山东能源枣庄矿业集团柴里煤矿 山东省 滕州市 277519
摘要：本文首先对四象限防爆变频提升机电控系统进行了一个简单的描述，然后对主要技术特点与主要技术性能进行了重点分析。
关键词：四象限；防爆变频；提升机；电控系统
1系统概述
根据使用环境及现代化矿井装配的基本要求，采用全数字防爆四象限变频提升机电控系统分别对提升机电控进行设备配置，以满足正常提升的需要。防爆变频电控系统是集现代化计算机技术、防爆技术、变频技术和热管散热技术为一体的高科技产品，采用了能量回馈型四象限变频器，在重物下放时，电动机处于发电状态，自动将电能回馈到电网中，在节省了大量电能的同时，提高了系统操作尤其是下放重物时的安全性。
2主要技术特点
2.1现场总线技术
1）整套系统采用可编程控制器进行控制，安装于主控台内，实现了控制的网络智能化。
2）系统采用现场总线技术，在提高系统可靠性的同时，省去了大量的控制接线，具有安装调试简单，维护方便，故障率低等一系列优点。
2.2数字化设计
1）整套系统采用位置速度传感器：安装于高速轴和低速轴的位置速度传感器实现了数字化的行程、速度给定及保护。
2）整套系统采用二个压力变送器，将制动油压和润滑油压变成模拟信号，通过A/D模块将压力信号变成数字信号，实现系统数字化控制。
2.3软件化的设计
1）软件化的设计思想，“能用软件实现的功能，决不用硬件”，提高了系统的稳定性，大大减少了系统的硬件故障。
2）控制精度高，安全保护齐全，可实现控制系统的自检、报警、信号记忆及相应的显示等。
2.4工业控制人机界面
A、运行态：主要显示有容器位置、本次打点次数、上次打点次数、制动油压、到位信号、模拟深度指示器以及主要故障指示等。
B、故障态：本屏显示所有的故障点，红色为故障，绿色为正常，只要调出此屏即知道故障之所在，极大的缩短了查找故障的时间。
C、故障记忆：当安全回路动作时，能记录在发生故障的那一时刻绞车的运行参数，非常方便我们分析故障原因。
D、绞车停车时显示运行态，故障时自动转换为故障记忆，同时也可手动切换。
E、可根据用户要求增加显示内容。
2.5模块化设计
本系统运用模块化的设计思想，将多个功能集成为不同的电路模块，如
1）语言报警模块：系统人性化的将操作提示和故障用语言的方式告知操作人员和维护人员，如减速点到、提升过卷、等速段过速、减速段过速、2m/s超速、钢丝绳松、闸瓦磨损等段。
2）可调闸模块：本模块集电制动开环和闭环以及工作闸开环和闭环于一体，且比较开环和闭环后输出结果，具有线性好、输出功率大、稳定性高等特点，适用于各种电磁
3）高度集成化使系统的故障率极低，完善的自诊断功能使设备的维护简单，维修容易。所有模块都是即插即用的免调试模块，极大地缩短了处理故障的时间。
4、抗干扰设计
按照抗干扰的设计原则，在输入、输出、电源等方面有针对性地实施了抗干扰措施，完全符合GB/T17626电磁兼容性要求，整套系统通过电兼容性试验，使得系统安全可靠。
6、全防爆型式设计
设备设计、制造符合国家相关防爆产品的技术规范，持有国家煤炭工业防爆检验站批准的“防爆合格证”和“煤矿矿用产品安全标志证书”。
7、多种开车方式
系统具有压频控制、矢量控制等多种控制方式可供选择。
8、高效率的传动方案和节能理念
采用具有活跃前端能量回馈特性的四象限变频器，电动状态时从电网吸取能量，使电动机产生电动力；制动状态时工作于逆变状态，将能量返回电网，节能效果非常显著。
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3主要技术性能
3.1数字行程监控器
1）主控器件
采用西门子公司进口的S7系列可编程控制器作为装置的主控制器件。
——PLC编程方便灵活，更改容易；
——产生速度包络曲线对提升机的速度进行逐点监控和连续监控；
——实现数字行程给定功能，定位精度≤1cm，并实现数字行程罐位显示，
——实现对调速系统以行程为自变量的速度给定，完成提升机位置控制；
——能生成多个软开关点，参与控制与保护；
——具有对编码器进行同步校正的功能；
——PLC行程监控器可以很容易地进行参数的整定以适应变化的工况（如变化了的速度、深度等）；
2）转换模块
采用模数转换和数模转换模块，用于对模拟量和数字量之间的转换。
3）控制方式
——装置的各项控制和保护功能之间的逻辑关系，是根据原TKD系统的工作过程，结合现场实际情况，用编程的方法加以解决；
——数据经通讯模块的传送，将各种外设控制开关、传感器来的信号和各种需要显示的信号传送到显示器中供显示使用；
——各种外设控制开关、传感器来的信号经隔离后接到PLC的输入端，经PLC逻辑运算和逻辑处理后，驱动相应的输出继电器动作，并控制安全继电器、工作继电器及各接点，完成提升机的启动、运行、正转、反转、停车、急停、保护、报警、复位等过程。
4）监控功能
系统通过编程器直接观察各控制回路中每个器件的工作情况，因而以四象限变频为核心所形成的系统功能更完善，控制过程更加简洁，维护更方便。
3.2提升控制
系统核心控制部分采用可编程控制器和四象限变频调速装置组成，采用现代控制技术，完成提升机所需的逻辑控制及保护功能，使系统安全、可靠，完全满足矿井提升工艺过程要求。
1）选用西门子公司生产的S7系列PLC；
2）主控PLC应用软件能完成提升机手动、自动、检修等运行方式的控制要求；
3）完成提升机运行工艺要求的控制功能；
4）实现对调速系统按速度给定的控制；
5）实现完善的保护功能，对于等速段超速、减速段过速、过卷等安全保护具有多重保护；
6）保护功能按下列三类设置：
——立即施闸的紧急停车；
——完成本次提升后不允许再次开车的功能，即一次提升；
——自动减速后施闸停车；
7）可在线或离线修改用户程序；
3.3调节控制
1）主回路采用双向逆变方案，具有能量回馈功能；
2）采用优化SPWM控制技术，改善电流波形，减轻负载的运转颤动；
3）具有PID闭环控制功能；
4）具有多段速度设定，跳跃频率设定，S曲线加减速及速度反馈控制；
5）具有类似或优于直流电动机的优良机械特性；
6）保护功能齐全，具有完善的软、硬件保护功能，如过热电流，短路、接地、过压欠压、过载、过热、电动机过载、外部报警、电涌保护、主器件自保护等；
7）节能效果显著。具有近于1的功率因数接和大于95％的能量转换效率。
3.4安全保护
系统采用PLC进行控制，形成硬件安全电路与软件安全电路两者之间相互冗余，相互闭锁，完成提升机机械、液压、电气等方面的故障检测、报警与保护。
立即施闸类故障保护（即发生下列各类故障时，系统能立即进行完全制动停车，并发生声报警）；
3.5制动控制系统
⑴当系统发生故障导致安全回路断开时，PLC利用采集来的速度信号和油压信号，对液压站制动电液阀进行PID闭环控制，以实现液压站的减速制动功能。
⑵当减速制动发生故障时，若提升机在井中，PLC直接控制安全阀和二级制动阀动作，实施二级制动控制；若提升机接近井口，则实施一级紧急制。
4结语
综上所述，本系统优选了进口高性能电气传动装置和电气元件，运用软件代替相关硬件，使系统结构在原来的基础上更加简单、合理。本系统采用当前世界先进的技术，完全符合矿井提升机工艺的各种要求，性价比高，达到高性能的前提下投入资金最少。
参考文献：
[1]严树勋,陈力.井下防爆提升机电控系统应用[J].电子世界,2014(8):277-278.
[2]王才.隔爆型矿井提升机高压四象限变频调速系统[J].山东煤炭科技,2009(4):78.
论文作者:宋方才 陈为忠 韩业国
论文发表刊物:《科技新时代》2019年1期
论文发表时间:2019/3/20
标签：系统论文; 故障论文; 提升机论文; 功能论文; 速度论文; 模块论文; 闭环论文; 《科技新时代》2019年1期论文;