第8章提升机的拖动与控制

1、第一节 提升机的拖动 第二节 提升机PLC控制系统简介 第三节 提升机的变频调速控制系统 第四节 提升机的数字控制简介 复习思考题 一、 提升机拖动类型及直流调速系统 煤矿提升机使用电力拖动装置有交流绕 线型感应电动机拖动、他励直流电动机拖动 和交流同步电动机拖动以及液压拖动四大类。 1.交流绕线型感应电动机拖动 交流绕线型感应电动机优点是系统比较 简单，设备价格较低且技术比较成熟。主要 缺点是采用附加电阻完成调速过程，增大了 附加电能损失，实现自动化有一定的困难。 2.直流他励电动机拖动 直流他励电动机拖动装置是利用改变直 流电动机外供电压的方法来调速的，调速性 能好，且与负荷大小及正负无关

2、。在低速爬 行阶段，运行情况也十分理想。此外，由于 电动机转速几乎与负载无关，因此容易实现 自动化。 直流他励电动机拖动装置的变流设备可 分为两大类：发电机电动机（FD）系 统和晶闸管电动机（SCRD）系统。 3.交流同步电动机拖动 交流同步电动机与直流他励电动机相比， 具有制造简单、造价低、电动机效率高、维 修简单、噪声小等特点。交流同步电动机采 用晶闸管交交变频供电，由计算机控制， 可实现主井箕斗提升自动化和副井罐笼提升 半自动化。 4.液压拖动 利用液压马达直接或通过减速箱来拖动 滚筒的一种拖动方式。可分为全液压传动、 液压机械传动和液压机械差动三大类。 滚筒的正、反向运转依靠改变液压泵

3、输出液 流的方向来完成,提升机的转速大小由改变 液压泵输入液压马达油量大小来调节。 二、 直流电动机拖动的调速系统 直流电动机与交流电动机相比，它的结 构复杂，使用和维护不如交流电动机方便。 但直流电动机具有优良的启动、调速和制动 性能。 直流电动机具有良好的启动、制动性能， 宜在大范围内平滑调速，在煤矿提升系统中 得到了广泛的应用。 提升机采用直流拖动调速系统，主要有 GM系统、VM系统和直流脉宽调速 （PWM）系统。 1.GM系统（发电机电动机调速系 统） 原动机拖动直流发电机实现变流，由直 流发电机给需要调速的直流电动机供电，调 节直流发电机的励磁电流即可改变其输出电 压，从而调节电动机

4、的转速。这种直流调速 系统称为“发电机电动机系统”，简称 “GM系统”。 2.VM系统（晶闸管电动机调速系 统） 系统中电源是静止装置，通过调节触发 器的控制电压来移动触发脉冲的相位，而改 变晶闸管可控整流器的控制角，从而改变可 控整流器输出电压的极性和大小，实现直流 电动机的平滑调速。这种直流调速系统称 “晶闸管电动机调速系统”，简称“V M系统”。 3.直流脉宽调速（PWM）系统 系统中电源是静止装置，能改变晶体管 的导通、改变输出电压，主电路线路简单， 需用的功率器件少，低速性能好，稳速精度 高，调速范围宽，可达1 10 000左右。 一、 PLC控制系统的组成 提升机是整个矿井的枢纽，

5、它应能按照 预定的力图和速度图，在四象限实现平稳启 动、等速运行、减速运行、爬行和停车，而 且在运行过程中要有极高的可靠性和安全性。 根据提升机上述工况要求，采用PLC可编程 控制器。采用PLC控制系统构造的交流提升 机拖动系统 PLC控制系统主要由PLC冗余控制系统、可控 硅加速柜、低频电源柜和上位机监控等4部分构成。 二、 PLC控制系统各组成部分的用途 1.PLC冗余控制系统 以网络形式为连接纽带的PLC冗余控制 系统，用于完成提升机行程控制、逻辑操作、 故障保护及液压制动控制等。 1号PLC与安装在提升机上的轴编码器 配合，完成提升行程和提升速度的控制功能。 操作PLC将外部信号接收过

6、来，按照预定的 逻辑控制进行处理，并发出开车所需要的各 种信号，使提升机按照预定的力图和速度图 安全运行。 PLC还对轴编码器发出的脉冲进行记数， 并进行脉冲量化处理，间接检测计算出提升 容器的行程和速度，并根据计算出的行程和 速度对提升机进行监视保护。 2号PLC与继电器构成双线制提升机安 全保护回路。 如图8-2所示。 提升机各部分的保护信号分为立即施闸、 井口施闸、电气制动和报警4类。 其中井口施闸、电气制动和报警类事故 信号直接引入到PLC中，PLC将其处理后送 监视器显示故障类型并控制声光报警系统报 警并施闸。 而立即施闸类事故信号除引入到PLC中 处理、显示、报警外，还直接引入到安

7、全直 动回路，动作施闸系统施闸。 系统的安全回路有两套：一套由PLC构 成，另一套为继电器直动回路。 2.可控硅加速柜 可控硅加速柜和以前的转子接触器在布 线结构上一样，承担加速时的电阻切换，主 要由晶闸管及其触发回路构成。与原有的接 触器相比较，它具有无触点、功耗小、维修 量小等优点，因而具有广阔的应用前景。 3.低频装置交交变频电源柜 低频电源采用全数字交交变频器和现 代控制技术，解决了矿井交流提升系统在减 速段的调速与爬行问题。 减速阶段在各种负载条件下均可严格按 照给定的速度图运行，使交流拖动系统在负 力减速方式下达到直流拖动系统的调速性能， 提高了提升效率，而且节能效果十分显著。 （

8、1） 装置采用全数字交交变频器和 逻辑无环流控制技术，省去有环流系统的3 个换流电抗器，具有体积小、噪音低、空载 损耗小等特点。 （2） 减速段速度调节采用低频发电制 动方式，将系统的动能反馈给电网。与动力 制动减速相比，不仅调速性能好，减速与爬 行自然过渡，而且节能效果显著。 （3） 采用现代智能控制技术实现速度 闭环调节，负力减速阶段在各种负载条件下 均可严格按照给定的速度图运行，使交流拖 动系统在减速段已达到直流拖动系统的调速 性能。 （4） 由于装置优良的调节性能和发电 制动与电动状态的自然过渡，不需要进行任 何主线路的转换，可实现正力减速与爬行、 负力减速与爬行等多种工作方式，在提升

9、系 统的最大静张力差允许范围内均能实现负力 减速，能满足主、副井提升的所有控制要求。 （5） 装置采用多CPU计算机控制系统， 在I/O接口、功能单元、信息存储和系统总 线等多方面采用了容错设计。系统具有完善 的自诊断功能，通过彩色液晶显示器可以显 示各种故障信息、速度图和系统运行参数等， 提高了系统的可靠性和可维护性。 4.上位机监控部分 基于Windows操作系统，利用VB （Visual Basic编程语言）开发的提升监控 软件，一方面能使计算机在屏幕上实时动态 反映提升机系统的所有运行参数和运行状态。 如显示主回路、低压配电回路、提升系 统、速度图、液压制动系统、装卸载系统和 故障信息

10、等画面，能使提升机操作作业人员 对提升机的运行状况一目了然，若发生故障， 提升机操作作业人员能及时从监视器上了解 到故障类型及位置，及时通知维修人员排除 故障。 另一方面能使计算机自动诊断出故障类 型，计算机对提升机进行故障诊断时，对系 统输入的所有信号用专业知识进行分析、推 理，最后做出正确决策。 整个故障诊断逻辑包括推理机构和知识 数据库两大部分。为保证故障诊断结果的合 理与正确，在决策的快速性和抗干扰能力方 面做了重点考虑。 一、 变频器及变频技术介绍 PLC与变频器相结合的变频调速，能够 很好地解决传统交流绕线式电动机串电阻调 速系统的缺点，变频调速是通过改变定子供 电频率来达到电动机

11、调速的目的，能够满足 提升机特殊工作环境的要求，有明显的节电 效果。 采用PLC对提升系统进行保护和监控， 使系统更加安全可靠。变频调速系统是提升 机电控系统的发展方向。 根据变频调速原理，在变频器的控制输 入回路中接入频率设定电路，由PLC输出的 模拟量，即电压或电流信号来控制变频器的 输出频率，实现电动机速度控制。 为了便于监控变频器的运行状态并及时 发现异常，应取出变频器的异常信号送到 PLC的输入模块，以作为变频器的事故报警 信号及安全制动。 二、 提升机的变频调速拖动系统 PLC控制的大功率煤矿提升机变频调速 控制系统由动力装置、液压站、变频器、操 作台和控制监视系统组成。 1.动力

12、装置 动力装置包括主电动机、减速器、滚筒、 制动器和底座，完成人、物、料的运输任务。 主电动机通过减速器向滚筒提供牵引所需的 动力。 2.液压站 液压站为提升机提供制动力，停车时先 通过液压站给滚筒施加机械制动力，再取消 直流制动力。提升机启动时，先对电动机施 加直流制动，再松开机械抱闸，防止溜车， 以保证系统安全可靠地工作。 3.变频调速器 变频调速器是动力装置的能量供给单元， 通过它可将输入工频电能转换成频率可调的 电能提供给交流电动机，以达到控制交流电 动机转速的目的。 4.操作台 操作台设置2个手把，分别用于速度辅 助给定及制动力给定。它是整个煤矿提升机 运输系统的控制核心，通过它可以

13、设定系统 的工作方式和控制方式。 可以发布系统的各种控制命令，以实现 对提升机启动、加速、平稳运行、减速、停 车以及紧急制动等各种控制功能。 5. PLC PLC是系统中关键的一环，其主要的控 制功能有主令操作控制和保护监视控制。 主令操作控制对系统进行管理，实现提 升机与操作台之间的指令传递，向提升系统 发出相应的指令，并改变相应电控系统的工 作状态，使提升机按照预定的力图和速度图 安全运行。 运行方式可分为启动、等速运行、减速、 爬行、停车。PLC根据运行方式对变频器实 现“S”形速度给定控制，实现箕斗运行速 度的准“S”形曲线。 PLC还完成各种保护监视功能。监控内 容主要包括：超速监视

14、、过卷监视、实时速 度监视、井筒过卷监视、变频器故障监视、 矿车行程监视、过载监视、深度指示器监视 等，以上监视内容出现故障时，通过报警回 路报警或安全回路实现抱闸停车保护。 6.控制监视系统 控制监视系统是操作人员和控制系统及 运输系统之间的桥梁，它可以在线监测提升 机运输系统的各种工作参数、工作状态、故 障参数和故障状态。 三、 变频调速后提升机的工作过程 三相电源由隔爆接线腔3个接线柱接入 隔爆主腔内，大功率变频器可以将工频三相 交流电经过交直变换之后经过逆变器，利 用设定的参数进行逆变，使得输出为某一相 应设定频率的交流电来驱动电动机的运行。 在提升过程中，控制提升机运行的主速 度给定

15、“S”形速度曲线由PLC编程产生， 经过A/D转换，由模拟量输出口输出，以驱 动变频器工作。对变频器输出频率的调整控 制，也可根据现场的工况需要，由操作台速 度控制手把以辅助给定的方式进行控制。 旋转编码器可以检测主电动机的转速， 并将此信号传送给可编程控制器，PLC通过 该信号可以累计计算提升机的行走距离。操 作人员通过操作台向PLC发送控制提升机运 行的控制命令。 控制监视系统通过与PLC的通信，将电 动机的所有运行参数和故障参数都显示出来， 并对矿车的位置及速度进行时时监控，为操 作人员分析、判断和处理故障提供依据。 四、 提升机采用变频调速拖动的优点 变频调速控制系统进行恒加速变频调速

16、 启动、恒减速变频调速停车及行程变频调速 运行等。变频调速范围宽、调节精度高，采 用变频调速后，电动机可以实现真正意义上 的软启动和平滑调速。 变频器调速还可通过软件很方便地改变 输出转矩和加减速时间、目标频率、上下限 频率等，能够使提升机“S”形速度给定很 好地得到实现。 PLC以软件可编程的方式代替了大量的 交流接触器进行控制，克服了转子串电阻调 速系统的控制电路复杂，破损率高等缺点， 提高了电力传动控制系统的可靠性和安全性。 另外，凭其强大的控制功能，除能实现 一般的过压、欠压、过载、短路等保护外， 还设有连锁保护、自动限速保护功能等，能 在很大范围内对提升机进行安全保护和智能 控制，具

17、有很好的应用和推广价值。 一、 数控提升机的组成 数控提升机主要由电控系统、传动系统、 工作系统、制动系统、信号和操纵系统、指 示保护系统等及其附属部分组成。它以电动 机为动力源，通过减速器、主轴装置构成了 高效的传动系统和工作系统。 由液压站、盘形制动器装置构成了可靠 的制动系统；由操纵台、电气控制设备构成 了完备的控制操纵系统；由深度指示器、测 速发电机等构成了完善的指示、保护系统。 二、 典型数控提升机的结构 JKM-4.66（III）型大罐笼提升机采用 单容器（罐笼）+平衡锤的提升方式，井筒 装备为刚性组合罐道。 主轴与电动机采用直连方式，滚筒直径 为4.6 m，导向轮直径为4.6 m

18、，电动机为2 000 kW交流双绕组同步电动机，提升钢丝 绳根数6根，间距300 mm，直径48 mm， 提升罐笼为双层柔性罐笼，提升机设计最大 提升速度为8.19 m/s。 提升系统除井筒装备、提升机主机外， 还包括电控系统、传动系统、制动系统和信 号及操作系统等几部分。 1.电控系统 提升机电控系统采用西门子电控系统， 主要有以下4个特点： （1） 双PLC控制系统，一套PLC用于 控制与监视，另一套主要负责监视，双PLC 进行比较，保证了信号采集的可靠性。 （2） S7-400+FM458的控制组合， S7-400系列PLC为西门子高端PLC系列， FM458是西门子专门针对某些行业对自动 化和工艺控制要求比较高的场合下而开发的 64位处理器。 （3）