矿用提升机变频调速控制系统设计.pdf

第期(总第 期)年 月机 械 工 程 与 自 动 化ME CHAN I C A LE N G I N E E R I N G&AUT OMA T I ONN o D e c 文章编号:()矿用提升机变频调速控制系统设计郑海峰(华阳集团 一矿机电工区,山西阳泉 )摘要:提升机作为煤矿重要的井上井下人员及物资重要传送设备,其调速性能及节能特性对于煤矿安全高效生产具有重要影响.针对传统煤矿提升机调速系统调速性能及稳定性较差、能耗过高、系统维护成本大等缺陷,设计了一套基于P L C控制及交流变频器驱动相结合的矿用提升机变频调速控制系统,通过高效交流变频器可有效提高系统调速过程的稳定性及节能效果,对于提升机性能提升具有实际意义.关键词:矿用提升机;变频调速控制系统;硬件;软件中图分类号:T P T D 文献标识码:A收稿日期:;修订日期:作者简介:郑海峰(),男,山西孝义人,工程师,本科,主要从事煤矿梭车变频方面的工作.引言提升机是煤矿大型自动化运输设备之一,主要用于井上井下人员、物资设备、煤炭矸石等的传送运输,其安全稳定高效运行对于煤矿生产至关重要.由于提升机需不间断运行,其能耗及零部件故障率较高,且相应控制系统组成较为复杂,电机在运行过程中需频繁进行频率转换,导致提升机运行安全性、可靠性较差.目前我国提升机控制技术除趋于淘汰的转子串电阻方式外,多数采用直流电机传动等方式,调速性能极为有限.而具备提升容量大、调速范围宽等优点的交流变频调速系统则依赖进口,自主研发技术仍不够成熟.针对上述问题,本文对煤矿提升机变频控制系统结构进行了详细分析,从软、硬件分析设计入手对提升机控制系统变频调速各核心部分进行架构,最终设计完成了煤矿 主井提升机 变频控 制 系 统.系 统 采 用P L C为控制核心实现与交流变频器的对接,在保证调速性能的同时进一步提高系统的自动化程度及扩展性,从而有效解决传统变频调速控制系统响应速度慢、准确性低等问题,对于煤矿提升机运行效率及安全性的提高具有实际应用价值.提升机变频调速控制系统方案设计 煤矿提升机控制系统组成煤矿提升机控制系统主要由主轴牵引单元、变频调速单元、液压制 动单元、电 气控 制 及 辅 助 系 统 组成 .其中,主轴牵引单元用于控制牵引绳,变频调速部分包括变频器、减速器与电动机,液压制动部分由制动器及液压传动装置组成,辅助系统包括润滑站及深度探测装置等,电控部分用于执行提升机控制操作及运行状态监控.提升机控制系统组成如图所示.传统提升机电控系统采用继电器或单P L C对整个提升机系统进行控制,导致提升机在加减速阶段速度控制性能较差,停车位置不够准确,需频繁进行位置调整,能量损耗严重,当继电器或单个P L C发生故障时无法维持系统的正常运行,系统可靠性较差.因此本文对提升机调速控制系统的优化设计重点为电控系统的改造升级.图提升机控制系统组成框图 煤矿提升机电控系统改造方案为最大化提高提升机变频调速控制系统运行效率同时节约成本,本文将原系统的主轴牵引单元、液压制动单元及辅助系统予以保留,针对系统中的电气控制部分、变频调速部分及上位机监控部分进行改造设计.电控系统系统采用双P L C冗余控制结构代替原有单P L C及继电器控制模块,两个P L C分别作为系统主控机和监控机,由主控P L C控制系统I/O输入输出,监控P L C进行系统运行参数采集,并与主控P L C实时通讯,当主控P L C发生故障时立即切换至监控P L C进行系统控制.变频调速系统改造方案在原系统的电机转子回路基础上增加了工频变频切换装置,当变频器出现异常时由电控系统控制切换至原调速模式,保持系统继续运行.变频调速系统采用高性能矿用高压交流变频器,可在高动态及调速性能下实现对提升机电机的频率、转速及转矩控制,同时高性能变频器自带综合保护及参数采集功能,易于实现自动控制,可与双冗余P L C电控系统形成良好的控制及监测交互.上位机监控系统改造方案采用W i n C C组态软件对上位机监控系统进行设计,使人机交互界面更为直观简洁,有效实现了提升机远程控制及各类运行参数监测等功能.提升机控制系统硬件设计按照改造方案对系统硬件结构及设备进行选型设计,系统采用双P L C冗余控制模块实现提升机操作控制、运行状态监测及液压制动系统、辅助系统及安全电路的控制,有效提高系统可靠性.系统采用结构简单、效率高、输出波形良好的矿用高压变频器替代原有 V交流变频器,在提高调速效率及性能的同时可进一步降低能耗.提升机控制系统硬件结构如图所示.图提升机控制系统硬件结构框图系统选用西门子S 可编程控制器作为主控机,选用S 作为监测机,S 及S 的高效、高可靠性及高速运算能力可满足提升机控制系统对控 制 精 度、传 输 及 运 算 速 度 的 需 求.二 者 采 用P r o f i b u s实现通讯,当主控机发生故障时立刻切换至监测机完成系统所有控制机监测功能.冗余双P L C模块配置如表、表所示.表主控P L C模块配置表模块P SC P UFMA IA OD ID O型号P S C P U D P FM S M S M S M S M 数量表监测P L C模块配置表模块P SC P UFMC PA OD ID O型号P S C P U FM C P S M S M S M 数量高压变频器作为直接驱动高压电动机的电能控制装置,可实现对电机的无级调速,同时其过载能力强、效率高、输出波形良好的优点可进一步提高提升机控制系统的调速及节能性能.本文选用C F G Y G型交直交矿用高压变频器,其额定容量为 kW,可适配本系统容量为 kW的三相异步电动机,具有高功率因 数、高 可 靠 性、低 谐 波 含 量 和 低 功 耗 等 特 点.C F G Y G采用电流矢量控制方式,输出电压调节采用高载频PWM控制,其逆变效率可达 以上,整机运行效率,输入功率因数 ,工作性能优越;其平均无故障工作时间 h,平均修复时间 m i n,可靠性较高;同时C F G Y G具有内置滤波器,输出电压谐波,无需额外输出滤波器即可适配于系统电机,完全能够满足本系统调速控制需求.提升机控制系统软件设计本文采用W i n C C组态软件对上位机监控软件进行设计,进一步提升上位机系统功能性及操作性,通过可视化交互界面可对提升机运行状态及主要设备参数进行实时显示监测,如主机行程、提升速度、制动油压等.通过上位机软件交互平台可对深度探测器等各类传感设备及牵引绳松紧进行远程调节矫正及参数设定,同时具备安全回路及历史曲线显示功能,可对提升机是否到位、变频正反向、检修或常规等运行状态进行监测及控制.系统上位机组态界面设计如图所示.图系统上位机组态界面结束语本文针对传统提升机控制系统存在的不足,提出了一种采用双冗余P L C控制、高压变频器驱动调速的提升机电控系统改造方案,从电控系统、调速系统及监控上位机三个部分进行软硬件优化,有效提高了提升机控制系统的调速、节能性能及运行效率,对于煤矿提升机智能化发展具有实际意义.参考文献:梁将矿井提升机电控系统改造与研究J机械管理开发,():杨俊春 P L C在煤矿提升机电控系统中的应用J矿业装备,():刘永川矿井提升机电控系统改造与研究J机械工程与自动化,():(英文摘要转第 页)年第期郑海峰:矿用提升机变频调速控制系统设计编写逻辑代码来控制风机的启停.在编写逻辑代码时,应考虑安全因素.例如,在启动风机之前,需要检查风机的状态,确保它没有故障或危险.密封舱监控实现密封舱检测控制系统采集的数据显示在威纶通触摸屏上,通过威纶通的U t i l i t y M a n a g e r实现检测系统与控制系统的界面搭建,上位机监控界面如图所示.上位机界面主要包括密封舱的实时温度显示、按钮操作、设定窗口和累计流量控制等,以及机器工作前的数据预设,还有运行过程中实时采集的C O、N浓度和瞬时流量、PM 粉尘浓度等的显示.图上位机监控界面结论本文设计了一套基于P L C的密封舱空气检测系统,介绍了该系统的基本结构和工作原理,使用P L C控制检测密封空间内C O的浓度.在吸附C O上运用了多孔L i OH吸收剂,在保持C O高吸收率条件下获得低L i OH粉尘率.使用P L C控制检测系统可以实现自动化检测,并且可以在检测到高浓度C O时立即触发报警或采取其他安全措施,从而提高了检测效率.参考文献:肖如熙冻结法清除密闭空间C O的实验研究D武汉:华中科技大学,:李苹通信技术与P L C自动化控制系统的相关研究J信息与电脑(理论版),():周渝淞,崔兵彦,牛同锋,等多孔L i OH的吸收性能研究J当代化工,():,杨国威,卞强,余青霓,等密闭空间温湿度条件对L i OH吸收效率的影响J载人航天,():吴慧君,韩志引基于P L C的电炉P I D温度控制系统设计J软件,():谢峰 P L C编程的子程序调用及系统故障监测J中国设备管理,():D e s i g no fA i rD e t e c t i o nS y s t e mf o rP u r i f y i n ga n dS e a l i n gC a b i nB a s e do nL i O HS H IZ h e n y u,J I A N G W e i b i n,(T h eT h i r dM i l i t a r yR e p r e s e n t a t i v eO f f i c eo fW u h a nB u r e a uo fN a v a lA r m a m e n tD e p a r t m e n t,W u h a n ,C h i n a;H u b e iK e yL a b o r a t o r yo fM a r i n eE l e c t r o m a g n e t i cD e t e c t i o na n dC o n t r o l,W u h a n ,C h i n a;W u h a nS e c o n dS h i pD e s i g na n dR e s e a r c h I n s t i t u t e,W u h a n ,C h i n a)A b s t r a c t:T h e s e a l e dw o r k i n ge n v i r o n m e n t i s i s o l a t e d f r o mt h e a t m o s p h e r e,a n dh a r m f u l g a s e s s u c ha sC Ow i l l b ep r o d u c e dw h e n t h es t a f fb r e a t h ea n dt h em a c h i n e i sr u n n i n g A tp r e s e n t,t h em a i nw a yt ot r e a tC Oi st h r o u g hi t sa b s o r p t i o nt h r o u g ht h er e a c t i o nw i t hL i OH,b u tL i OHr e a c t i o nw i l lb ea c c o m p a n i e db yt h eg e n e r a t i o no fd u s t,a n dt h e i n c r e a s e i nt e m p e r a t u r ea n dh u m i d i t yi sa l s on o tc o n d u c i v e t oh u m a ns u r v i v a l T h e r e f o r e,t h i sa r t i c l ed e s i g n sas y s t e mt h a t c a nd e t e c t t h ep u r i f i c a t i o ne f f e c t i nr e a l t i m eb a s e do nt h eC Og e n e r a t e da t a l l t i m e s i na f u l l ys e a l e ds p a c e,a sw e l l a s t h ed u s tg e n e r a t e db yL i OHa b s o r p t i o no fC O,s p a c e t e m p e r a t u r ea n dh u m i d i t y,a n do t h e r d a t a T h e s y s t e mu s e sS i e m e n s S MA R Ta s t h e c o n t r o l c o r e t op r o c e s s t h ed a t ao f t h e s e a l e dc a b i n;u s i n g t h eW e i l e n t o n gt o u c hs c r e e na st h eh u m a n c o m p u t e r i n t e r a c t i o ni n t e r f a c e,r e a l t i m ec a b i nd a t ai sp r o v i d e dt ot h es t a f f,e n h a n c i n gt h er e l i a b i l i t yo f t h ed e t e c t i o ns y s t e mK e y w o r d s:s e a l e dc a b i n;d e t e c t i o ns y s t e m;P L C;L i OHa d s o r b e n t;C Op u r i f i c a t i o n(上接第 页)D e s i g no fF r e q u e n c yC o n v e r s i o nS p e e dC o n t r o l S y s t e mf o rM i n eH o i s tZ H E N GH a i f e n g(M e c h a n i c a l a n dE l e c t r i c a lW o r kA r e a,N o C o a lM i n e,H u a y a n gG r o u p,Y a n g q u a n ,C h i n a)A b s t r a c t:A sa ni m p o r t a n tc o n v e y i n ge q u i p m e n tf o rp e r s o n n e la n dm a t e r i a l si nc o a lm i n e s,t h es p e e dr e g u l a t i o np e r f o r m a n c ea n de n e r g y s a v i n gc h a r a c t e r i s t i c so fh o i s th a v ea ni m p o r t a n t i m p a c to nt h es a f ea n de f f i c i e n tp r o d u c t i o no fc o a lm i n e s A i m i n ga tt h es h o r t c o m i n g so f t h e t r a d i t i o n a lm i n eh o i s ts p e e dr e g u l a t i o ns y s t e m,s u c ha sp o o rs p e e dr e g u l a t i o np e r f o r m a n c ea n ds t a b i l i t y,h i g he n e r g yc o n s u m p t i o n,a n dh i g hs y s t e m m a i n t e n a n c ec o s t,t h i sp a p e rd e s i g n saf r e q u e n c yc o n v e r s i o ns p e e dr e g u l a t i o nc o n t r o l s y s t e mf o rm i n eh o i s tb a s e do nP L Cc o n t r o l a n dA Cf r e q u e n c yc o n v e r t e rd r i v e T h es t a b i l i t ya n de n e r g ys a v i n ge f f e c to f t h es y s t e ms p e e dr e g u l a t i o np r o c e s sc a nb ee f f e c t i v e l yi m p r o v e dt h r o u g he f f i c i e n tA Cf r e q u e n c yc o n v e r t e r I th a sp r a c t i c a l s i g n i f i c a n c ef o r i m p r o v i n gt h ep e r f o r m a n c eo f t h eh o i s t K e y w o r d s:m i n eh o i s t;f r e q u e n c yc o n t r o l s y s t e m;h a r d w a r e;s o f t w a r e机 械 工 程 与 自 动 化 年第期