绞车电气PLC变频技术

摘 要 作为煤矿运输系统的关键设备，绞车对矿山生产安全与效率的提高具有至关重要的影响作用。然而，目前设备在运行中表现出的一系列问题说明，串联电阻等传统控制方式已不适合现阶段煤矿绞车控制的需要，因此必须采用更加先进的技术予以改进。本文介绍了PLC变频技术在绞车电气控制中的技术原理与配置功能，并结合笔者的实践经验，对于改进后的系统效益进行了分析，对煤矿绞车电气控制可靠性的提高与节能改造的实现具有重要的指导意义。

关键词 变频技术；煤矿绞车；PLC；电气控制；节能改造

中图分类号TD5 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）98-0198-02

1 传统绞车的应用现状与技术问题

在挖掘与开采等矿山生产过程中，绞车作为运输系统的关键设备往往对生产安全与效率的提高具有至关重要的影响作用。然而，由于电控绞车需要在一个提升周期内进行加速、等速、减速、卸载等复杂的操作任务，设备启停、加减速时，机械部件与电气元件所受到的冲击都使绞车工作的稳定性与经济性面临着巨大的考验。

调查表明，目前我国煤矿绞车在实际使用中的问题主要集中在以下两个方面：首先，费用过高、能耗过大是煤矿绞车运行的明显缺陷，由于传统绞车常利用串联电阻进行调速操作，而串联电阻系统的耗电量高，其能耗成本接近设备运行整体成本的80%，但耗电量中有很大一部分都由于井下轨道实际负载的变化而损失了；另一方面，调速电阻的控制需要技术人员在掌握其工作原理的基础上，根据经验对各种运行情况进行判断，而由于误判造成的钢丝绳被拉断、翻矸斗过卷或拉翻等问题均较为常见，加之串联电阻电路的接点多，往往会造成与行程开关配合困难的问题，导致不动作、误动作等问题的发生，造成运输过程的安全生产得不到保障。此外，为确保设备运行的安全性与稳定性，通常要求绞车维修养护人员的数量多、技术高，这又使人力资源成本进一步提高。可见，串联电阻等传统的电控方式既不利于矿山生产安全性和经济性的实现，也不符合国家节能降耗的“绿色煤矿工业”的发展思路。而要改变这一现实，达到优化系统、节能增效和净化环境的效果，将PLC变频技术作为首选，对绞车电气控制系统进行节能改造势在必行。

2 PLC变频技术在绞车运行过程中的应用

在煤矿的采掘过程中，浅煤层的开采环境相对良好，轨道坡度变化容易控制且质量较高，然而随着开采规模的不断扩大，煤层越深，轨道的质量越差，其坡度的变化也就更加难以控制。绞车在经过陡坡和缓坡时所担负的负荷变化明显，若以同一工作频率运行设备，就将使部分电机电能空耗，甚至将多余的电能反馈至电网，引发绞车主回路的母线电压出现不正常升降的现象。由于电机的实际转速与供电电源频率成正比例关系，因此可通过改变电源频率来实现改变电机转速的目的，结合绞车实际负载情况调节电机的输出功率，可以提高电网功率因数，从而更加精确地实现对绞车的电气控制目标。在这一背景下，我国煤矿绞车中的直流调速和模拟控制正逐渐被效率更高、稳定性更好、工艺流程更加合理的交流变频调速和数字控制所代替。

目前，我国煤矿绞车所选用的PLC变频控制系统多选用660V、50Hz的电源，电压的波动范围控制在±10%，允许的频率波动范围通常为±2.5%。根据实际运行需要，可将输出功率设置在200kW，并确保0～50Hz的输出频率，从而保证绞车作业能安全、高效地进行。系统应为实际生产中不同的运行环境设置保护功能，以解决设备的过流、过压、欠压等常见问题，且应以自动转矩提升功能的设置，确保处于低频运转的绞车能够满足额定转矩的规定要求。

电气控制可采用双PLC全数字控制系统，两套PLC与硬件电路互相冗余，完成绞车的提升控制与数字监控系统，并同时在PLC故障时能够分别完成临时应急提升。其中防止过卷装置、过速装置、限速装置和减速功能保护应设置为相互独立的双线形式。系统的声光信号与控制回路应具有闭锁功能，并以30天作为标准，保留信号发出的次数以及时间记录。检修时将绞车运行速度设置在0.3m/s～0.5m/s为宜，并应可调整为手动操作状态。为确保检修工作的顺利进行，操作台还应设置深度、速度、电压、电流、油压温度等指示，以确保工作人员获得的数据全面、准确、直观。

3 实际效益分析

从将上述技术应用于煤矿绞车电控改造的实际效果来看，PLC变频技术主要在以下几方面具有突出的优点：首先，新系统大大降低了绞车的运行成本。变频技术使运输循环中调速运行时间所占的比例相对增加，直接降低了设备运行的能源成本35%以上，并因减少电流冲击而降低了设备的故障率，有效减少了设备的更换、维修及时间成本。其次，绞车负载随电机转速而变化，而变频技术具有精确的负载控制功能，可以确保负载量与设备输出相匹配，因此，绞车电气控制的精确程度也得到了大幅提高。此外，通过对设备停启、加减速的控制，设备机械部件与电气元件所受到的冲击都得到了缓解，煤矿运输系统运行的安全性和可靠性也得到了进一步的提升。

4 结论

作为我国煤矿工业技术革新的重要标志之一，PLC变频技术在煤矿绞车电气控制中体现出的种种成效都说明了进行设备节能改造的必要性和可行性。改进中应将变频系统的性能与煤矿生产的具体情况相结合，根据实际运输需要对PLC模块进行灵活组合，使其充分发挥与作业条件相匹配的先进控制功能。相关技术人员应认真研究PLC变频的工作原理与技术特点，将之逐步应用于矿山风机、水泵等其他设备的电气控制中，为实现我国煤矿工业技术的全面发展贡献力量。

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