絞車電控系統(tǒng)改進與增益
絞車電控系統(tǒng)改進與增益
摘要：絞車是礦井的大型設(shè)備之一，也是煤礦所有設(shè)備中唯一需要調(diào)速運行的設(shè)備，它擔負著煤礦人員與設(shè)備材料的提升。本文敘述了煤礦提升絞車電控系統(tǒng)的技術(shù)改進過程。
關(guān)鍵詞：絞車電控；PLC；高壓變頻
Abstract: the winch is one of large equipments in mine, and also one of coal mine in all equipment only needs to speed the equipment operation, it will directly relate for the coal mine personnel and equipment material ascension. This paper describes the hoist of electric control system technology improvement process.
Key words: electric winch; PLC; High voltage variable frequency
1 PLC技術(shù)的成功應用
1．1 PLC概述
可編程控制器是專門為工業(yè)控制應用而設(shè)計的一種通用控制器，是一種以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、通信技術(shù)和傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)而發(fā)展起來的新型工業(yè)控制裝置，具有結(jié)構(gòu)簡單、編程容易、體積小、使用靈活方便、抗干擾能力強、可靠性高等一系列優(yōu)點。近年來在工業(yè)生產(chǎn)的許多領(lǐng)域，如冶金、機械、電力、石油、煤炭、化
工、輕紡、交通、食品、環(huán)保、輕工、建材等工業(yè)部門得到了廣泛的應用，已經(jīng)成為工業(yè)自動化控制的三大支柱之一。
1．2絞車電控采用PLC的優(yōu)勢
(1)簡化了系統(tǒng)。PLc與傳感器等器件配合后，完全代替了原Ⅱ(D控制系統(tǒng)中的時間繼電器、磁放大器、自整角機、測速度發(fā)電機等部件，因此，減化了控制系統(tǒng)，減少了故障點，使維護變得簡單易行。
(2)可靠性高，抗干擾能力強�？删幊炭刂破魇菍楣I(yè)控制而設(shè)計的，在硬件和軟件電路設(shè)計方面都采用了屏蔽、濾波、隔離、故障診斷和自動恢復等措施，使可編程控制器具有很強的抗干擾能力，其平均無故障時間達到(3～5)×104h以上。
(3)編程直觀、簡單�？删幊炭刂破魇敲嫦蛴脩簟⒚嫦颥F(xiàn)場，考慮到大多數(shù)電氣技術(shù)人員熟悉電氣控制線路的特點，其編程所用的梯形圖語言與繼電器原理圖相類似，形象直觀，易學易懂。
(4)適應性好�？删幊炭刂破魇峭ㄟ^程序?qū)崿F(xiàn)控制的，當控制要求發(fā)生改變時，只要修改程序配置，組成規(guī)模不同、功能不同的控制系統(tǒng)即可，適應能力非常強。
2 可控硅無觸點加速接觸器及真空接觸器的應用
TKD電控系統(tǒng)的高壓換向器、線路接觸器、加速接觸器等全采用的是大功率的空氣式交流接觸器，線路及電阻切換，這些元件存在一個共同缺點，就是電磁及機械噪聲大、結(jié)構(gòu)復雜、易損壞不可靠。經(jīng)過多年的研究和探索，焦作華飛公司終于研制出高壓真空換向器和可控硅調(diào)速裝置，很好地解決了這一問題。
(1)高壓真空接觸器的使用。用高壓真空接觸器代替原空氣式高壓換向器、線路接觸器，并采用現(xiàn)場總線方式接收主控臺PLC發(fā)出的操作指令，實現(xiàn)提升機的正反向切換和正常運行控制。該接觸器以真空作為滅弧介質(zhì)，因此具有主電路電弧不外露、分斷能力大、體積小、重量輕、壽命長、低噪聲和安全可靠等優(yōu)點。
(2)可控硅調(diào)速裝置的研制應用。該裝置利用了可控硅(scR)的開關(guān)特性，巧妙地替代了原系統(tǒng)的空氣式交流接觸器，同時采用現(xiàn)場總線方式接收主控臺PLc發(fā)出的操作指令，實現(xiàn)主電機轉(zhuǎn)子回路外接電阻的切換，其切換原理如圖l所示。該裝置有以下優(yōu)點：
①無觸點控制，運行可靠，無噪音；②優(yōu)良的動、靜特性；③結(jié)構(gòu)簡單，使用維護方便。
圖1可控硅調(diào)速裝置原理圖
3 高壓變頻調(diào)速裝置的應用
礦山提升絞車通過對控制電路的改造，減化了系統(tǒng)，降低了噪聲，維護方便，同時增加了系統(tǒng)的科技含量。但其機械特性及調(diào)速的經(jīng)濟性等性能指標并沒有改變。隨著控制技術(shù)、電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，一種數(shù)字、節(jié)能、智能化的絞車調(diào)速控制系統(tǒng)應運而生，那就是高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。
3．1高壓變頻原理
隨著通用變頻器技術(shù)的日新月異和快速發(fā)展，高壓大功率變頻調(diào)速裝置也不斷地成熟起來，原來一直難于解決的高壓問題，近年來也隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展得到了很好的解決。高壓變頻器類型和拓撲結(jié)構(gòu)比較多，但原理和功能大同小異。根據(jù)有無直流環(huán)節(jié)將高壓變頻器分為兩大類：無直流環(huán)節(jié)的變頻器，即交一交變頻器和有直流環(huán)節(jié)的變頻器稱為交一直一交變頻器，其中直流環(huán)節(jié)采用大電感以平抑電流脈動的變頻器稱為
電流源型變頻器；直流環(huán)節(jié)采用大電容以抑制電壓波動的變頻器則稱為電壓源型變頻器，煤礦提升絞車一般多采用IGBT單元串聯(lián)型變頻器。由于受功率器件(IGBT或GTO)耐壓的限制，高壓變頻器運用了電壓疊加技術(shù)，輸出電壓由若干個低壓單元串聯(lián)而成，每個單元相當于一個常壓變頻器，完全利用了通用變頻器的成熟技術(shù)和功率器件。各個功率單元由隔離變壓器的二次線圈分別供電，可以很方便地得到不同電壓等級的輸出，而不受功率器件耐壓的限制。其功率單元及系統(tǒng)原理如圖1、圖2所示。
圖2 IGBT功率單元原理圖
3．2變頻調(diào)速提升機的控制優(yōu)勢
(1)真正實現(xiàn)了絞車的無機調(diào)速，可以實現(xiàn)大范圍內(nèi)的高效連續(xù)調(diào)速控制，使絞車在加、減速階段運行非常平穩(wěn)，具有良好的機械性能。
(2)軟啟動軟停車，減小了機械沖擊，在啟動、加速換檔及減速階段不會對電網(wǎng)造成沖擊，可以進行高頻度的起動運轉(zhuǎn)。
(3)模塊化、智能化設(shè)計，維護簡單，排除故障容易。
(5)全中文界面，顯示操作直觀，交互性好。
(6)變頻器四象限運行，在絞車下放階段向電網(wǎng)回饋能量，實現(xiàn)電氣制動，提高了運行的可靠性。
(8)容易實現(xiàn)電動機的正反轉(zhuǎn)切換，無需任何換向裝置。
(9)適用范圍廣。目前，高壓防爆變頻調(diào)速絞車已成功應用于煤礦井下。
(10)直接轉(zhuǎn)矩控制，實現(xiàn)電動機速度和轉(zhuǎn)矩的精確控制。
4 結(jié)語
高壓變頻控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，使絞車的機械性能發(fā)生了質(zhì)的飛躍，是絞車控制理論的一個重大突破。但是由于受功率器件耐壓的限制，目前必須采用均壓疊加技術(shù)才得以實現(xiàn)，而且在軟件控制方面的技術(shù)并不十分成熟，因此它的發(fā)展尚有一定的空間。
注：文章內(nèi)所有公式及圖表請以PDF形式查看。
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