张木潇
北京百正创源科技有限公司 北京市 100081
摘要：矿井提升机是煤矿运送人员、设备和原煤的运输设备，其运行的安全性和效率一直是企业发展的核心要求。随着开采量的上升，20世纪80年代投运的矿井提升设备在防护性、故障率和可维护性等方面逐渐暴露出很多问题，已经不能满足当前企业的发展要求，因此许多煤矿都开始进行技术改造，将技术先进的变频器和PLC等应用于矿井提升机控制系统中，以提高矿井提升机的安全性和运行效率。本文对变频器在煤矿提升机控制系统中的应用进行探讨。
关键词：PLC；变频器；提升机
1提升机控制系统要求
1.1以四象限运行为主
以电机的转速为纵轴，以电机的转矩为横轴建立直角坐标系，以此划分的四个象限可用来描述电机的工作状态。电机的运行有单象限运行和四象限运行两种，单象限运行的电机只能正向或反向电动。由提升机的工作特性可知，其驱动电机须满足电机的四象限运行要求，即正向电动、回馈发电制动、反接制动和反向电动四种运行状态。
1.2速度加减准确
作为人员上下井的交通工具，提升机的速度控制需要考虑乘客的舒适性，另一方面，激烈的加速和减速会在电机电枢中产生很大的冲击电流，因此，需要根据提升机在井筒中的位置，控制提升机的运行速度，准确加减速是提升机控制系统的核心要求。
1.3行程指示精准
提升机司机在操作时，需要观察提升机的运行位置，因此系统中需要配置一个能够显示容器位置的装置，采用圆盘式指深器可显示当前提升机的准确位置。
1.4故障监测功能健全
煤矿提升机是煤炭和人员上下的主要通道，如果出现故障，必然影响企业的生产，如果有人员困在提升机内，甚至可能发生人身伤害，因此系统中必须配置健全的故障监测功能，对提升机可能产生的各类故障进行预警，方便检修人员确定故障位置，缩短故障停工时间。
1.5可调闸制动可靠
在提升机出现不可预知的故障后，制动系统是实现安全停车的最后防线。可调闸的制动工作模式有工作制动和安全制动两种，工作制动是司机操作停车制动，安全制动指的是当发生故障后，系统自动调闸制动。可调闸制动采用电气控制设备间接控制机械装置进行制动。
2变频器的选型及控制方案
变频器由控制盘、传动单元控制接口、电机侧变流器、直流电路和网侧变流器等部分组成，网侧变流器的作用是将交流电整流为直流电，将能量以直流电的形式存储在直流电路中，电机侧采用功率电子器件IGBT将直流电源逆变为频率可调的交流正弦电，这种全控型功率电子器件能够实现能量在电网和负载之间双向流动，因此可以实现提升机的四象限运行。选用西门子公司生产的6SE7134-5HK62-5BAO+型变频器，这款变频器带有能量回馈功能，因此可以更加节能高效。电机、高压开关柜、变频器控制柜等安装完成后，需要对变频器进行参数设定，变频器的操作面板实质是一个输入输出单元，此输入输出的单元与变频器通过RS485通讯接口进行信息交互。变频器的操作面板上有显示屏、故障灯、运转灯、开关机键、数字键盘和复位键等，通过操作面板可以对当前电机进行识别、测试和优化。
3提升机控制系统外围电路部件的选型
3.1轴编码器
在提升机滚筒主轴和电动机主轴上分别装设一个旋转编码器，分别用于保护和监测，选择某公司生产的LF-300BM-G24F、LF-30BM-G24F型旋转编码器，该编码器型号中的300和30分别表示轴旋转一周产生的脉冲数。两个编码器产生的脉冲信号经信号分配器进行光电隔离和信号分配，传输给两个控制器PLC，这样设计的好处是两个控制器之间通过信息共享进行转速和位置的相互校验，一旦产生异常可以触发保护动作，向变频器发出紧急停车的指令，速度和深度检测回路原理如图1所示。
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3.2行程开关
深度指示器的工作原理是通过齿轮将滚筒的转动传送给深指器，深指器的指针在两相反方向运动的杆带动下移动，杆的移动和滚筒的转动速度成正比，因此可以实现深度指示。为了防止深指器指示失准，系统中需要在特定位置安装行程开关和霍尔元件对深指器进行校准，行程开关的位置选择在上过卷、下过卷、上井口、下井口、上终端、下终端减速点这些位置，霍尔元件安装在深指器的轴上。行程开关的型号为LXK3-20S/L，霍尔元件的型号为H-JK8020D。
3.3压力传感器
在液压站和润滑油站均需要装设压力传感器显示油压，液压站压力传感器的安装位置是A管和B管，润滑站压力传感器的安装位置是出油管。选择压力变送器的规格为：输入信号0~10MPa，输出信号4~20mA，安装时需要将压力传感器的信号电缆与压力表接好，然后设置合适的压力表量程。
3.4温度传感器
为了实现液压站和润滑站的油温监测，需要在油箱内部埋设温度传感器，与压力传感器类似，同样需要连接信号线缆和设置合适的量程，温度传感器的型号选择PT100。
3.5操作手柄
操作台上的操作手柄有主令手柄和制动手柄，手柄的电气控制是通过一个角位移传感器实现的，角位移传感器的工作原理是将操作手柄的旋转角度转换为一个4~20mA的工业标准电流信号，然后经信号处理电路送入PLC，两个操作手柄分别接入不同的模拟量输入通道。在非紧急情况时，制动手柄实现制动是通过PLC模拟信号输出模块输出0~10V电压信号，经比例放大电路进而控制刹车的松紧程度，在紧急情况下，可以不经过PLC环节，制动手柄能够直接对制动装置进行控制，提高了制动系统的安全性和可靠性，见图2。
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4提升机控制系统安全回路的确定
安全回路指的是当提升机发生故障时，控制系统对提升机进行紧急制动并向工作人员发出告警信号。根据系统要求，提升机电控系统采用双安全回路，即软安全回路和硬安全回路各自独立运行，从而提高安全回路的可靠性。软安全回路是PLC在程序中发出保护动作指令，控制变频器制动。硬安全回路是通过硬件电路控制继电器动作发出变频器制动指令，两套安全回路在逻辑上各自独立，任意一套安全回路均能独自发出停机保护指令。各类保护信号可按照故障严重程度分为重事故信号和轻事故信号。重事故信号能够直接通过继电器直动回路控制机械施闸系统，轻事故信号由PLC程序判断具体故障类型，立即施闸类故障和终端施闸类故障能够控制机械施闸系统，电气制动类故障和故障报警不触发机械施闸系统，各种保护信号的原理如图3所示。
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安全回路的组成包括各类连锁和保护，例如主令手柄具有零位连锁功能，只有当主令手柄处于停车零位时安全回路才能导通，否则主令手柄处于上提或下方位置，零位继电器断开，设备上行或下行。安全回路中的保护有：制动油过压保护、等速段超速保护、PLC失效保护、减速段过速保护、过卷保护、深指器失效保护、机械闸瓦磨损保护、松绳保护、调绳连锁保护、电源失压保护等。
结束语
煤矿提升机承担着煤炭、矸石、人员、设备和材料的运输任务，是矿井的“咽喉”，对旧有的矿井提升机进行技术改造，采用先进的变频器和PLC等电控设备，一方面完善了提升机的安全回路，提高了其安全性和可靠性，另一方面变频器具有调速性能准确、节能高效的特点，提高了人员乘坐的舒适性，降低了提升机用电量，对企业可持续发展具有重要意义。
参考文献
[1]李慧丽.高压变频调速装置在煤矿绞车电控系统中的应用分析[J].科技经济市场，2017（7）：22-23.
[2]付文秀.矿山提升机电控系统高压变频器的分析[J].机械管理开发，2017，32（8）：119-120.