新技术在机电中的应用(09年用).ppt

1、矿山长度安全再训练新技术在矿山机电领域的应用，重庆工程职业技术学院机电工程系自动化教室主任李明(副教授，高级工程师)电话：箱： lihuiliang2782内容一，电液控制技术在液压支架上的应用二，软启动器在煤矿生产设备上的应用变频控制技术的应用四、可编程控制器应用技术五、行星齿轮减速机在煤矿大功率传动上的应用、第三部分煤矿机电新技术15电液控制技术在液压支架上的应用一、普通液压支架的控制方式液压支架用液压缸完成顶板的支撑、支架的移动等动作一般的液压支架的液压缸控制是通过手动操作油压阀来控制的，无法实现支架的自动控制。 请参见图2-15-1。 一般的液压台、二、电台的

2、控制方式电液系统的控制方式：用电液阀将过去的手动控制操作变为电磁操作，因此，很容易将计算机控制技术引入该系统，如图2-15-2所示。 电液台，1 .台电液控制功能和控制方式(1)功能：1)自动移架：本机和邻接机的单动作控制； 相邻机自动下降、移动、上升的连续动作自动控制的组连续自动升降支架控制。 2 )自动推：组装组推移前传送带、加装传送带。 3 )组织伸缩前梁。 4 )自动放炭：放炭自动控制和人工介入的半自动控制。 5 )自动喷雾。 (2)控制方式：在工作面顺槽控制计算机上，通过安装在支架上的PM31电解液控制器、压力传感器、行程传感器、电解液控制阀，实现液压支架的组或单支架的监视和控制。

3、还可以通过光纤和调制解调器控制井下中心和主机通信，在地面上控制工作面设备。 2、综合采用液压站电液控制系统的意义1 )大幅度提高效率，改善劳动条件，改善取消液压控制时的人工辅助作业时间，由计算机合理安排采煤工序，使机械设备最大能力发挥最大限度的支架分组运行， 在能同时操作多个支架的薄煤层掘进机工作面上，电液控制系统在能实现跟进和自动移动机的工作面上沿槽遥控，实现井下无人工作面，改善了薄煤层开采的工作条件。 2 )改善工作面顶板支护情况，保障了安全系统的集中监测和控制，在工作面支护中，解决了液压支架的初持力带额定阻力和压移架的问题，减少了顶板事故的发生。 同时，作业人员可以相邻控制，远离作业面进

4、行控制，避免冲击压、粉尘等矿山灾害造成的损害，保证人员的安全。 3 )实现工作面无人操作，深化综合自动控制。 电液控制系统出现于20世纪80年代，现在广泛应用于德国、美国、英国、澳大利亚和波兰。 20世纪90年代末开始在我国神华集团使用。 北京天地猴珂电液控制系统有限公司是生产和推进中国液压支架电液控制系统的最大公司。 三、电液控制系统的构成主控制台支架控制箱电液控制箱压力传感器和位移传感器电源箱接线箱和电缆如图2-15-3所示。 电路构成：电站电气控制系统的主要构成为主电路、辅助电源、控制保护系统、试验监视系统、显示查询系统等。 16软启动器在煤矿生产设备中的应用一、软启动器的作用1 .生产

5、机械要求启动和停止的煤矿生产设备多数要求能够缓慢启动和停止排水泵、带式输送机等设备，以减小启动电流对电网的冲击和对机械设备的冲击。 以往，采用串联电阻很难满足这一要求。 电机停止时，传统的控制方式都是瞬时停电完成的。 然而，在许多应用中，不允许电动机瞬间关闭。例如，高层建筑、大楼的水泵系统一旦瞬间停止，就会产生巨大的“水锤”效果，从而导致配管以及泵破损。 为了减少和防止“水锤”的效果，需要电动机慢慢停止，即所谓的软停止。 水锤效果：突然停电或阀门过度关闭时，压力水流的惯性会产生水流冲击波，锤子就会敲打起来。 水流冲击波往返产生的力有时会变大，破坏阀门和泵。 通过采用软起动器，可以满足这个要求。

6、 将软停车技术应用于泵站，可以避免泵站“敲门”破损，减少维护费用和维护工作量。 2 .软启动的作用和特征通过在启动和停车时慢慢提高和降低电压，实现电机的顺利启动和停车，降低启动电流，避免启动过电流跳闸。 减少对电网和机械设备的冲击。 还可以将轻负载的节能和多种保护功能一体化。 二、软启动器的工作原理、结构：采用三反并联晶闸管作为稳压器，在电源和电机之间接通。 启动时，通过控制晶闸管的控制角，逐渐增加输出电压，使电动机逐渐平滑地加速，降低启动电流，避免了启动跳闸。软启动电路的电路图、软启动外形图、启动结束后关闭接触器，使晶闸管短路，可以延长寿命。 软停：软停与软启动过程相反，电压逐渐下降，转速逐

7、渐下降到零，避免自由停止引起的扭矩冲击。 三、软启动节能原理笼型异步电机为感应负载，轻负载启动时功率因数低。 软启动器在轻负载时，通过降低电动机的端子电压，提高功率因数，可减少电动机的铜消耗、铁消耗，在轻负载节能的重负载时，提高电动机的端子电压，使电动机正常工作。 四、软起动保护功能1 .过载保护功能：通过变流器跟踪检测电机电流的变化。 通过过载电流的设定和反时限制控制模式，实现过载保护功能，电机过载时，关闭晶闸管并发出警报信号。 2 .缺相保护：工作时，软启动器随时检测三相线电流的变化，当发生断路时，进行缺相保护。 3 .过热保护：用软启动器内部的热继电器检测晶闸管的散热器的温度，当散热器的

8、温度超过允许值时，自动关闭晶闸管，发出警报信号。 五、软启动器在煤矿生产设备中应用软启动器，主要用于煤矿排水泵、带式输送机、调度绞车等设备的控制系统，能发挥稳定的启动、停车和节能效果。 17变频控制技术的应用一、对生产机械调速的要求是煤矿生产，大量拖动系统需要进行调速运行。 例如绞车、鼓风机、电机车等，由于这些机械设备多用交流异步电机拖，传统的串联电阻等方法无法达到速度平滑的要求，变频控制技术的应用很好地解决了这一问题。 二、变频器的特点：调速范围宽，调速稳定性好，调速平滑性好，适应各种类型的负载，效率高，易于实现拖动系统的自主控制。 缺点：需要专用逆变电源，控制系统复杂，成本高。 变频调速是

9、交流电动机调速发展的主要方向。 三、变频器的工作原理1 .三相异步电动机的变频器调速有三种方法： (1)改变电动机的磁极对数p。 (2)改变电动机的电源频率f1。 (3)改变电动机的滑动率s。 2 .变频调速的难点在于，为了在变频调速的全过程中能够充分利用电动机的容量，需要使磁通保持恒定。 在改变频率的同时，相应地改变电压的高低。 另外，变频调速时，最好不要改变过载能力。 对于恒定扭矩负载和恒定功率负载，要求电压和频率变化的比例不同，导致控制运算的复杂化。 3 .变频调速装置的介绍变频调速能够同时改变电源电压和频率，因此需要通过变频装置得到变压变频电源。变频装置分为间接逆变器和直接逆变器两种。

10、 间接逆变器装置是正交变换装置。 直接逆变器装置是正交变换装置。 目前，很多应用都是间接逆变装置。 1 ) .间接逆变器装置(正交-逆变器装置)图1是间接逆变器装置的主要构成要素。 根据控制方式，分为图2 (a )、(b )、(c )三种。 图1的间接逆变器装置(正交-正交变换装置)，图2(a )是用可控的整流器变压，用逆变器变换频率的正交-正交变换装置。 调压和频率调制分别在两个阶段进行，两者必须在控制电路中协调。 该装置结构简单，控制方便，但输入环节采用可控整流器，因此调低电压和频率，电网侧功率因数低，输出高次谐波大。 图2(a )间接逆变器装置的各种构造形式，图2(b )是用不控制整流器

11、整流、斩波变压、逆变器的交流-正交逆变器装置。 整流器采用二极管不控制整流器，增设斩波进行脉冲宽度调压。 这还有一个环节，但存在输入功率因数高、谐波大的问题。 图2(b )间接逆变器装置的各构成形式，图2(c )是通过不控制整流器整流、脉冲宽度调制(PWM )逆变器同时进行变压逆变器的正交-正交变换装置。 如果不控制整流，输入侧的功率因数会变高，PWM逆变器中高次谐波会减少。 是目前主要采用的变频器方式。 如图3所示，直接逆变器装置(交直转换装置)的直接逆变器装置的结构，可以通过一个转换环路将恒定电压恒定频率的交流电源转换为变压逆变器电源。 该逆变器装置的输出的各相是两组晶闸管整流装置反并联连

12、接的可逆电路(图4 )。 正、反两组以一定周期交替切换，能得到与负载交替的输出电压u0。 u0的幅度取决于每组整流器的控制角度，而u0的频率取决于每组整流器的开关频率。 整流器的控制角和这两组整流装置的开关频率不断变化，就能得到变压器的交流电源。 逆变器的外形结构是图5、图3的直接(交正交)逆变器装置、图4的交正交逆变器装置的一相电路、图5(a )逆变器的外形结构、图5(b )逆变器的外形结构、返回、图5(c )逆变器的外形结构、返回四、逆变器在煤矿生产设备中的应用广泛应用于主抽风机、主排水泵、采煤机、综合挖掘机等设备的电气控制系统，提高了煤矿生产的自动化水平，大幅度改善了交流异步电动机的手动

13、系统性能，减少了设备故障，降低了设备事故率，并在节能消耗方面取得了显着效果。 变频调速在压缩机中的应用，某局有矿山共计21台压缩机，功耗约占生产总功耗的15%20%，大部分时间没有满载运行，节电潜力很大。 以前采用降压启动、定速运行。 为了保证使用气压在一定范围内，空压机根据使用气压的需求量经常改变运转方式，有时进入无负荷运转，频繁启动，导致大量的能量浪费。 利用变频器控制，可以改变传统的运行模式，提高能源利用率。 (1)系统构成系统由电源切换盘、变频调速器、智能PID调节器、风压传感器和压缩机构成完整的闭环调节控制系统。 在系统上设置电源切换盘，保留现有的降压起动控制盘作为备用，保证空压机运

14、行的可靠性。 图8示出了该系统配置。 (2)基本工作原理使用风量不变时，压缩机输出的压力与汽缸的运动频率成比例，汽缸的运动频率越大输出压力越大，相反汽缸的运动频率越小输出压力越小。 采用变频调速器，变更电动机的供电频率，变更电动机的转速，变更空压机的气缸的运动频率，变更空压机输出的气体压力，达到调节空压机输出的气体压力的目的。控制：用风压传感器检测供气管风压并提供给PID调节器，PID向变频器发出自动控制输出频率的指令。 如果压力大于设定值，则PID调节器的输出信号变弱，逆变器调节器的输出频率降低，空压机的转速降低，输出风压减少，压力小于设定压力时，PID调节器的输出信号变强，逆变器调节器的输

15、出频率变大(3)变频调速器的特征良好的节电效果实现了对电网的干扰小、用变频调速器平滑的无冲击起动电动机，起动电流小，消除了起动电流对电网的干扰供气压力稳定，采用变频控制系统时，管网的气压在设定压力下稳定， 能保证空气设备的稳定使用，提高工作质量空压机通过变频软件启动，消除启动冲击，延长寿命。 同时，如果在变频器状态下运行，空压机的压力调节器用于备用运行和保护，工作次数大幅度减少，故障率也降低保护性能提高，变频器设备具有良好的电源切断保护、电源不足、过电压保护、过电流保护，具有自诊断功能，检查容易， 大幅度减少故障停机时间作业环境得到改善，应用变频技术，压缩机启动平稳，无噪音，作业环境大幅度改善

16、。 (4)节电效果的计算以4L20/8型压缩机为例，搭载单体额定排气量20m3/min、JRl278型电动机，额定功率P0=130kW。 空压机日运行12小时，其中2h为全负载运行，8h为90%负载运行，2h为60%负载运行(采用变频调速控制系统的管网稳定气压为0.7MPa时，频率估计为46Hz )。 空压机用压力调节器调节减压阀时的马达消耗电力分别以100%、98%、70%计算，年运行天数为300d。 式中的P0电机额定功率n0电机额定转速P电机的运转功率n电机运转转速。 由式可知，电力供给频率f与电动机转速n成比例，根据上式导出，从上式采用逆变器来推算年节电量，比较压缩机用压力调节器调节减

17、压阀时的年节电量，两者比较年节电量，为0.45元/kWh的电费压缩机采用变频调速每年可节约电费3.327万元，压缩机改造变频调速技术需要投入5.0万元资金，投资回收期约为1.5a。 用空压机进行变频技术改造，节电效果高，供气压力稳定，延长设备寿命，改善工作环境，提高设备的运行可靠性和自动化水平，该系统可以在煤矿普及。 18可编程控制器应用技术一，接触器继电器控制电路是一种电机拖动系统，常用接触器继电器构成控制系统，在复杂的控制系统中，需要的电气部件多，连接引线多，故障多，处理故障时间长，经常对生产产生重大影响例如，图2-18-1显示了由接触继电器构成的摇臂钻床的控制电路的一部分。 图2-18-

18、4摇臂钻床的PLC梯形图，二、可编程控制器控制电路可编程控制器被称为PLC，是数字运算操作的电子系统，专门设计在工业环境中的应用。 采用可编程存储器，内部执行逻辑运算，存储顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，通过数字信号和模拟信号的输入输出，控制各种机器和生产过程。 其外形如图2-18-2所示。、PLC的外形图、返回、FX2N、FX1N、个、图9的PLC的外形结构、1 .可编程控制器的动作原理可编程控制器的结构、可编程控制器的结构，如图2-18-3所示， PLC的基本结构与一般的微机系统相似：用于以微处理器为中心控制的特殊计算机PLC的基本结构是硬件和软件两种PLC的硬件：中央处理器(CPU )、存储器、输入接口、输出接口参照图PLC的软件：系统程序和用户程序、图10PLC构成、编程盒、电源、输入单元、输出单元、CPU、通信接口、扩展接口、存储器、2 .可编程控制器的特征可编程控制器如下体积小，功能强。 运行可靠，故障率低。