摘要：礦井提升機是礦井重大安全設備之一，在整個生產(chǎn)過程中占有十分重要的地位。因此設備的安全可靠運行就尤為重要。過去設備存在不少不足，變頻器的加入將有效地彌補缺陷。

一、提升機概述：

我國提升機設備中，普遍使用TKD系統(tǒng)，這種控制系統(tǒng)是采用繼電器有觸點的邏輯控制，以磁放大器為核心組成模擬量閉環(huán)調(diào)節(jié)。在繼電器控制系統(tǒng)中，要完成一個控制任務，支配控制系統(tǒng)工作的“程序”是由各分立元件(繼電器、接觸器、電子元件等)用導線連接起來加以實現(xiàn)的，這樣的控制系統(tǒng)稱為接線程序控制系統(tǒng)。在接線程序控制系統(tǒng)中，控制程序的修改必須通過改變接線來實現(xiàn)。幾十年來，這種控制系統(tǒng)由于受元件水平的限制而存在著缺陷，突出表現(xiàn)在:

（1）擋位調(diào)節(jié)，調(diào)速不連續(xù)，運行中機械振動大，礦車沖擊大，制動不安全；

（2）啟動及換擋時沖擊電流大，啟動電流一般是額定電流的2-3倍，有時會更大，如果加速快，甚至會引起總開關(guān)跳閘；

（3）調(diào)速時大量的電能消耗在電阻上，不但浪費嚴重，也造成工作環(huán)境的惡劣，空間噪聲大；

（4）維修量大，不方便。由于操作時交流接觸器頻繁動作，易造成觸點及線圈的燒壞，轉(zhuǎn)子更換碳刷頻繁；

（5）耽誤生產(chǎn)。礦井是連續(xù)24小時工作，生產(chǎn)量大，任務繁重，由于電控系統(tǒng)設計落后，制造工藝落后，即使維修，也會給生產(chǎn)帶來損失。

二、變頻調(diào)速方案：

2.1）礦井提升機變頻調(diào)速概況

變頻調(diào)可平滑調(diào)速，調(diào)速范圍寬和節(jié)能等優(yōu)點在提升機上得到了廣泛的應用，礦井提升機一般對變頻器有以下要求：

1．礦用電網(wǎng)波動較大，變頻器在380V±20%能正常工作。

2．運行平穩(wěn)，加減速平滑，S型曲線加速段，在加減速過程中可做到加速度連續(xù)，無撞擊感。

3．對回饋能量的處理方法：回饋制動或能耗制動。

4．變頻器在整個工作過程中提供所需要的力矩特性：

啟動力矩大于2倍額定轉(zhuǎn)矩，尤其是當?shù)V車停在井筒中間時，啟動轉(zhuǎn)矩比額定轉(zhuǎn)矩大得多。低頻轉(zhuǎn)矩在3Hz時大于1.6倍額定轉(zhuǎn)矩。

5．有足夠的加速力矩，適應重車提升時的加速過程。

6．運行過程中由于道軌不平整或滾筒偶爾出現(xiàn)鋼絲繩絞繩，會引起電機力矩的跳變，變頻器能承受這種跳變。

7．運行過程中若出現(xiàn)偶然事件，要求快速停車時能給出大于額定轉(zhuǎn)矩的制動力矩，這時會有較大的能量饋送給變頻器。

8．停車狀態(tài)下，能給出大于額定轉(zhuǎn)矩的制動力矩，防止重車下滑。

2.2）變頻調(diào)速改造方案

此次改造的提升機為TKD型單繩纏繞式礦井提升機，原系統(tǒng)配置為2m滾筒，采用單鉤式，礦井為豎井，井深400m，提升重量為10噸，電機為380V/200KW/8級繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動機，電機減速比20，制動方式為液壓站盤型制動器。系統(tǒng)改造配置為SH-ZTK-BP操作臺，變頻器為V560250KW，制動單元為BR-DR-5HA280KW(客戶自配)，制動電阻為3Ω/200KW。

礦井提升機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)由操作臺、變頻系統(tǒng)、液壓站、潤滑站、安全保護和控制監(jiān)視系統(tǒng)組成，系統(tǒng)框圖如下。

變頻器控制示意圖系統(tǒng)工作原理：當司機聽到開車信號時，按下啟動按鈕，PLC控制將380V動力電源接入變頻器。再松開液壓制動閘并將主令控制器推到正向（或反向），提升機開始運行。在提升過程中，控制提升機運行的主速度給定S形速度曲線由PLC編程產(chǎn)生，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，由模擬量輸出口輸出，以驅(qū)動變頻器工作；對變頻器輸出頻率的調(diào)整控制，也可根據(jù)現(xiàn)場的工況需要，由操作臺速度控制手柄以輔助給定的方式進行控制。旋轉(zhuǎn)編碼器可以檢測主電動機的轉(zhuǎn)速，并將此信號傳送給可編程控制器，PLC通過該信號可以累計計算提升機的速度及行走距離，監(jiān)視器可以時時顯示提升機速度和位置。

2.3）變頻器參數(shù)：

為發(fā)揮矢量變頻器的電機控制特性，請對電機進行參數(shù)自測定，自測定完成之后，可參考如下參數(shù)進行設置：參數(shù)說明

F0.0.09=0000無感矢量控制

F0.2.25=9頻率輸入方式為模擬量AI1

F0.3.33=1運行命令為外部端子控制

F1.0.03=30加速時間

F1.0.04=20減速時間

F0.4.54=1自由停機控制

F3.0.00=14緊急停機

F3.0.01=7正轉(zhuǎn)

F3.0.02=8反轉(zhuǎn)

F3.0.03=13故障復位

制動單元的制動電壓設置為625V。

2.4）V560變頻驅(qū)動優(yōu)勢:

第一、強大的低頻力矩消除了溜鉤現(xiàn)象。

即使在上升過程中途進行了剎車，在中途就可以把重物拉起來，不需要把重物放到平地上重新啟動，啟動力矩開環(huán)狀態(tài)下達到0.5Hz180%力矩。

第二、超強的系統(tǒng)保護功能和環(huán)境適應能力。

V560多達30種保護功能和幾十種警告功能，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。電網(wǎng)適應能力強，電網(wǎng)電壓在320V~480V范圍內(nèi)，變頻器也能正常工作。

第三、超速限制保護功能

當絞車速度超過一定程度的時候，自動限制最高速度，大大提高了安全性。

第四、車斗脫軌故障率明顯降低

平穩(wěn)的加速和減速，避免了絞車掉道的可能性，也大大減少了機械和鋼繩的磨損。

第五、可靠的抱閘時序控制功能

啟動的時候預先給足夠的力矩再松開抱閘，確保不會下溜，當快要完全停機的時候但還有力矩輸出的時候抱閘抱緊，當發(fā)生故障或者安全回路出現(xiàn)問題的時候，能夠自動的實現(xiàn)機械剎車，確保安全。

第六、能夠和機械剎車以及安全回路完美配合使用

能夠與原來的系統(tǒng)的安全回路兼容，同時和各種類型機械剎車完美配合，最大限度地保障了整個系統(tǒng)的安全。

第七、自動檢測斷線故障并抱閘停機。

系統(tǒng)能夠通過運行電流檢測是否處于斷線狀態(tài)，并與機械制動進行配合使用。

第八、顯示相關(guān)參數(shù)和鍵盤拷貝

通過設置，可以屏蔽不相關(guān)參數(shù)，顯示相關(guān)參數(shù)，和鍵盤拷貝功能，使調(diào)試更加方便快捷。三、新系統(tǒng)與原系統(tǒng)比較

1）技術(shù)性能

變頻調(diào)速屬無級調(diào)速，調(diào)速范圍大，調(diào)速精度高，爬行速度易控制，重物下放操作時易操作，安全性能好，對提升機等相關(guān)機械設備在運行和停止過程中沖擊比較小。電阻調(diào)速屬有級調(diào)速，開環(huán)控制，調(diào)速精度低，爬行速度不易控制。重物下放操作時，需動力制動與轉(zhuǎn)子電阻配合操作，全憑司機的經(jīng)驗和感覺，很難準確控制，安全性能差對提升機等相關(guān)機械設備在運行和停止過程中沖擊比較大。

2）間接效果

（1）變頻系統(tǒng)無需原電控調(diào)速用的交流接觸器及調(diào)速電阻，提高了系統(tǒng)的可靠性，改善了操作人員的工作環(huán)境，使噪音及室溫降低。

（2）調(diào)速連續(xù)方便，連續(xù)平滑調(diào)節(jié)。

（3）實現(xiàn)了軟起動和軟停止，使運行更加平穩(wěn)，機械沖擊小。

（4）啟動及加速過程沖擊電流小，加速過程中最大電流不超過1.3倍的額定電流，提升機在重載下從低速平穩(wěn)無級平滑的升至最高速，沒有大電流出現(xiàn)，減小了對電網(wǎng)的沖擊。

（5）采用變頻控制后，可采用原繞線式電機，不需要作任何改動。

3）絞車保護

變頻調(diào)速裝置本身具有過壓、欠壓、過流、過負荷、缺相等保護，同時與操作臺的數(shù)字式深度監(jiān)視器配合，可實現(xiàn)絞車過卷、過速、減速、限速等重要保護的雙線制保護功能，滿足安全規(guī)程要求。轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速裝置內(nèi)的鼓形控制器、正反向接觸器通過電流大，又頻繁動作，觸點易燒損；電阻發(fā)熱量大、接頭多、易氧化或接觸不良而發(fā)熱，所以維護量極大。變頻調(diào)速裝置采用無觸點控制，電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)采用計算機控制，加上變頻調(diào)速裝置的功率器件及控制計算機模件均采用進口產(chǎn)品，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良可靠，維護量極低。

工控觀點：變頻器有效幫助提升機節(jié)電率在30-40%左右，且控制質(zhì)量大為提高，實現(xiàn)無級調(diào)速。。同時由于電動機不再需要頻繁地起動和停止，不必再由繼電器、接觸器進行控制，使整個系統(tǒng)的壽命大為延長。實現(xiàn)軟停和軟起，消除了電動機硬起動過程中對電網(wǎng)的沖擊。另外操作簡便，省時省力。礦用絞車繞線電機改用變頻調(diào)速方式后，系統(tǒng)具有一定的節(jié)電效果，更重要的是具有柔性化控制，使系統(tǒng)的性能大大提高和機械部份壽命延長的同時使提升機獲得平穩(wěn)、安全、可靠的運行狀態(tài)。