超化煤矿东风井凿井绞车变频设备的研究与应用

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1、低压变频电控系统在超化煤矿东风井凿井绞车的研究与应用刘永生张继伟冯伟东宫经科吕天来（郑煤集团超化煤矿，河南新密452385）摘要：煤矿提升机的驱动电机一般采用三相绕线式异步电动机，其调速方法是在电动机转子回路串入金属电阻，用主令控制器逐断切除电阻来达到加减速和调速的目的。采用转子串电阻调速的电控系统制动方式为能耗制动，制动所产生的能耗全部消耗在电阻上。电动机转子串电阻调速系统是有级调速，开环控制，调速范围小，调速精度低，爬行速度不易控制，尤其是重物下放时，需要动力制动与转子串电阻及制动闸配合操作，投入动力制动，不仅消耗外加直流电能，而且还将

2、电动机的再生电能消耗在转子串接的电阻上，浪费大量的电能，且运行维护量大，维护费用高。变频调速以其优异的无级调速和启动性能，高效率、高功率因素、节能显著和应用范围广泛等诸多优点而被认为是最有发展前途的调速方式之一。关键词：提升机、变频、无级调速、节能；一、现状超化煤矿东风井凿井绞车承担着矿井大型设备的提升运输任务。电控系统采用TDK型交流电控系统。绞车型号：JZ2T-10/700，为徐州煤矿机械厂生产绞车，配备75KW电机，额定电流：133.9/77.2A,电压等级：380/660V。根据矿井的实际情况和高效、安全、节能、节约成本的原则，经合

3、理选型采用西门子MM440系列低压变频器，配备双PLC控制主控台及低压开关柜来实现主电机的调速及转矩的需求。通过主控台与PLC通讯功能完成提升的各项参数显示与报警功能。控制回路内部设有硬件安全回路和软件安全回路，实现提升双保险，大大提高了提升的安全性能。二、变频器主回路原理图提升机低压变频调速控制装置利用低压变频调速来实现提升速度给定调节。变频器主回路原路图如图2.1所示：图2.1变频器主回路原路图三、绞车变频电控系统3.1电控系统的主要组成部分电控系统主要由可编程控制器、变频调速回路、安全回路、测速回路及控制回路等部分组成。3.2各部分介

4、绍（1）可编程序控制器（PLC）系统由两个基本单元(FX2N-64MR)、二个扩展输入模块(FX2N-16EX)、一个模拟量输入模块(FX2N-4AD)、一个模拟量输出模块（FX2N-2DA）组成。模拟量输出模块，用于二路模拟量信号的输出，模拟量输入模块，用于四路模拟量信号的输入。（2）变频调速回路全数字变频调速装置实现的主要功能有：速度给定控制；可调斜率的加/减速度给定值设定；起动防冲击控制“S”型曲线以及速度闭环控制；电流闭环控制等。低压电源开关柜适应于矿井提升机电控系统双电源进线的设计要求。矿井提升机电控系统双回路电源进线，经过低压电

5、源开关柜进入全数字变频调速装置的电源输入端。通过全数字变频调速装置的整流、逆变和能量回馈，将变频后的主回路电源送入电动机的定子绕组，实现电动机的变频调速，完成矿井提升机四象限运行。（3）安全回路在提升机电控系统中，设有必要的联锁和保护线路。安全保护由以下几部分组成：①令控制器手柄零位联锁开关当主令手柄处于中间零位，零位联锁开关闭合允许安全回路接通。当安全回路断电后，主令控制器必须回到零位，安全回路才允许重新接通。②工作闸制动手柄零位联锁开关当工作闸手柄在全抱闸位置时，手柄联锁开关闭合，允许安全回路接通。③测速断线保护当编码器损坏或断线时，P

6、LC判断后实现安全保护功能。④错向开车保护当提升机运行方向与预选方向不同时，PLC判断后实现安全保护。⑤等速超速保护当提升机运行速度超过最大速度的15％时，PLC判断后安全回路断开。⑥定点过速保护当提升容器接近井口或井底某一定点时(进入爬行区),若运行速度超过了2m/s时,安全回路断开。⑦PLC输出安全制动继电器当PLC判断系统发生重故障时(PLC内安全回路断开时)，继电器失电，安全回路断开。⑧减速过速保护减速后，若提升机运行超过给定速度10%，安全回路断开。⑨过卷复位开关当提升容器过卷后，若需继续开车，应根据容器的过卷方向选择过卷复位开关

7、位置，安全回路方能重新接通，提升机只能向过卷的反方向开车。待过卷故障解除后，将过卷复位开关重新转换到工作位置。（4）测速回路安装在主机上的两个光电编码器可对提升机运行速度和位置分别实时测量，互为监控，对提升机进行控制和保护,并实时深度、速度显示。（5）控制回路控制回路的作用是根据提升机起动、等速运行、减速、停车、验绳、换向以及安全保护的设计要求，相应改变电控系统的工作状态，实现必要的电气联锁和保护功能。四、低压变频电控系统技术关键1、本电控设备采用灵活、适应性强的PLC控制方式，接口多、适用范围广，多余的接口可作为备用。本电控设备的操作台作

8、为控制核心，集控制与操作为一体，系统简洁，可靠性高，通过编码器采集位置信号后进行数字深度指示、光柱模拟深度指示和数字速度指示。在提升机运行过程中具有完善的后备保护功能，设备运行安