浅谈副斜井绞车电控系统的改造

摘要：矿井提升机是煤矿生产中的关键设备之一，在煤矿生产中，其起着非常重要的作用。矿井提升是矿井生产过程中的一个重要环节，矿井提升机担负着物料、人员等的提升运输的任务等。本文介绍了几种副斜井绞车电控系统的改造方式。

关键字：矿井提升机， 副斜井绞车， 电控系统， 改造

Abstract: mine hoist is one of the key coal mine production equipment, in coal mine production, the plays a very important role. Mine mine production in the process of ascension is a important link, mine hoist for the materials, personnel of ascension task for transportation. This paper introduces several auxiliary slope hoist electric control system transformation method.

Key words: mine hoist, auxiliary slope hoist, electric control system, the transformation

中图分类号：U260.352 文献标识码：A文章编号：

0 前言

随着生产发展、技术进步的要求，矿井提升系统的安全可靠性也越来越突显重要，人们对电控系统的要求包括人性化设计水平、智能化水平、结构形式等都提出了更高的要求，这已是现代矿井提升机电控系统开发中最为重要的内容，矿井提升机自动化技术正在向智能化、网络化和集成化发展。

目前，我国绝大部分矿井提升机采用传统的交流提升机电控系统（TKD-A）,TKD控制系统是由继电器逻辑电路、大型空气接触器、测速发电机等组成的有触点控制系统。经过多年的发展，TKD-A系列提升机电控系统虽然已经形成了自己的特点，然而不足之处也显而易见，它的电气线路过于复杂化，系统中间继电器、电气接点、电气联线多，造成提升机因电气故障停车事故不断发生。随着计算机和PLC技术的不断发展，采用先进的控制技术改造传统矿山行业的传统控制系统，从而使矿井提升机的控制性能得到极大的改善，其自动化水平、安全、可靠性都达到了新的高度，并采用现代化的管理和监视手段保障提升机的安全运行。

1 矿井提升机电控系统介绍

目前，大多数中、小型矿井采用斜井绞车提升，传统斜井提升机普遍采用交流绕线式电机串电阻调速系统，电阻的投切用继电器―交流接触器控制。这种控制系统由于调速过程中交流接触器动作频繁，设备运行的时间较长，交流接触器主触头易氧化，引发设备故障。另外，提升机在减速和爬行阶段的速度控制性能较差，经常会造成停车位置不准确。提升机频繁的起动调速和制动，在转子外电路所串电阻的上产生相当大的功耗。这种交流绕线式电机串电阻调速系统属于有级调速，调速的平滑性差；速时机械特性较软，静差率较大；电阻上消耗的转差功率大，节能较差；起动过程和调速换挡过程中电流冲击大；中高速运行震动大，安全性较差。

2 交流变频调速同步机驱动提升系统

SCR―D直流拖动系统趋于成熟，且采用了顺控技术等措施来提高功率因数，但其功率因数仍然较低，从而从电网吸收大量的无功功率，且对电网品质因数产生严重的影响，提升容量越大，问题越突出。再则，直流电机制造成本高，电枢回路的整流子限制了提升容量的进一步增加，且整流子，碳刷易磨损，加大了维护工作量，故障率高。因此换相整流子是个薄弱环节。由于存在上述两个问题，迫使人们又重新考虑交流拖动方式。自80年代初以来，交流变频供电的同步机拖动异军突起，在大型提升机中发展成为技术、经济均优的拖动方式。这种拖动系统主要有如下优点：①提升容量几乎不受限制，最大可达10000kw，提升速度可达20m／s以上，提升高度1200m以上，滚筒直径达6.5m，这是直流系统难以达到的；②没有整流子和碳刷这一薄弱环节，保证了电机的可靠运行和降低了运行消耗；⑨功率因数高，可达0.9一l，极大地节省了电能：④动态品质好(和直流系统相同)，系统可在四象限平滑过渡和无级调速；⑤由于机械特性好，故起动转矩大。⑥同步机的价格和有色金属的消耗低于直流机；⑦调速范围宽。因此，多数专家认为，变频同步机拖动调速系统是大型提升机拖动的必然发展方向。

这种拖动系统的缺点是：①必须有专用的变频电源；②在恒转矩调速时，低速段电机的过载倍数有所降低；③高次谐波对电网有影响，需在电网上加滤波器等补偿措施加以缓解。

3 微机控制在提升机上的应用

随着微机技术的发展，微机控制技术已逐步应用于副斜井绞车电控系统中。目前，国外己达到相当成熟的阶段，使整个控制系统产生一次重大的变革。其应用主要体现在以下几方面：

(1)提升工艺过程微机控制

在交流变频装置中，提升工艺过程大都采用微机控制。由于微机功能强，使用灵活，运算速度快，监视显示易于实现，并具有诊断功能，这是采用模拟控制无法实现的。

提升行程控制

提升机的控制从本质上说是一个位置控制，要保证提升罐笼在预定地点准确停车，要求准确度高，目前可达_2cm。采用微机控制，可通过采集各种传感信号，如转角脉冲变换、钢丝绳打滑、井筒位置、滚筒及钢丝绳磨损等信号进行处理，计算出罐笼准确的位置而施以控制和保护。在罐笼提升时可实现无爬行提升，大大提高了提升能力。

(3)提升过程监视

由于近代提升机控制系统的设计特别强调安全可靠性，所以提升过程监视与安全回路一样，是现代提升机控制的重要环节。提升过程采用微机主要完成如下参数的监视：①提升过程中各工况参数(如速度、电流)监视；②各主要设备运行状态监视；③各传感器(如位置开关、停车开关)信号的监视。其目的在于使各种故障在出现之前就得以处理，防止事故的发生，并对各被监视参数进行存贮、保留或打印输出，甚至与上位机联网，合并于矿井监测系统中。

(4)安全回路

安全回路旨在出现机械、电气故障时控制提升机进入安全保护状态。为确保人员和设备的安全，对不同故障一般采用不同的处理方法，大致分为以下四种情况：①报警显示，如冷却器温度过高等；②二次不能开车，如电机绕组过热、制动油过热等；⑨立即进行电气制动，如停车终点设备出现故障时本次提升应尽快停下来；④立即进行安全制动，如过卷、超速等。

(5)制动系统的控制与监视

制动(可调闸)控制系统除要可靠地完成工作制动和安全制动外，还要完成对液压站的控制以及各环节参数(如油压、闸瓦磨损等)的监视，其技术要求与安全回路相似。

4 晶闸管一电动机(SCR--D)直流低速直联拖动系统

部分发达国家原有的交流提升机已基本上被晶闸管一电动机(以下简称SCR―D)系统所取代。如德国、瑞典等国家已有90％以上采用直流提升机，传动系统大都采用低速直联式(省去减速机)，使系统大为简化。此类系统的优点在于：体积小，重量轻，占地面积小，安装方便，建筑费用低；无减速器，总效率高，电能消耗少；维护工作量小，备件少，处理事故快；单机容量大，适用范围广；调速平滑，精度高；易于实现最佳控制和自动化，安全可靠；节电显著，5―8年可回收设备投资，是矿井节电的有效途径。其缺点在于：功率因数低，如三相桥平均功率因数只有O．45左右；无功冲击大，高次谐波对电网影响大。这些缺点可采用顺序控制和多脉冲整流的方法以及在电网上加谐波滤波器等措施使其抑制在一定的允许范围内。

5 结论

矿山行业是我国的传统行业，目前相当多的副斜井绞车电控系统仍然采用发电机一直流电动机调速、接触器一继电器逻辑控制、由行程开关指示罐笼位置等落后技术的控制系统，这对当前以人为本、安全至上的矿山现状，这种落后的控制系统已不适应当前矿山发展的要求。随着科学技术的进步和矿井生产现代化要求的不断提高，人们对副斜井绞车工作特性的认识进一步深化，提升设备及控制系统也逐步趋于完善，各种新技术、新工艺逐步应用于矿井提升设备中。特别是模拟技术、微电子技术、微电脑技术在提升机控制中的应用已成为必然的发展方向。

参考文献：

【1】王清灵,龚幼民主编.现代矿井提升机电控系统.北京:机械工业出版社,1996

【2】梁南丁,王红俭主编.矿山机械设备电气控制.北京:煤炭工业出版社,2007

【3】王红俭,王会森主编.煤矿电工学.北京:煤炭工业出版社,2005