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摘 要：对矿区的交流提升机经典控制系统（TKD电控系统）改造为以PLC为控制核心的低压变频控制系统，使绞车控制集中化，调试更加平稳节能。
关键词：绞车 PLC 变频器
中图分类号：TM921.51；TD534 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）06（b）-0098-01
1 现场情况
本方案为某矿区的绞车提升改造。原有系统为滑环电机串电阻控制的交流提升机经典控制系统（TKD电控系统）。原有电机为JRQ-148-8 240 kW/6kV，转速735 rpm/min。 卷筒直径2 m、卷筒宽度1.5 m、钢丝绳最大静张力6000 kg、液压工作压力55 kg、钢丝绳速度5 m/s、地面供电电压等级6 kV、环境温度-5℃～40℃、海拔高度1950 m、使用场所为斜井。
2 现有转子串电阻调试分析
矿井提升机担负着运输人员、材料、矿石、矿物的重要任务，是矿井生产中四大运转中特别重要的设备。对于交流提升机拖动而言，原有的控制系统普遍采用绕线电机转子串电阻的方式进行调速，这些系统存在以下缺点：（1）电阻能耗大，且占用空间大。（2）使用转差和开环控制，调速范围小、精度低、安全性能差；在减速段和下放时需投切动力制动直流电源或低频电源，易造成设备损坏，且浪费了大量的电能。（3）系统的故障率高，接触器、电阻器、绕线电机碳刷容易损坏，维护工作量很大，影响了生产效率。（4）低速和爬行阶段需要依靠制动闸皮摩擦滚筒实现速度控制，特别是在负载发生变化时，很难实现恒减速控制，导致调速不连续、速度控制性能较差。（5）启动和换档冲击电流大，造成了很大的机械冲击，导致电机的使用寿命大大降低，而且极容易出现“掉道”现象。（6）自动化程度不高，增加了开采成本，影响了产量。（7）低电压和低速段的启动力矩小，带负载能力差，无法实现恒转矩提升。
3 改造计划
（1）将TKD电控统系改造为以PLC（西门子）为控制核心的低压变频控制系统（西门子）。（2）增加高压配电柜、干式变压器、配电柜、变频柜、操作台、液压泵站等电控设备；（3）原有的深度指示器（自整角机等设备）改为新型的柱式深度指示器（立于卷筒旁）。（4）原有的现场保护元件（松绳开关、闸瓦间隙检测等）、抱闸系统不做修改，接入新系统中。
4 系统设计
由于传动领域发展的多样性，使得目前出现了多种驱动方案，下面是我们针对提升机所做的质量高、性能价格比高、最合理的优化方案如图1。
4.1 控制系统
提升机变频电控系统由提升机专用变频器、智能型主控台、回馈制动柜和传感器组成。
4.2 变频驱动系统
提升机变频电控系统是采用国际先进的变频调速、直流制动、能量回馈、转矩提升技术研制成功的高新技术产品，适用于矿井地面或井下37～600 kW提升机的智能电气控制，它利用改变被控对象的电源频率，成功实现了交流电动机大范围内的无极平滑调速。尤其对于多绳、多水平、双机、斜井等运行场合，表现出巨大的优越性。
4.3 制动系统
为了确保斜井提升机的安全，提升机的机械闸是提升机安全运行的最后一道屏障，这部分由液压制动系统完成，其控制如电机启动、停止，敞闸、施闸等动作均由微机综合保护系统完成。同时对于液压系统的故障状态，如油温过高、过低、滤油器堵塞、油泵过载、停转等状态进行监控，当滤油器堵塞、油泵过载、停转等故障发生时，系统报警的同时控制停机，但当油温过高、过低等故障发生时系统只发出报警信号，不马上停机。
4.4 低压配电系统
低压配电系统的输入为高压配电系统中馈电柜输出；高压配电系统中馈电柜输出经630 kVA--6/0.4的变压器变为380 V低压电。隔离变压器采用DYn0接法，采用三相四线制供电。为了确保低压供电的可靠性，低压供电可以采用双回路供电办法。一路供电由上述供电，另一路引自用户另一渠道。低压电的分配在低压配电柜内完成，其除了给提升机电控系统各设备，如高压配电系统，液压系统，变频器，核心控制系统中操作台、PLC柜，行程控制系统中PLC，操作台，上位，信号系统等供电外，还提供附属设备供电，如照明等，供电容量约500 kVA。
4.5 系统安全性、可靠性保证
（1）安全性保证。系统安全性监视采用全数字传动系统、PLC及继电回路的冗余结构，具体体现为：①重要控制参数、信息及故障的多重化检测、监控及分级处理（紧急安全制动、事故停车、不准提升、事故报警）。②系统按冗余原则设计，保证某部分出故障时，系统仍能工作。（2）可靠性保证。为保证系统的可靠性，在系统及产品设计中严格遵循下列原则：①电气系统中使用的元器件均为质量可靠、性能稳定且符合欧洲工业级电磁兼容性标准。②系统设计中注重故障处理的快速性和应急性。
4.6 信号系统
信号系统采用PLC+HMI集中设计、显示、操控系统，在结构设计上延用操作员习惯使用的手柄操作台，并集成人机对话界面系统，操作员能从人机界面真实准确的实时查看各种报警信号，安全可靠、功能灵活多样、便于扩展、且有自检等多种功能，是煤矿绞车提升最理想的先进设备。
参考文献
[1] 高会平.副暗斜井绞车变频调速系统的技术改造[J].科技情报开发与经济，2004，14（9）：307-308.
[2] 林清超.铅坑矿提升绞车变频改造与应用[J].海峡科学，2011（4）：39-41.
[3] 丁小晴.煤矿绞车变频电控技术应用浅析[J].民营科技，2011（4）：51-51.
关键词：绞车 PLC 变频器
中图分类号：TM921.51；TD534 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）06（b）-0098-01
1 现场情况
本方案为某矿区的绞车提升改造。原有系统为滑环电机串电阻控制的交流提升机经典控制系统（TKD电控系统）。原有电机为JRQ-148-8 240 kW/6kV，转速735 rpm/min。 卷筒直径2 m、卷筒宽度1.5 m、钢丝绳最大静张力6000 kg、液压工作压力55 kg、钢丝绳速度5 m/s、地面供电电压等级6 kV、环境温度-5℃～40℃、海拔高度1950 m、使用场所为斜井。
2 现有转子串电阻调试分析
矿井提升机担负着运输人员、材料、矿石、矿物的重要任务，是矿井生产中四大运转中特别重要的设备。对于交流提升机拖动而言，原有的控制系统普遍采用绕线电机转子串电阻的方式进行调速，这些系统存在以下缺点：（1）电阻能耗大，且占用空间大。（2）使用转差和开环控制，调速范围小、精度低、安全性能差；在减速段和下放时需投切动力制动直流电源或低频电源，易造成设备损坏，且浪费了大量的电能。（3）系统的故障率高，接触器、电阻器、绕线电机碳刷容易损坏，维护工作量很大，影响了生产效率。（4）低速和爬行阶段需要依靠制动闸皮摩擦滚筒实现速度控制，特别是在负载发生变化时，很难实现恒减速控制，导致调速不连续、速度控制性能较差。（5）启动和换档冲击电流大，造成了很大的机械冲击，导致电机的使用寿命大大降低，而且极容易出现“掉道”现象。（6）自动化程度不高，增加了开采成本，影响了产量。（7）低电压和低速段的启动力矩小，带负载能力差，无法实现恒转矩提升。
3 改造计划
（1）将TKD电控统系改造为以PLC（西门子）为控制核心的低压变频控制系统（西门子）。（2）增加高压配电柜、干式变压器、配电柜、变频柜、操作台、液压泵站等电控设备；（3）原有的深度指示器（自整角机等设备）改为新型的柱式深度指示器（立于卷筒旁）。（4）原有的现场保护元件（松绳开关、闸瓦间隙检测等）、抱闸系统不做修改，接入新系统中。
4 系统设计
由于传动领域发展的多样性，使得目前出现了多种驱动方案，下面是我们针对提升机所做的质量高、性能价格比高、最合理的优化方案如图1。
4.1 控制系统
提升机变频电控系统由提升机专用变频器、智能型主控台、回馈制动柜和传感器组成。
4.2 变频驱动系统
提升机变频电控系统是采用国际先进的变频调速、直流制动、能量回馈、转矩提升技术研制成功的高新技术产品，适用于矿井地面或井下37～600 kW提升机的智能电气控制，它利用改变被控对象的电源频率，成功实现了交流电动机大范围内的无极平滑调速。尤其对于多绳、多水平、双机、斜井等运行场合，表现出巨大的优越性。
4.3 制动系统
为了确保斜井提升机的安全，提升机的机械闸是提升机安全运行的最后一道屏障，这部分由液压制动系统完成，其控制如电机启动、停止，敞闸、施闸等动作均由微机综合保护系统完成。同时对于液压系统的故障状态，如油温过高、过低、滤油器堵塞、油泵过载、停转等状态进行监控，当滤油器堵塞、油泵过载、停转等故障发生时，系统报警的同时控制停机，但当油温过高、过低等故障发生时系统只发出报警信号，不马上停机。
4.4 低压配电系统
低压配电系统的输入为高压配电系统中馈电柜输出；高压配电系统中馈电柜输出经630 kVA--6/0.4的变压器变为380 V低压电。隔离变压器采用DYn0接法，采用三相四线制供电。为了确保低压供电的可靠性，低压供电可以采用双回路供电办法。一路供电由上述供电，另一路引自用户另一渠道。低压电的分配在低压配电柜内完成，其除了给提升机电控系统各设备，如高压配电系统，液压系统，变频器，核心控制系统中操作台、PLC柜，行程控制系统中PLC，操作台，上位，信号系统等供电外，还提供附属设备供电，如照明等，供电容量约500 kVA。
4.5 系统安全性、可靠性保证
（1）安全性保证。系统安全性监视采用全数字传动系统、PLC及继电回路的冗余结构，具体体现为：①重要控制参数、信息及故障的多重化检测、监控及分级处理（紧急安全制动、事故停车、不准提升、事故报警）。②系统按冗余原则设计，保证某部分出故障时，系统仍能工作。（2）可靠性保证。为保证系统的可靠性，在系统及产品设计中严格遵循下列原则：①电气系统中使用的元器件均为质量可靠、性能稳定且符合欧洲工业级电磁兼容性标准。②系统设计中注重故障处理的快速性和应急性。
4.6 信号系统
信号系统采用PLC+HMI集中设计、显示、操控系统，在结构设计上延用操作员习惯使用的手柄操作台，并集成人机对话界面系统，操作员能从人机界面真实准确的实时查看各种报警信号，安全可靠、功能灵活多样、便于扩展、且有自检等多种功能，是煤矿绞车提升最理想的先进设备。
参考文献
[1] 高会平.副暗斜井绞车变频调速系统的技术改造[J].科技情报开发与经济，2004，14（9）：307-308.
[2] 林清超.铅坑矿提升绞车变频改造与应用[J].海峡科学，2011（4）：39-41.
[3] 丁小晴.煤矿绞车变频电控技术应用浅析[J].民营科技，2011（4）：51-51.