實現(xiàn)對提升機運行時的保護，使提升機更安全、更可靠地運行。

　　10 結(jié)束語

　　傳統(tǒng)交流異步電動機的調(diào)速方法有變極調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、定子調(diào)壓調(diào)速等，穩(wěn)定性、可靠性都較差。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)逐步成熟并且進入實用階段。位于濟寧市范圍內(nèi)的各類煤礦采取變頻調(diào)速技術(shù)對礦井立井提升機進行改造，他們的成功經(jīng)驗可供國內(nèi)同行參考借鑒。