煤礦副井提升機變頻調速控制裝置的研究

王俊錫

(陽煤一礦機電工區(qū)，山西 陽泉 45008)

引言

煤礦副井提升機作為聯(lián)系井下和地面的通道，是煤礦上的一種關鍵機電設備，主要負責人員和設備的運輸需求，其運行時的安全性和穩(wěn)定性直接關系到人員的生命安全。傳統(tǒng)的副井提升機在制動過程中會產生較大的沖擊作用，給提升鋼絲繩和機架造成較大的影響，降低了副井提升設備的使用壽命和經(jīng)濟性。特別是隨著煤礦對生產效率要求的不斷提升，提升機的運行速度不斷加快，在制動過程中的不穩(wěn)定因素劇增，給煤礦的人員運輸造成了極大的安全隱患。因此，提出一種新型的煤礦副井提升機變頻調速裝置，該裝置通過變頻調速器對驅動電機的運行情況進行控制，設置變頻調速控制曲線，滿足副井提升機在不同制動條件下的平穩(wěn)制動要求。

1 副井提升機變頻調速控制系統(tǒng)

該副井提升機變頻調速控制系統(tǒng)以中央處理單元為核心，通過對設置在副井提升機上各類傳感器所監(jiān)測的信息分析，自動對提升機的運行狀態(tài)進行判斷，同時根據(jù)行程情況自動選擇最佳的變頻調速控制曲線，實現(xiàn)對提升機運行狀態(tài)和平穩(wěn)運行的綜合控制，顯著提升副井提升機的運行安全和經(jīng)濟性。

該變頻調速控制系統(tǒng)主要包括監(jiān)測控制單元、中央處理單元、調節(jié)控制單元三個部分組，監(jiān)測控制單元主要包括限位開關、手動開關、光電傳感器、感應式接近開關、編碼器等，用于對礦井提升機在運行過程中的狀態(tài)進行實時監(jiān)控。中央處理單元主要是用于對監(jiān)控結果進行分析，下達調節(jié)控制指令，調節(jié)控制單元主要是根據(jù)中央處理單元發(fā)出的調節(jié)控制指令進行繼電器、電磁閥、變頻器輸出信號控制，滿足對提升機運行狀態(tài)調整的需求。該變頻調速控制裝置以CPU為核心，具有防爆、數(shù)據(jù)更新便捷、擴展性好、穩(wěn)定性高的優(yōu)點。

2 變頻控制器結構及工作原理

該煤礦副井提升機變頻調速控制的基礎在于變頻控制裝置對提升機運行狀況的變頻調節(jié)控制，該變頻控制裝置主要包括了控制部分和主電路部分，控制部分主要是控制系統(tǒng)對中央處理單元所發(fā)出的調節(jié)控制信號進行轉換，將其變?yōu)楣ゎl交流電信號，進入到該控制單元內，然后控制系統(tǒng)電流發(fā)出驅動脈沖信號，完成一次完整的整流逆變過程，將交流電信號轉變?yōu)橹绷麟娦盘?，通過對直流電信號的轉換，賦予調節(jié)控制信號，然后再經(jīng)過一次逆變過程將控制信號以工頻交流信號的形式進行輸出，實現(xiàn)對變頻控制單元的實時調節(jié)控制，使其輸出滿足控制要求的變頻控制信號，控制副井提升機驅動電機按照設定的調節(jié)控制模式進行運行，該變頻調速控制裝置的整體結構如圖1所示。

圖1 煤礦副井提升機變頻控制器結構示意圖

3 副井提升機變頻調速控制系統(tǒng)的應用

為了對該副井提升機變頻調速控制系統(tǒng)的實際應用效果進行分析，本文以某礦提升機為驗證對象，對其控制系統(tǒng)進行了優(yōu)化改造，其副井提升機的提升距離為515m，根據(jù)變頻調速控制系統(tǒng)的控制原則，在經(jīng)過大量的驗證后，所設計的提升過程中的變頻調速控制曲線如圖2所示。

圖2 煤礦副井提升機變頻調速控制曲線

由圖2可知，該變頻調速控制曲線包括了初加速段、加速段、等速段、減速段和爬行段五個部分，初加速段、爬行段均為“S”型控制曲線，能夠確保在初加速段運行的平穩(wěn)性，降低對提升機的振動和沖擊，加速段和減速段均為線性曲線，主要是提高提升機的運行和減速效果，等速段則是提升機以最大運行速度運行的時間，通過該變頻調速控制曲線能夠將提升機運行時對機架的沖擊力降低了87%，運行速度提升了41%，顯著提升了提升機在運行過程中的穩(wěn)定性和舒適性。

對該礦應用變頻調速控制系統(tǒng)以來的耗電量進行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)在相同的運行頻次下，采用變頻調速控制系統(tǒng)后提升機運行時的耗電量比優(yōu)化前降低了約17%，顯著提升了副井提升機運行時的經(jīng)濟效益，同時該調速控制系統(tǒng)還能夠根據(jù)監(jiān)測結果實現(xiàn)對副井提升機運行狀態(tài)的判斷和報警，自動顯示故障源，顯著降低了提升機的故障維修時間。

4 結論

1)該變頻調速控制系統(tǒng)主要包括監(jiān)測控制單元、中央處理單元、調節(jié)控制單元三個部分組，以中央處理單元為核心，根據(jù)行程情況自動選擇最佳的變頻調速控制曲線，實現(xiàn)對提升機運行狀態(tài)和平穩(wěn)運行的綜合控制。

2)通過該變頻調速控制曲線能夠將提升機運行時對機架的沖擊力降低了86%，運行速度提升了40%，顯著提升了提升機在運行過程中的穩(wěn)定性和舒適性。

3)采用變頻調速控制系統(tǒng)后提升機運行時的耗電量比優(yōu)化前降低了約17%，顯著提升了副井提升機運行時的經(jīng)濟性。