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      礦井提升機電控系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

      2019-09-10 14:55:34王凱
      理論與創(chuàng)新 2019年9期
      關(guān)鍵詞:自動化控制智能化

      王凱

      【摘要】針對礦井提升機電控系統(tǒng)的發(fā)展,分析了礦井提升機電控系統(tǒng)的組成和現(xiàn)狀,提出了礦井提升機電控系統(tǒng)傳動方式多樣化、控制模式網(wǎng)絡(luò)化、監(jiān)測智能化及無人值守的發(fā)展方向,指出電控系統(tǒng)無人化、網(wǎng)絡(luò)化、遠(yuǎn)程化、自動化是數(shù)字化礦山建設(shè)的重要基礎(chǔ)。

      【關(guān)鍵詞】礦井提升機;電氣傳動系統(tǒng);自動化控制;智能化

      1技術(shù)背景

      礦井提升機作為井上井下的唯一輸送通道,是礦山的咽喉設(shè)備,其運行性能的好壞與優(yōu)劣不僅直接影響到礦山的生產(chǎn)效率,而且影響到礦山的生產(chǎn)安全,同時它也是礦山機電自動、智能化發(fā)展水平的顯著標(biāo)志,是數(shù)字化礦山建設(shè)的重要組成部分。礦井提升機屬往復(fù)運動的生產(chǎn)機械,且其負(fù)載為位能型負(fù)載,其對電控系統(tǒng)要求比較高,所以它的電氣傳動及控制一直是各國電氣傳動界的一個重要研究領(lǐng)域。

      2礦井提升機電控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

      2.1礦井提升機電控系統(tǒng)的范圍

      礦井提升機電控系統(tǒng)主要包括配電控制系統(tǒng)、自動化控制系統(tǒng)、電氣傳動系統(tǒng)三大部分。配電系統(tǒng)包括動態(tài)無功補償SVC或SVG、高低壓配電(含各種變壓器) 及綜合保護系統(tǒng)。自動化控制系統(tǒng)包括閘控制系統(tǒng)、數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)、速度控制系統(tǒng)等工藝控制。電氣傳動系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)要求的不同,總體上分為交流傳動與直流傳動兩類,其中交流傳動有繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速系統(tǒng)、低壓變頻調(diào)速系統(tǒng)、交交變頻調(diào)速系統(tǒng)、交直交變頻調(diào)速系統(tǒng)等; 直流傳動有發(fā)電機-電動機組直流調(diào)速系統(tǒng)、晶閘管供電直流調(diào)速系統(tǒng)等。

      2.2礦井提升機配電系統(tǒng)

      (1)高壓配電系統(tǒng)

      高壓配電系統(tǒng)采用單母線分段結(jié)線方式,雙電源進線。兩回電源相互閉鎖,當(dāng)一段電源故障時另一段電源能擔(dān)負(fù)全部負(fù)荷。高壓系統(tǒng)一般采用KYN28系列高壓真空開關(guān)柜高壓電源二次回路的連鎖和控制接點,輸入到提升機自動化控制系統(tǒng)即PLC系統(tǒng)進行操作控制, 便于遠(yuǎn)程集中控制和監(jiān)測。同時提供過載、過壓、過流報警節(jié)點。

      (2)低壓配電系統(tǒng)

      低壓電源為AC380V/220V電源,采用單母線運行方式,為全系統(tǒng)提供控制、操作電源。配置低壓電源柜,向電控系統(tǒng)、車房吊車、空調(diào)、冷卻風(fēng)機、液壓站、照明以及檢修開關(guān)提供控制、操作電源。為防止供電系統(tǒng)意外停電造成事故,增設(shè)大容量UPS電源,保證控制電源安全、可靠,同時完成主機冷卻風(fēng)機的工藝控制。井下低壓電源為AC380V,中性點不接地系統(tǒng),電源引自井上低壓控制電源系統(tǒng)中的隔離變壓器。計算機及PLC電源采用集隔離、穩(wěn)壓、濾波、整形、抗干擾和凈化功能于一體的交流參數(shù)穩(wěn)壓器。配電裝置饋出回路除滿足提升機及電控設(shè)備以及主電機冷卻風(fēng)機本身所要的電源回路外,根據(jù)設(shè)計具體要求,留有供用戶使用的備用饋出路,并滿足容量要求。

      (3)動態(tài)無功補償系統(tǒng)

      近年來由于礦山加大了開采力度,大功率大容量的礦井提升機控制系統(tǒng)應(yīng)用越來越廣泛,提升機電控系統(tǒng)對電網(wǎng)的影響也越來越大,尤其是大功率交交變頻系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用,要求對電網(wǎng)進行動態(tài)無功補償和諧波抑制,一般采用SVC或SVG動態(tài)無功補償系統(tǒng)。

      2.3礦井提升機自動化控制系統(tǒng)

      礦井提升機自動化控制系統(tǒng)采用PLC控制器為中心,結(jié)合外圍的設(shè)備完成提升系統(tǒng)的各種工藝控制,包括速度給定、行程控制、故障保護、閘控制、信號控制等。控制和監(jiān)控系統(tǒng)采用兩套PLC和繼電器來完成提升工藝的控制及監(jiān)控。上位機、主控PLC、操作保護PLC、主傳動設(shè)備、信號系統(tǒng)通過現(xiàn)場總線構(gòu)成現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò),這樣,減少了設(shè)備之間的連線,增加了系統(tǒng)的可靠性[2]。同時為地面生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)或全礦集中控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)通訊提供了必要的接口,以便于實現(xiàn)礦山的高度自動化。

      2.4礦井提升機電氣傳動系統(tǒng)

      我國在1980年代以前,提升機電氣傳動主要采用繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻交流調(diào)速系統(tǒng),少數(shù)則采用發(fā)電機—電動機組直流調(diào)速系統(tǒng);1980年代以后,提升機電氣傳動主要是采用晶閘管直流供電的直流調(diào)速系統(tǒng);近年來,提升機電氣傳動尤其是2000kW 以上的主要采用交交變頻調(diào)速系統(tǒng)和交直交變頻傳動系統(tǒng)。

      3礦井提升機電控系統(tǒng)的發(fā)展方向

      礦井提升機電控系統(tǒng)經(jīng)過多年的發(fā)展,展現(xiàn)出如下的發(fā)展方向。

      3.1傳動方案多樣化

      隨著傳動技術(shù)的發(fā)展,尤其是大功率的交流變頻技術(shù)的發(fā)展,礦井提升機電控系統(tǒng)的傳動方案越來越多樣化,根據(jù)用戶的實際需求,可以配置各種不同的更加合理的傳動方案。特別是近年來我國加大礦山的開采力度,大功率大容量的礦井提升機需求越來越多,大功率的交交變頻系統(tǒng)和大功率的交直交變頻系統(tǒng)應(yīng)用越來越多。整體而言,交流變頻傳動系統(tǒng)是礦井提升機傳動系統(tǒng)的主要發(fā)展方向,但在中等功率范圍內(nèi),V-M直流傳動系統(tǒng)由于其良好的性價比,仍有廣泛的應(yīng)用空間。同時,隨著中壓四象限變頻技術(shù)的發(fā)展成熟,中壓變頻技術(shù)必將在礦井提升機上得到更多的應(yīng)用與發(fā)展。G-M直流調(diào)速方案、轉(zhuǎn)子回路切電阻方案以及脫胎于串級調(diào)速的雙饋轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速方案,必定逐漸淘汰。

      3.2控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化

      現(xiàn)階段礦井提升機自動化控制系統(tǒng),均是用單PLC或雙PLC為中心,采用遠(yuǎn)程I/O,通過現(xiàn)場總線實現(xiàn)聯(lián)接,是現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。為融入礦井信息管理系統(tǒng),實現(xiàn)數(shù)字化礦山,礦井提升機自動化控制系統(tǒng),將來必將采用多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備層、現(xiàn)場控制層與集中管理層間的無縫聯(lián)接,所以控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化是一個必然的過程,是數(shù)字化礦山系統(tǒng)的重要組成部分。

      3.3監(jiān)測智能化且保護多樣化

      為適應(yīng)礦井提升機自動化不斷提高的要求,對現(xiàn)場設(shè)備需要更詳盡更可靠的監(jiān)測和控制,因此各種高性能、智能化的監(jiān)測手段必將不斷涌現(xiàn),各種后備保護必須安全可靠,保護冗余。如對液壓站實監(jiān)測與保護、對閘盤間隙等實時監(jiān)測與保護,設(shè)計開發(fā)數(shù)字式監(jiān)控器等。

      3.4系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控?zé)o人值守

      隨著企業(yè)的發(fā)展,生產(chǎn)的規(guī)模不斷擴大,每個礦山的礦井提升機的數(shù)量持續(xù)增多,生產(chǎn)任務(wù)不斷加重,而勞動力資源卻在自然減員,迫切要求礦山對多臺提升機系統(tǒng)進行集中控制與管理,實現(xiàn)多臺提升機遠(yuǎn)程集中控制、機房無人值守,減少勞動力、增加勞動效率,保證提升機的安全可靠運行,對礦井安全、持續(xù)、高效生產(chǎn),加快礦井生產(chǎn)系統(tǒng)的現(xiàn)代化進程而言,將具有重要的實際意義與經(jīng)濟意義,是數(shù)字化礦山的高級應(yīng)用實例。

      4結(jié)束語

      礦井提升機電控系統(tǒng)作為礦山現(xiàn)場設(shè)備的控制系統(tǒng),隨著數(shù)字化礦山建設(shè)的發(fā)展,必將實現(xiàn)無人化、網(wǎng)絡(luò)化、遠(yuǎn)程化、自動化的特點,為礦山的安全、高效生產(chǎn),提供強大的技術(shù)基礎(chǔ),為數(shù)字化礦山的建設(shè)提供強大的物理基礎(chǔ)。

      參考文獻

      [1]徐希康.基于PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的全數(shù)字礦井直流提升機電控系統(tǒng)[J].工礦自動化,2002,(6):26-28.

      [2]周雨松.基于SIMADYN-D控制器的交-交變頻技術(shù)在礦井提升機上的應(yīng)用[J].工礦自動化,2010,(4):87-89.

      [3]孫曉娟.基于矢量控制的高壓變頻器在礦井通風(fēng)機改造中的應(yīng)用[J].電氣傳動自動化,2010,(32):48-50.

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