第一章矿井提升机概述
第一节提升机电力拖动的特点及对拖动控制装置的要求矿井提升机（又称绞车、卷扬机）是矿井生产的关键设备。提升机电控系统技术性能如何，将直接影响矿井生产的效率及安全。欲掌握提升机电控系统的原理，首先要了解提升机对电控系统的要求，以及各种电气传动方案的特点。
矿井提升机为往复运动的生产机械，有正向和反向提升，又有正向和反向下放。对于不同水平的提升，在每次提升循环中，容器的上升或下降的运动距离可能是相同的，也可能是不同的。在每一提升周期都要经过从起动、加速、等速、减速、爬行到停车的运动过程，因此提升机对电控系统一般有下述一些要求。
1、要求满足四象限运行
设提升机正向提升时，拖动电动机工作在第一象限。而在减速下放时，如果是正力减速，拖动电动机也工作在第一象限，但如果为负力减速，则拖动电动机就工作在第二象限。
同样当提升机反向提升时，拖动电动机工作在第三象限。而在减速下放时，如果是正力减速，拖动电动机也工作在第三象限，但如果为负力减速，则拖动电动机就工作在第四象限。因此，提升机的运行必须能满足四象限运行的要求。
2、必须平滑调节速度且有精度较高的调节精度
提升工艺要求电控系统须能满足运送物料(达到额定速度)、运送人员(可能要求低于额定速度)、运送炸药(2m／s)、检查运行(0.3～1.0m／s)和低速爬行(0.1～0.5m／s)等各种要求，所以要求提升机电控系统必须能平滑连续调节运行速度。
对于调速精度，为了在不同负载下的减速段的距离误差尽可能地小，要求提升机的静差率ｓ越小越好(一般在高速下ｓ＜１％)。这样可以使爬行段距离尽可能设计得小，来减少低速爬行段的时间，从而缩短提升周期，获得较大的提升能力。
3、要求设置准确可靠的速度给定装置
提升工艺要求电控系统的加减速度平稳。根据安全规程，对矿井提升机的加、减速度都有一定的限制。对竖井来说，提物时加减速度小于1.2m/s2；提人时加减速度小于0.7m/s2；对斜井，提人时加减速度小于0.5m/s2。
限制加速度的目的其一是为了减少人对加减速度的不适反应程度，其二是降低提升机加速时的电流冲击，提高提升设备的使用寿命。
实际上矿井提升机系统是一个位置控制系统，提升容器在井筒中的什么位置该加速、等速、减速、爬行都有一定的要求。也就是说，必须根据提升容器在井筒中的位置确定给定的
速度，这就是按行程原则产生速度给定信号。
４、要求设置行程显示与行程控制器
为了便于提升机司机操作与控制，电控系统应设置可靠的提升容器在井筒中的位置显示装置(俗称深度指示器)。老的深度显示常采用牌坊指针式或圆盘指针式深度显示装置；新的深度显示则采用数字显示。
因此，要求提升机电控系统应设置有可靠的位置检测环节，能准确地检测出提升容器在井筒中与减速点开始、爬行、停车及过卷相对应的位置，以便控制提升机能可靠地减速、爬行、停车。为了可靠起见，通常一个位置要设置多只行程开关，以实现冗余控制。
5、要求设置完善的故障监视装置
提升机对其电控系统的可靠性要求很高。这是因为提升机一旦出现故障，轻则影响生产，重则危及人员生命。电控装置的高可靠性表现在两个方面：一是电控系统质量好，故障少；二是出现故障后应能根据故障性质及时进行保护，并能对故障内容进行记忆和显示，以便能迅速排除故障。
通常提升机故障监视内容少则几十项，多则百余项。
6、要设置可靠的可调闸控制系统
可调闸是一套电气控制的液压调节机械闸系统，是提升安全运行的最后一道保护措施，因此要求闸系统的控制必须安全可靠。可调闸系统的控制通常分为工作制动（常称工作闸，由司机的制动手柄控制）和安全制动（常称为安全闸，由安全回路的继电器或PLC等逻辑控制）。工作制动是在手动操作或在自动操作方式下作为正常停车或定车手段。而安全制动是在系统出现故障时，使运行状态下的提升机快速减速停车、静止状态下不能松闸。
安全制动又分为一级制动和二级制动。当提升容器在井筒中而离停车点较远时，若系统出现故障需要紧急制动时应采用二级制动。所谓二级制动，就是制动转矩不是一次全部加到闸盘上，而是分两次，使紧急制动时的减速度比较小，减速度较缓，对机械设备的损伤小，容器在紧急制动后要滑行一段距离才停下来。当提升容器在井筒中离停车点较近时，紧急制动时应采用一级制动。一级制动时制动转矩大、在紧急制动时滑行距离短。
目前在先进的提升机上都装备有制动力可调的安全制动装置。
第二节提升机的电力拖动方案
按提升机对电控系统的要求，常用的提升机电力拖动控制方案有以下几种。
1、绕线型异步电动机转子回路串电阻提升系统
在这种方案中，绕线型异步电动机转子回路串联附加电阻，利用控制器或磁力站对附加
电阻进行不同的组合，改变其大小，达到调速目的。根据提升机调速性能的不同要求，常用电阻组合有五级、八级和十级等。级数越多，调速越平滑，但仍属于有级调速方式。
该方案在加速阶段和低速运行时，大部分能量（转差能量）以热能的形式消耗在转子附加电阻上，系统运行效率低。在负力减速时，一般采用动力制动或低频制动，需要设置辅助电源和定子绕组的二次切换操作。由于受交流接触器容量的限制，目前单机运行功率不超过1000kW，双机不超过2000kW。
这种方案的优点是它的结构简单、维护容易、操作方便，是目前我国中小型矿井的主流提升设备。
2、双机拖动提升系统
双机拖动是将两台同容量或不同容量的电动机通过一定的刚性连接方式，用两台电动机共同拖动一台提升机。与单机拖动相比，其优点是双机拖动可以扩大电动机的使用容量，减小电力拖动系统的转动惯量；可以根据负载情况，确定单机或双机的投入，以提高效率，增加系统可靠件；通过合理调节两机的工作状态，可以得到比单机更加平滑的加减速调节、良好的减速和爬行运行特性。缺点是控制设备多、复杂，维护量大。
3、发电机－电动机（G－M）直流拖动可逆提升系统
G－M（原称F－D）直流拖动可逆提升系统是指由直流发电机G为直流电动机M提供幅值、极性可变的直流电源。直流电动机为它励方式，励磁电流恒定，通过改变直流发电机输出电压来改变直流电动机的转速。直流发电机由交流同步电动机拖动，通过改变直流发电机励磁电流大小改变输出电压，直流发电机的励磁电流是通过改变电机扩大机的励磁实现控制和调节的。
这种方案的优点是可实现无级调速，电动状态与制动状态的切换是快速平滑的，能较好地满足四象限平滑调速的要求，通常采用速度闭环控制调速精度也比较高，无功冲击小，功率因数高，而且还可向电网提供超前无功功率，以改善电网的功率因数。这种方案在20世纪80年代以前的大中型矿井提升机系统中得到较好的应用。
缺点是运行效率较低，因为功率变换的效率是同步电动机和直流发电动机两台电动机效率的乘积，通常变流机组的效率只有0.8左右(考虑直流发电动机组平时不停机)；占地面积大；噪声大；维护工作量大；耗费金属量大等。因此，目前这种传动形式的矿井提升系统中已被晶闸管－电动机（V－M）直流提升系统所取代。
4、晶闸管－电动机（V－M）直流拖动可逆提升系统
晶闸管－电动机（V－M）直流拖动可逆提升系统用静止的晶闸管整流器取代旋转变流
器（发电动机组）为直流电动机供电，其效率、控制精度、运行特性及可靠性等均比G－D 系统大为提高，从20世纪80年代起就成为直流拖动提升机的主要方式。
受电动机换向器和晶闸管变流器容量的限制，电动机的容量通常在4000kW以下。但当拖动容量大于1000kW和提升速度达10m/s以上时，根据我国的运行经验，一般考虑直流拖动。
5、交－交变频交流拖动可逆提升系统
由于电力电子器件和微电子技术的发展，70年代的研究成果为交流电动机交－交变频调速系统奠定了理论基础，80年代开始在矿井提升机上使用，特别是近年来交－交变频器－低速同步电动机调速在矿井提升系统中得到了较为普遍的应用，而且实现了多微机全数字控制，这种方案控制性能优良、运行效率高、单机容量大、体积小、系统惯量小和维护工作量少，已成为低速大容量矿井提升机传动的首选设备，目前单机传动功率已经达到5000～8000KW。在这种系统中通常采用的是将同步电动机转子外装，与摩擦式提升机的滚筒融合为一体，形成具有体积更小、重量更轻的机电一体化方案，可以明显地降低投资成本。但系统复杂，用到的新技术、新器件多，对运行现场的管理和维护技术人员的技术水平要求较高。
第二章 提升机直流调速电力拖动与控制
直流拖动在矿井提升中得到了广泛的应用，主要有直流发动机－直流电动机系统（简称G －M ）系统和晶闸管变流器－直流电动机系统（简称V －M 系统）两种类型，前者已逐渐被淘汰，因此本节仅以V －M 提升系统为例作介绍。
第一节 直流电动机调速原理
一、他励直流电动机的机械特性
他励直流电动机的机械特性是指在励磁电流f I (或磁通Φ)保持一定（通常为额定值）的情况下，电动机的电枢电压d U 、转速n 与转矩T （或电枢电流a I ）之间的关系。由《电动机学》可知，直流电动机稳定运行时的基本方程为： 电压方程
n C R I E R I U e a d a d d Φ+=+=
反电势方程
n C E e Φ=
转矩方程 d M I C T Φ=
运动方程 T n T C C R C U C R I U n M e a
e d e a d d β-=Φ
-Φ=Φ-=
02
（机械特性） 式中
n －转速；0n －理想空载转速；β－机械特性的斜率；d U －电枢电压；
d I －电枢电流；a R －电枢回路总电阻；
e C －电动势常数；Φ－电动机每级磁通； M C －转矩常数；T －电磁转矩，E －反电势。
当电动机在额定参数下工作时，直流电动机稳定运行时的基本方程可以表示为
T C C R C U n N
M e a
N e N 2Φ-Φ=
其机械特性称为固有机械特性。如图1所示。
n n N
n N
T T
图1 他励直流电动机固有机械特性
二、调速方法
从上式可以看出，当改变电枢电压d U 、电枢回路电阻a R 和励磁磁通Φ时，都可以改变电动机的转速，因此直流电动机的调速通常有以下三种方法，即改变电枢电压d U 调速、改变电枢回路电阻a R 调速和改变磁通Φ调速，而此时得到的机械特性称为人工机械特性。对于矿井直流提升系统，通常采用改变电枢电压d U 的调速方法。
第二节 V －M 直流拖动基本方案
不论是交流还是直流提升，都要求提升机能在四象限运行。由上式可知，要改变直流电动机电磁转矩的大小，通常采用调节电枢电流的方案；那么要改变直流电动机转矩的极性，可采用改变电枢电流的极性或者改变直流他励电动机励磁电流的极性(即励磁磁通的极性)。
目前矿井直流提升常用的方案基本上为磁场换向可逆逻辑无环流系统。
在磁场换向系统中，电枢回路采用一套整流装置，而励磁回路则采用两套整流装置反并联连接，其主电路结构如图图2所示。
～
2V
3V
图2 磁场换向V －M 直流拖动系统主回路接线图
电动机转矩极性的改变是靠改变励磁电流的的极性实现的，如变流器1V 工作时2V 关闭为正向提升运行，反之即为反向运行。此外，在换向过程中，励磁电流由额定值下降到零时，如电枢电流依然存在，电动机将产生“飞车”现象。为了避免这种情况，通常在励磁电流下降到接近于零时，控制电枢电流也为零。
电动机励磁回路的负载是大电感，时间常数大，电流的建立较慢，所以较之电枢换向系统快速性稍差。但矿井提升机对快速性的要求不是太高，也就是说并不要求转矩变化太快。因为急剧的转矩变化会造成过大的机械冲击，而且由于钢丝绳的弹性连接往往会引起剧烈振
荡。当然，转矩的变化也不可太慢，否则会由于位能负载的作用造成提升机失控下坠，比较合适的转矩反向时间约在0.6～1.2s之间。为了满足这一要求，常采用“强迫励磁”的方法，即在建立磁场或反向过程中加3～5倍的励磁电压。
由于磁场换向电枢回路用一套变流装置，虽然励磁回路用两套，但由于励磁功率通常只占电动机额定功率的3%～5%，显然磁场换向所需变流装置的容量要小得多，考虑到经济上的这一优越性，目前这种方案在大容量矿井提升机直流电力拖动中得到广泛应用。
一、磁场换向的V－M直流电力拖动机械特性和运转状态
1、系统机械特性
系统开环机械特性和运转状态如图3所示。
图3 磁场换向的V－M系统开环机械特性及运转状态
２、运转状态
提升机正向提升时，电枢变流器1V工作在整流状态，α＜90°。磁场变流器2V工作在整流状态，设励磁电流I f为正向，且为额定励磁电流。在四象限运行中，电枢电流的极性始终保持不变，电动机的转矩极性由励磁电流的极性决定。因I f为正向，所以电动机转矩极
性为正向，电动机工作在正向电动状态。改变1V 的控制角α就可以调节电枢电压U d 的大小，从而达到调压调速的目的。在此运行状态，U d ＞E d ，能量是从交流电网经1V 供给电动机的，运行状态与电枢换向系统相同。若电动机工作在负力减速或下放重物，关闭2V ，使变流器3V 工作在整流状态，I f 反向。因转速方向不变，则电动机的反电势E d 反向，让1V 工作在逆变状态，且使U d ＜E d ，由于I f 已反向，电动机的转矩极性反向，电动机工作在正向发电制动状态，电能由电动机经1V(逆变成交流电)回馈交流电网。
反向电动和反向制动状态的分析与上述类似。
由于电枢电流I d 方向不变，转矩的反向过程取决于励磁电流I f 的反向过程。而励磁回路的电磁惯性时间常数很大，一般达到2s 以上，所以转矩的换向时间较电枢换向长。为了加快转矩的换向过程，通常在磁场换向系统中采取“强迫励磁”，将磁场反向时间缩短到0.6～1.2s 。
二、直流提升机对调速系统的控制要求及调速指标
提升机对自动调速系统提出控制性能的要求一般包括静态调速指标和动态调速指标。静态调速指标，要求自动调速系统能在最高转速(一般指额定转速)和最低转速的范围内调节转速，并且要求在不同转速下工作时，速度稳定。动态调速指标要求系统起动、制动快速而平稳；稳态运行时，对负载变化、电源电压波动等干扰因素要有较强的抵抗能力，即通常所说的抗干扰能力强。
调速系统的静态品质好坏，可用下述的两个指标衡量： 1、调速范围
电动机在额定负载时提供的最高转速n max 与最低转速n min 之比称调速范围，表示为
min
max
n n D =
对于直流拖动系统，电动机的最高转速n max 就是电动机的额定转速n dN 。 2、静差率
调速系统的静差率是指电动机在稳定工作时，负载由零增至额定值时，对应的静态速降Δn dN 与理想空载转速n 0之比：
n n s dN
?=
在设计时，要求的静差率是指低速运行时的静差率。D 、s 与Δn dN 之间的关系可表示为
)
1(s n sn D dN dN
-?=
式中 n dN －电动机额定转速，r ／min ；
s －额定负载时，对应最低转速的静差率； Δn dN －额定负载时的静态速降，r ／min 。
矿井提升机的等速度一般为6～12m ／s ，爬行速度一般为0.3～0.5m ／s ，因此调速范围D ＝12～40。爬行阶段一般要求的静差率为s ＝0.1～0.5。
调速系统的动态品质一般用上升时间、超调量、调节时间等动态指标来衡量。 为了使系统具有优良的静动态品质，设计时考虑系统的闭环控制，通过确当地选择调节器的形式和参数来满足静动态品质要求。
第三节 基本知识简介
一、PN 结与电力二极管的工作原理
图4为电力二极管的外形、结构和电气 图形符号。
A
K
A K
a)
I
K
A P N
J b)
c)
它是以半导体PN 结为基
础，由一个面积较大的PN 结和两端引线以及封装组成，外形上看，主要有螺栓型和平板型两种封装，基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管一样。
具有单向导电和不可控制的特点。
图4 电力二极管的外形、结构和电气 图形符号 a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号
它是以半导体PN 结为基础，由一个面积较大的PN 结和两端引线及封装组成，外形上看，主要有螺栓型和平板型两种封装，基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管一样。 具有单向导电和不可控制的特点。
二、晶闸管的结构与工作原理
图5为晶闸管外形、结构和电气图形符号。
J 1J 2
J 3K
A K
G
a)
c)
b)
图5 晶闸管外形、结构和电气图形符号 a)外形 b)结构 c)电气图形符号 A P 1
A
G
K N 1P 2
P 2N 1
N 2a)
b)
产生注入门极的触发电流I G 的电路
触发
门极触发电路
对晶体管的驱动
图6 晶闸管的双晶体管模型及其工作原理
a) 双晶体管模型 b 工作原理)
A
图7 晶闸管的伏安特性
特点：
● 承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。 ● 承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通。 ● 晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。
● 要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下 。 三、单相桥式全控整流电路
1、电阻性负载 电路及波形如图8所示。
T
i d
R
u 1
a)
b)
c)
d)
u
工作原理及波形分析
●VT1和VT4组成一对桥臂，在u 2正半周承受电压u 2，得到触发脉冲即导通，当u 2过零时关断。
●VT2和VT3组成另一对桥臂，在u 2正半周承受电压u 2，得到触发脉冲即导通，当u 2过零时关断。
图8 单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形
2、阻感负载 图9 单相全控桥带阻感负载时的电路及波形
T L
u 1
u i i 假设电路已工作于稳态，i d 的平均值不变。
假设负载电感很大，负载电流i d 连续且波形近似为一水平线。
u 2过零变负时，由于电感的作用晶闸管VT 1和VT 4中仍流过电流i d ，并不关断。至ωt =π+α 时刻，给VT 2和VT 3加触发脉冲，因VT2和VT3本已承受正电压，故两管导通。
VT 2和VT 3导通后，u 2通过VT 2和VT 3分别向VT1和VT 4施加反压使VT 1和VT 4关断，流过VT 1和VT 4的电流迅速转移到VT 2和VT 3上，此过程称换相，亦称换流。
图9 单相全控桥带阻感负载时的电路及波形
?+==
=
α
πα
α
απ
ωωπcos 9.0cos 2
2)(d sin 21
222d U U t t U U
特点：
● 晶闸管移相范围为90?。
● 晶闸管承受的最大正反向电压均为峰值。 ● 晶闸管导通角θ与α无关，均为180?，平均值和有效值分别为：
d dT
21I I = 和 d d T 707.02
1
I I I == ● 变压器二次侧电流 i 2 的波形为正负各180?的矩形波，其相位由α角决定，有效
I 2 = I d 。
3、反电动势-电阻、电感负载：如图10所示。
a)
b)
图10 单相桥式全控整流电路接反电动势-电阻、电感负载时的电路及波形 |u 2| > E 时，晶闸管承受正电压，才有导通的可能。导通之后直至 | u 2| = E ，i d 即降至 0 使得晶闸管关断，此后 u d = E 与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度δ 停止导电，δ 称为停止导电角。在 α 角相同时，整流输出电压比电阻负载时大。
2
2arcsin
U E =δ
从波形上可见：
● 电流续断--i d 波形在一周期内有部分时间为 0 的情况； ● 电流连续--i d 波形在一周期内不出现为 0 的情况； ● 当α﹤δ时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不能导通。
为使晶闸管可靠导通，触发脉冲需足够的宽度，保证当 ωt = δ 时，晶闸管承受正电压，触发脉冲仍然存在，相当于触发角被推迟为δ，即 a =δ 。
● 负载为直流电动机时，如果出现电流断续则电动机 的机械特性将很软 。 ● 为了克服此缺点，一般在主电路中直流输出侧串联一个平波电抗器，用来减少电流 的脉动和延长晶闸管导通的时间。只要电感量足够大，就可以满足导通角θ=180°，输出电流连续平直，从而改善整流装置及电动机的工作条件。在这种条件下，整流电压u d 和负载电流i d 波形与电感性负载电流连续时相同，u d 的计算公式亦一样。波形如图11所示。
图11 单相桥式全控整流电路带反电动势负载串平波电抗器，电流连续的临界情况四、三相半波可控整流电路
●交流测由三相电源供电。
●负载容量较大，或要求直流电压脉动较小、易滤波时用。
●基本的是三相半波可控整流电路，三相桥式全控整流电路、双反星形可控整流电路、十二脉波可控整流电路等，均可在此基础上进行分析。
1、电阻性负载
三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及α=0?时的波形如图12所示。
a) b) c) d)
e) f)
VT2
VT1
VT3
i
u
图12 三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及α=0?时的波形
电路的特点：
●变压器二次侧接成星形得到零线，而一次侧接成三角形避免3次谐波流入电网。
●三个晶闸管分别接入a、b、c三相电源，其阴极连接在一起为共阴极接法。
自然换相点：
假设将电路中的晶闸管换作二极管，用VD表示，成为三相半波不可控整流电路。
一周期中
●在ωt1~ωt2期间，VD1导通，u d=u a
●在ωt2~ωt3期间，VD2导通，u d=u b
●在ωt3~ωt4期间，VD3导通，u d=u c
α=0?时的工作原理分析：
变压器二次侧a相绕组和晶闸管VT1的电流波形，变压器二次绕组电流有直流分量。
晶闸管的电压波形，由3段组成：
●第1段，VT1导通期间，为一管压降，可近似为u T1=0
●第2段，在VT1关断后，VT2导通期间，u T1=u a-u b=u ab，为一段线电压。
●第3段，在VT3导通期间，u T1=u a-u c=u ac为另一段线电压。
二极管换相时刻定义为自然换相点，是各相晶闸管能触发导通的最早时刻，将其作为计算各晶闸管触发角α的起点，即α=0?。
i
u
图13 α=30?时的波形
α=30?时的波形负载电流处于连续和断续之间的临界状态，各相仍导电60°。
i
图14 α>30°（60°）的情况
α> 30?的情况负载电流断续，晶闸管导通角小于120?，电流不连续。
2、阻感负载
特点：阻感负载，L值很大，i d波形基本平直。
● α≤30?时，整流电压波形与电阻负载时相同。
● α>30?时，u 2过零时，VT 1不关断，直到VT 2 的脉冲到来，才换流，由VT 2导通向 负载供电，同时向VT 1施加反压使其关断—u d 波形中出现负的部分。
● i d 波形有一定的脉动，但为简化分析及定量计算，可将i d 近似为一条水平线。 ● 阻感负载时的移相范围为90?。如图15所示。
R
d u
图15 三相半波可控整流电路，阻感负载时的电路及α=60?时的波形
217.160cos U U U == d0d
五、三相桥式全控整流电路
三相桥是应用最为广泛的整流电路，如图16所示。
d
VT1VT3VT5
462d2
d1
图16 三相桥式全控整流电路原理图
共阴极组：阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1，VT3，VT5）
共阳极组：阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4，VT6，VT2）
导通顺序：VT1→VT2→VT3→VT4→VT5→VT6
自然换向时，每时刻导通的两个晶闸管分别对应阳极所接交流电压值最高的一个和阴极所接交流电压值最低的一个。
1、电阻负载
●假设将电路中的晶闸管换作二极管，相当于晶闸管触发角a =0°时。
●共阴极组的3个晶闸管，阳极所接交流电压值最高的一个导通。
●共阳极组的3个晶闸管，阴极所接交流电压值最低的一个导通。
●任意时刻共阳极组和共阴极组中各有一个晶闸管处于导通状态，施加于负载上的电压为某一线电压。
i
u
图17 三相桥式全控整流电路带电阻负载α = 0°时的波形晶闸管及输出整流电压的情况如表1所示
6个晶闸管导通顺序VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。
表1 三相桥式全控整流电路电阻负载α = 0°时晶闸管工作情况
时段I II III IV V VI 共阴极组中导通VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导通VT6VT2VT2VT4VT4VT6
整流输出电压u d u a-u b u a-u c u b-u c u b-u a u c-u a u c-u b
三相桥式全控整流电路的特点
（1）2个晶闸管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1个，且不能为同1相器件。
（2）对触发脉冲的要求：
●按VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6的顺序导通，相位依次差60?。
●共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120?。
●共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120?。
●同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180?。
（3）u d一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。
（4）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲。
可采用两种方法：宽脉冲触发或双脉冲触发（常用）。
（5）晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。
晶闸管一周期中有120°处于通态，240°处于断态，由于负载为电阻，故晶闸管处于通态时的电流波形与相应时段的U d波形相同。
基于 PLC 的矿井提升机控制系统设计
2010-2-9 20:25:00 来源：
1 引言目前，我国绝大部分矿井提升机（超过 70% ）采用传统的交流提升机电控系统（tkd-a 为代 表）。tkd 控制系统是由继电器逻辑电路、大型空气接触器、测速发电机等组成的有触点控制系统。经 过多年的发展，tkd-a 系列提升机电控系统虽然已经形成了自己的特点，然而其不足之处也显而易见， 它的电气线路过于复杂化，系统中间继电器、电气接点、电气联线多，造成提升机因电气故障停车事 故不断发生。采用 plc 技术的新型电控系统都已较成功的应用于矿井提升实践，并取得了较好的运行经 验，克服了传统电控系统的缺陷，代表着交流矿井提升机电控技术发展的趋势。2 总体设计方案基于 plc 技术的矿井交流提升机电控系统控制电路组成结构如图 1 所示，要由以下 5 部分组成：高压主电路 （包括高压换向器、电动机、启动柜、动力制动电源）、主控 plc 电路、提升行程检测与显示电路、提 升速度检测、提升信号电路，其中高压主电路部分仍采用传统的继电器控制电路。
图 1 矿井交流提升机电控系统 框图 工作过程：当井口或井底通过信号通信电路发出开车信号后，开车条件具备。司机将制动手柄向前推 离紧闸位置，主电动机松闸。司机将主令控制器的操作手柄推向正向（或反向）极端位置，主控 plc 通 过程序控制高压换向器首先得电，使高压信号送入主电动机定子绕组，主电动机接入全部转子电阻启 动，然后依次切除 8 段电阻，实现自动加速，最后运行在自然机械特性上。交流提升机运行时，旋转 编码器跟随主电动机转动，输出 2 列 a/b 相脉冲，分别接到主控 plc 的高速计数器 hsc0 的 a/b 相脉冲输 入端，由主控 plc 根据 a/b 脉冲的相位关系，自动确定 hsc0 的加、减计数方式。根据 hsc0 的计数值，就 可以计算出提升行程并显示。同时只根据旋转编码器输出的 a 相脉冲，主控 plc 进行加计数。根据 hsc1 在恒定间隔时间内的计数值，就可以计算出提升速度。 3 硬件设计 3.1 提升机主回路部分设计主回路用于供给提升电动机电源，实现失压、过流保护，控制电机的转向和 调节转速。主回路由高压开关柜、高压换向器的常开触头、动力制动接触器的常开主触头、动力制动 电源装置、提升电动机、电机转子电阻、加速接触器的常开主触头（1jc～8jc）和装在司机操作台上的 指示电流表和电压表等组成。系统原理图如图 2 所示。
1、把电控箱通上电源，把操作旋钮打到手动位置；点动启动电机，观察电机旋向是否正确。（从风叶方向看为顺时针旋转） 2、弄清手动换向阀的三个位置：（1）拉向压力表端为松绳；（2）中位不通；（3）推向蓄能器端为紧绳。 3、压力调整，手动开动油泵，把手动换向阀手柄打在中间位置，把两个溢流阀的手柄都松开，手动按下电磁阀按钮通电，把手动换向阀打到张紧位置，缓慢调整系统溢流阀（在阀块上面），观察压力表指示针（黑色针），超过压力上限（红色针）一个格为宜，停止油泵后再重新启动油泵，缓慢调节工作压力溢流阀（侧面），等压力超过上限一格后停止，把两个溢流阀的调节螺栓锁紧，手动调整完成，把控制箱的操作旋钮打到自动位置启动完成即可。正常工作时，手动阀手柄必须打到张紧位置。 4、液压油缸的活塞杆伸出600～1000mm即可，不能太长，也不能太短，油压压力在9～12MPa之间，也可根据现场情况确定：（1）回柱绞车不能将油缸完全拉出，也不要让油缸完全缩回去；（2）皮带带载运行时不打滑即可。 5、收带时操作，机架托辊拆完后，皮带机开动，移动机尾，回柱绞车紧绳，紧绳时注意观察、听绞车电机是否有异响。如皮带机不开动，先移动机尾，让皮带完全松开，再紧拉紧绞车，预紧完成后再开动皮带机，开动回柱绞车，完成张紧。
提升机保护探讨 交流提升机可编程电控系统保护装置设置标准探讨 矿井提升电控系统是一个典型而复杂的控制和系统。在这里面，可编程序控制器的作用可以说是表现得淋漓尽致，当前，焦作华飞、中矿传动、洛阳矿机、天津民意等生产提升机电迭系统为著称的厂家无不以可编程控制器为控制核心。笔者曾多次跟随集团公司外出检查，常听说因可编程电控系统保护装置问题出现这样或那样的问题，甚至发生了提升事故，可以说，提升机可编程电控系统保护装置设置因厂家而异，有很大的随意性，国家也无相关的标准设计规范。因此，笔者说交流提升机可编程电控保护装置的设置作以下控讨。 1.交流提升机可编程电控系统的组成原则 按照原煤炭部西安会议精神要求，利用可编程控制器为控制核心的提升机电控系统应设置为双线制。笔者认为，电控系统具备两台可编程控制器不能就单纯地称双线制，提升机可编程电控系统应符合以下组成原则： （1） 组成双线制的两部可编程序控制器应相互补充、互相独立、互为备用。即正常时两台可编程器并列运行，其中一台可编程控制器故障时，另一部可编程控制器能够独立运行，完成提升任务。两台可编程控制器各有一套输出接口，能够相互切换。但是，两台可编程控制器有两套安全回路接点串联，单台运行时，另一台的安全回路自
编订：__________________ 审核：__________________ 单位：__________________ 焦作华飞提升机电控系统 的安全保护 Deploy The Objectives, Requirements And Methods To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level. Word格式 / 完整 / 可编辑
文件编号：KG-AO-5165-11 焦作华飞提升机电控系统的安全保 护 使用备注：本文档可用在日常工作场景，通过对目的、要求、方式、方法、进度等进行具体的部署，从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作，使日常工作或活动达到预期的水平。下载后就可自由编辑。 矿井提升机承担矿物提升、人员上下、材料运输等重大任务，它是整个矿井的枢纽，矿井提升电控是提升机的控制中心，控制系统的性能直接影响提升效率和安全，它是一个典型而复杂的控制系统。焦作华飞生产提升机电控系统著称，在这里面，可编程序控制器的作用可以说是表现得淋漓尽致，我们以可编程控制器为控制核心，建立安全回路双线制保护系统，在运行过程中有极高的可靠性和安全性。下面就安全保护的实现做简单的介绍： （1)高压断路器联锁保护高压断路器联锁保护为电源馈电柜过负荷和低电压保护的联锁，断路器常开点直接串联于安全回路，电源跳闸时动作于外部安全回路。高压换向柜门闭锁开关及紧急制动保护为防止
矿井提升机电控系统原理设计 摘要 我国矿井提升机大多是采用交流异步电机拖动，其电气控制系统采用转子串、切电阻调速，由继电器-接触器构成逻辑控制装置。本文以安全、可靠、高效、经济为出发点，以可靠性原则为依据，对矿井交流提升机电控系统进行研究设计，由可编程控制器(PLC)代替继电器-接触器构成的逻辑控制装置。其中简单介绍了国内外矿井提升机发展概况，提升机机械结构、工作原理，分析了其技术经济性。对于PLC的控制原理及应用做了一般性的介绍。详述了提升机电控系统和调速原理，如：测速部分和保护部分。本文以TKD-NT 单绳缠绕式矿井提升机为例，提出了研究设计方案，并且在实践中成功实施。PLC电控系统实现了对提升过程的程序控制，精度高；实现了速度、电流以及矢量的数字交换等，对提升机进行闭环调节；实现行程、速度等重要参数及提升状态的监视；实现无触点控制，寿命长，可靠性大大提高，具有良好的控制监视系统；实现了显示、记录等有关数据的全部自动化。 关键词：矿井交流提升机，PLC，调速，电控技术研究
THE DESIGN OF ELECTRIC CONTROL SYSTEM BASED ON MINE ELEVATOR ABSTRACT In China, mine elevator whose electric control system uses speed regulation by means of stringing and slicing the rotor resistance, and it constitutes the logic control device by the relay and contactor adopting the means of the drive of AC asynchronous motor in most cases. This paper which studies and designs the electric control system of AC mine elevator, adopting PLC which takes the place of the logic control device constituted by the relay and contactor takes the security, reliability, high efficiency, economy as a starting point, and takes the reliability principle as the basis. There into, this paper gives a brief introduction on the development of mine elevator in home and abroad, its framework and theory, while doing some economic study. Then, it introduces the theory and application of PLC simply. On the side, it goes into particulars about electric control system, for example, speed measurement and safeguard. This paper sets TKD-NT elevator for an example, proposes the research and design plan which puts in practice successfully. The electric control system based on PLC has carried out the procedure control of hoist process and high accuracy, closed-cycle control of mine elevator through speed, electric current as well as digital switching of vector and so on, the monitor of important parameters such as the distance of travel, speed, the state of hoist. In addition, the system also has carried out contact less control, long life-span, reliability greatly improved, good control supervisory system and completely automation of relevant data’s demonstration, recording and so on. KEY WORDS: AC mine elevator, PLC, speed regulation, electric control
提升机电控系统 一、提升机控制系统组成 本系统装置适用于煤矿等行业的提升机控制。对现在沿用的TKD系统进行技术改造或控制设备更新尤为适用。 （1）使用范围 ①环境温度-5℃－+40℃ ②相对湿度不超过90％（+20℃） ③其周围环境空气中没有导电尘埃和绝缘材料的气体和微粒，无爆炸性气体和煤尘； ④没有剧烈振动、冲击的场所 ⑤没有高温、结霜、雨淋的场所 二、矿井提升机控制系统的功能 （1）手动和半自动功能 系统有手动和半自动两种运行功能，在半自动状态下，提升机的启动由主令手动给定速度，等运行到变坡点后通过司机按半自动运行按钮实现半自动运行，半自动运行时等速、减速及停车按预先设定的速度图运行；在手动状态下，提升机在操作司机的控制下运行。 （2）半自动验绳、半自动检修运行功能、应急开车方式 验绳时提升机的速度由PLC数字输出给变频器一个恒速(0.37m/s)运行命令，设备的起停和方向由司机操纵主令手柄控制。 半自动检修运行时，提升机的速度由PLC数字输出给变频器一个恒速(0.37m/s)运行命令，设备的起停和方向由司机操纵主令手柄控制。 应急开车只用在有一套PLC系统发生故障时运行。此时系统完全由一台PLC控制且各种保护具备，绞车能在限定的速度(0.37m/s)下由司机手动完成本次提升。 （3）测速及容器位置指示 安装在提升机上的两个轴编码器输出的数字脉冲与主电动机的转速成正比，一个用于提升机速度和行程的显示，另一个用于速度保护，两个轴编码器相互监测，如果一个失效，将切换到另一个进行提升机速度和行程的显示和速度保护。 （4）保护及联锁功能 ①首次上电或故障时安全继电器断电后，只有提升机在主令零位紧闸位才能再次接通安全继电器，当有故障时安全继电器断电后，配合液压站安全阀使提升机实现一级或二级制动；，工作闸继电器及制动油泵等控制回路断电，使制动油压降为零。 ②任何情况下，只有提升机在主令零位紧闸位才能接收到开车信号，只有当司机接到开车信号后，才能起动提升机使其运行。 ③当提升过程中发生润滑油压力过高、过低，润滑油温高、液压站油温高时、上位机和操作台上均有相应的一次提升故障信息显示，点亮相应信号灯，告知司机可以完成本次提升工作。当故障解除后才允许司机进行下一次提升工作。 ④当提升机因发生故障在中途停车，工控机上有相应的故障信息显示，排除故障后允许司机选择方向开车。 ⑤全矿停电时，由PLC保证提升机能实现二级制动，并作好提升机的后备保护。
摘要 矿井被称作地下矿井系统的咽喉，是井下与地面最重要的通道。矿井提升机承担着矿井与井下人员、矿料、设备等物资运输的重任，是整个矿井系统中的核心部分，矿井提升机的安全可靠运行至关重要。所以设计一套安全可靠的矿井提升机控制系统具有极大的意义。PLC出现后以其显着优点迅速成为工业生产控制系统的主流发展方向，其可靠性高，抗干扰能力强；编程简单，使用方便；控制程序可变，具有很好的柔性功能完善；扩充方便，组合灵活，极大减少控制系统设计及施工工作量；体积小，重量轻；非常适用“机电一体化”设备。基于PLC 设计矿井提升机控制系统，极大满足对大型机械控制安全与可靠性的要求，且节能环保，便于操作与维护。 关键词：矿井提升机；PLC；控制系统。 Abstract The mine is called the throat of the underground mine, which is the most important channel of the underground mine. The mine hoist bears the heavy responsibility of the mine and the underground personnel, the ore material, equipment and so on. It is the core part of the entire mine system, and the safe and reliable operation of the mine hoist is very important. Therefore, it is of great significance to design a safe and reliable control system of mine hoist. PLC appears with its remarkable advantages quickly become industrial production control system of the mainstream of the development direction of, the high reliability, strong anti-interference ability; programming is simple, easy to use; variable control procedures, with perfect good flexible function; to facilitate the expansion, flexible combination, greatly reducing the control system design and construction work; has the advantages of small volume, light weight; very applicable electromechanical integration equipment. Design of mine hoist control system based on PLC, which greatly meets the requirements of safety and reliability of large mechanical control, and energy saving and environmental protection, easy to operate and maintain. Key words: mine hoist; PLC; control system. 目录 中文摘要......................................... .. (Ⅲ) 英文摘要......................................... .. (Ⅲ) 目录 (Ⅴ) 1 绪论 (1)
学士学位论文 矿井提升机直流电控系统设计 作者姓名：董佩 导师姓名：张开如 专业名称：自动化 所在学院：信息与电气工程学院 山东科技大学 2009年6月
摘要 矿井直流提升机电控系统由直流电动机、卷筒、制动系统、深度指示系统、测速限速系统和操作系统等组成。与传统提升机电控系统相比，该系统具有单机容量大、体积小、重量轻、起动平滑性好、调速范围宽、精度高和安全可靠性高等优点。本文主要介绍该系统的硬件电路设计、保护电路的设计和系统的工作原理。 根据课题的设计要求，本系统从主电路结构的选择和计算、控制方案的选择、保护电路的设计和系统的动静态特性的分析计算等方面出发，进行矿井直流提升机电控系统的设计。该系统能完成对矿井直流提升机的起动、加速运行、匀速运行、减速运行和回馈制动的控制，并且可以实现提升机的四象限运行。 关键词：提升机电控系统磁场可逆逻辑无环流
ABSTRACT The mine DC hoist electric control system consists of the DC motor, drum, brake system, in-depth instruction systems, gun systems and operating systems and so on. With the traditional mechanical and electrical control system upgrade; this system has a single large capacity, small size, light weight, a good smooth start-up feature, high precision and high security and reliability. This paper describes hardware circuit design, protection circuit design and the working principle of the system. In accordance with the design requirements of the subject, the design of the mine DC hoist electric control system is from the choice and calculation of the main circuit of the system, the choice of the control program, the design of the protection system and system analysis and calculation of static and dynamic characteristics. The system is able to complete the start, the running of speed up, uniform running, deceleration running and feedback control, furthermore it can run in the four quadrants. Key words：Hoist The electric control system Reversible magnetic field The logic of non-circulation
隔爆兼本安型全数字矿井提升机 变频调速电控系统 技术培训 一、目录 ?系统概述 ?系统组成 ?变频调速系统 ?PLC控制系统 ?提升信号系统 一、系统概述 1 ,变频绞车 煤矿井下斜井绞车，以前主要是以交流异步电机转子串电阻调速绞车 (电气拖动）,液压绞车(液压拖动)等几种方式为主，但这些设备在安全可 靠性、调速、节能、操作、维护等方面都不同程度的存在缺陷。 串电阻调速主要缺陷有: 1),属于有级调速, 开环运行,因而调速精度低,特别是在出现负力提升 时,要由司机判断速度来人为投入低频或动力制动装置,因而很不安全。 2),转子串入附加电阻后，电机机械特性很软，低速运行时负载稍有变 化转速波动很大。 3),电机低速运行时效率很低，电动机电磁功率中的转差功率全部转化 为转子回路中的铜耗以发热的形式消耗掉，浪费了大量的电能。 4),由于电机转子回路串有大量金属电阻,在运行中电阻散发出大量热 量，造成电阻箱变形失爆。 5),安装大量的金属电阻,大大增加了电控峒室的面积,也大大增加了峒 室的开拓费用。 液压绞车在一定程度上解决了串电阻调速的缺点,但是在使用过程中,发现液压绞车易漏油,噪声大,传动效率低,维修工作量大,液压马达故障率高等问题,这些问题都造成系统后期的运行费用很高,因而液压绞车并不是煤矿安全生产的最佳产品。 防爆变频绞车的问世,使矿井提升机的装备水平发生了质的变化。目前变频绞车已成为市场的主导产品，其主要特点如下： 1),结构紧凑、体积小、移动方便、用于矿山井下可节省大量开拓费用。 2),安全防爆,适用于煤矿井下等含有煤尘，瓦斯或其它易燃易爆气体的场所。 3),变频绞车是以全数字变频调速为基础,以矢量控制技术为核心，使异步电机的调速性能可以与直流电机相媲美。表现在低频转矩大、调速平滑、调速范围广、精度高、节能明显等。 4),采用双PLC控制系统,使斜井绞车的控制性能和安全性能更加完善。 5),操作简单、运行安全稳定、故障率低、基本免维护 2 ,用途及适用范围 变频绞车电控系统,适用于交流异步电动机(绕线型或鼠笼型)驱动的单滚筒或双滚筒缠绕式绞车。既可以与新安装的绞车配套使用,也适合于对老绞车电控系统的技术改造。 变频绞车电控设备适用于以下场所： 1),海拔高度不超过1000米,如超过这个海拔高度,元器件在功率、容量方面应按海拔高度的增加,适当降容使用。
矿用提升机电控装置通用安全要求 （试行） 1 产品名称型号 名称：提升机电控装置 型号：ZTK□ Z－装置类，T－提升，K－电控、□－产品设计序号，如（A）、（B）等。 2 主要技术指标 应包括以下技术指标： 电控箱额定输入电流、额定输入电压； 3 基本组成 矿用提升机电控装置一般由矿用可编程控制箱、操作台、显示屏、速度传感器、行程开关、压力传感器等组成。产品企业标准中应列出各组成部件的名称、型号。 4 主要安全技术要求 4.1 基本要求 4.1.1 装置的控制核心应包含两套PLC系统和两套测速装置。其中一套PLC系统及测速装置用来完成提升机的主控功能，另一套用来完成提升机的监控功能。两套PLC系统通过实时数据交换，完成相互监控。两套PLC的开关量输入端口不少于38个。开关量输出端口应根据矿用操作台显示方式的不同分别加以规定，但不应少于20个。模拟量输入通道数不少于5路，模拟量输出通道数不少于5路。 4.1.2 装置中的“安全回路”应采用硬软件冗余设计和“双线制”设计。硬软件“安全回路”应相互闭锁，同时动作。重大故障如过卷、超速、限速、减速等应采用多
4.1.3 装置除应具备正常操作功能外，还应具备检修控制方式。装置应能对提升机安全保护功能进行模拟测试。 4.1.4 装置应能具备提升机的行程监控（行程保护、位置控制）和速度监控（速度保护和速度控制）功能。应具备测速装置之间的相互监控。 4.1.5 装置应具备《煤矿安全规程》规定提升机系统必须具备的各种保护功能。 4.1.6 装置应能对调速系统实行速度控制与故障监控。 4.1.7 装置应能实现与提升机信号系统之间的相互闭锁。 4.1.8 装置应能满足提升机制动系统中工作闸与安全闸的控制与保护要求。 4.1.9 装置应具备直接对提升机辅助设备如制动油泵、润滑油泵、主电机风机等的控制功能，同时宜具有对这些设备的供电、保护功能。 4.1.10 装置应具备与前级馈电开关的闭锁功能。 4.1.11 装置应具有完备的显示功能。如对提升机的行程、速度、电机电流、电机温度、工作闸电流、制动油压及各种故障与运行状态进行显示，还应具有故障记忆功能及提升机速度、电流趋势图显示功能。 4.2 电气联锁 产品标准中应保证产品能全面地保护提升机安全运行。 4.2.1 手柄零位与安全回路联锁：只有制动手柄和主令手柄都在零位时，安全回路才能复位； 4.2.2 允许开车信号与提升机开车回路联锁：不发“允许开车”信号，提升机不能启动； 4.2.3 信号系统紧急停车与安全回路联锁：信号系统按下紧急停车按钮后，提升机应实施安全制动； 4.2.4 液压站故障与提升机开车回路联锁：液压站出现过温等故障时，应有报警显示，完成本次提升后，自动锁定； 4.2.5 润滑站故障与提升机开车回路联锁：润滑站过压、欠压或过温时，应有报警显示，完成本次提升后，自动锁定； 4.2.6 主电机等设备过温时，应有报警显示，完成本次提升后，自动锁定； 4.2.7 制动闸间隙超标时，应有声光报警显示,完成本次提升后，自动锁定；4.2.8 过卷方向与开车方向闭锁：提升容器过卷时，提升机只能向过卷的反方向
某煤矿变频提升电控系统改造方案 一、引言 湖南某煤矿4 矿提升机系统现有主井提升电控系统均为交流绕线式电机转子串电阻调速控制系统。这种系统属于有级调速，低速转矩小，转差功率大，启动电流和换档电流冲击大，中高速运行振动大，制动不安全不可靠，对再生能量处理不力，低速运行到终点时易出现“过卷”现象，故障率高，运行效率低等缺点，矿用生产是24 小时连续作业，即使短时间的停机维修也会给生产带来很大损失。集团公司领导下决心对该提升机电控系统进行改造。 因此该煤矿提升机系统拟对原有提升控制系统进行变频改造，改造后的系统采用变频调速控制，针对此低压变频改造工程，武汉市通益电气有限公司通过对生产工艺流程、现场使用条件的充分调研和反复研讨、论证，认为采用武汉市通益电气有限公司生产的 TYCHON系列高压变频器完 全能满足要求，制定出如下技术方案，此方案具有以下特点： 优良的调速性能，可完全满足生产工艺要求； 良好的节能效果，可提高系统运行效率； 实现电机软启动，减小启动冲击，降低维护费用，延长设备使用寿命； 系统安全、可靠，确保负载连续运行； 控制方便、灵活，自动化水平高，可以灵活的扩充上位机，方便实现DCS空制； 纤小的设备体积，可以有效的缩小设备占地面积，便于集中控制。 二、对高压变频器的要求由于提升类负载对变频器有着不少特殊的要求，所以一般 普通变频器不可能直接用到提升机上。提升机对变频器要求有以下主要特点： （1）要求可靠性高； （2）要求能实现四象限运行，解决能量回馈； （3）要求有完善的数字控制功能； （4）技术指标要求高（例如启动转矩 2 倍以上，150%额定电流以下连续运行，200%额定电流 一分钟保护）； （5）要求适应恶劣的使用环境； （6）要求标准的数字通信接口； （7）运行速度曲线成S形，加减速平滑。 三、原矿山提升机调速系统简介该煤矿4矿提升机系统现有主井提升电控系统均为 交流绕线式电机转子串电阻调速控制系统。 设备存在的问题突出表现在： （1）串联电阻调速，其调速呈跳跃状有级调速，使得减速机齿轮，天轮，矿车与轨道之间，在加减速运行阶段均受到冲击力的作用，使设备易损坏，钢丝绳易疲劳，导致维修量大，检修费用增加。如2007 年年终检修中发现：一矿地面绞车减速箱三档低速齿因受巨大冲击力矩使齿轮崩裂；四矿地面绞车减速箱一档高速齿轮轴齿尖崩裂；仅此两项维修材料费用高达45 万元。 （2）串联电阻调速，使得矿车起动，调速，减速或长时间开慢车时，大部分电能白白消耗在电阻器上；当电动机在电压下降时，力矩下降，转差率增大，如发生斜井掉道时，绞车难以启动，易发生溜车事故，如处理不当极易发生人身伤亡事故。 (3)能耗高，低速时机械特性软。因为转速的降低是通过转子外接电阻消耗能量来实现的，并且转速越低，机械特性越软，消耗在电阻中的能量比例越大。
矿用提升机电控装置通用安全要求 1 产品名称型号 名称：提升机电控装置 型号：ZTK□ Z－装置类，T－提升，K－电控，□--传动系统：直流（Z）、变频（P）、交流（J）。 2 主要技术指标 应包括以下技术指标： 电控装置额定输入电流、额定输入电压；适应电机功率等。 3 适用范围及基本组成 矿用提升机电控装置适用于非防爆要求的煤矿、金属和非金属矿山场所中单绳缠绕式和多绳摩擦式矿用提升机。 矿用提升机电控装置一般由传动装置、操作台、显示屏、速度传感器、行程开关、压力传感器等组成。产品企业标准中应列出各组成部件的名称、型号。 （因为有的厂家可编程不单独装箱，可编程控制箱不做硬性规定） 4 主要安全技术要求 4.1 基本要求 4.1.1 装置的控制核心应包含两套PLC系统和两套测速装置。其中一套PLC系统及测速装置用来完成提升机的主控功能，另一套用来完成提升机的监控功能。两套PLC系统通过实时数据交换，完成相互监控。两套PLC的开关量输入端口不少于38个。开关量输出端口应根据矿用操作台显示方式的不同分别加以规定，
但不应少于20个。模拟量输入通道数不少于5路，模拟量输出通道数不少于5路。 4.1.2 装置中的“安全回路”应采用硬软件冗余设计和“双线制”设计。硬软件“安全回路”应相互闭锁，同时动作。重大故障如过卷、超速、限速、减速等应采用多重保护，并具有失电断开特性。 4.1.3 装置除应具备正常操作功能外，还应具备检修控制方式。装置应能对提升机安全保护功能进行模拟测试。 4.1.4 装置应能具备提升机的行程监控（行程保护、位置控制）和速度监控（速度保护和速度控制）功能。应具备测速装置之间的相互监控。 4.1.5 装置应具备《煤矿安全规程》规定提升机系统必须具备的各种保护功能。 4.1.6 装置应能对调速系统实行速度控制与故障监控。 4.1.7 装置应能实现与提升机信号系统之间的相互闭锁。 4.1.8 装置应能满足提升机制动系统中工作闸与安全闸的控制与保护要求。 4.1.9 装置应具备直接对提升机辅助设备如制动油泵、润滑油泵、主电机风机等的控制功能，同时宜具有对这些设备的供电、保护功能。 4.1.10 装置应具备与前级馈电开关的闭锁功能（失压保护）。 4.1.11 装置应具有完备的显示功能。如对提升机的行程、速度、电机电流、电机温度、工作闸电流、供电电源电压、制动油压及各种故障与运行状态进行显示，还应具有故障记忆功能及提升机速度、工作闸电流、电流趋势图显示等功能。 4.2 电气联锁 产品标准中应保证产品能全面地保护提升机安全运行。 4.2.1 手柄零位与安全回路联锁：只有制动手柄和主令手柄都在零位时，安全回
本科生毕业设计（论文） 题目：矿井提升机电控制系统设计 学生姓名： 系别： 专业年级： 指导教师： 2011年 6 月 20 日
摘要 煤矿矿井提升机是煤矿的重要设备，随着计算机和PLC技术的不断进步，采用先进的控制技术来改造传统矿山行业的传统控制系统，从而使矿井提升机的控制性能得到很大的改善，其控制系统的技术性能和可靠性直接影响煤矿的安全生产。本文采用PLC技术对TKD-A电控系统进行改造，保持原操作方式、按钮、开关、主令控制器作用不变，使用户使用方便，不需要适应期。同时可以利用PLC的高速计数功能、信号显示功能等来增加一些新的控制功能，系统安全性也将大大提高，运行更加平稳、准确。改造后的系统能够满足矿山生产的苛刻要求，而且投资相对较少，性价比较高，具有很强的实用价值。 关键词：矿井提升机；PLC；电控系统
ABSTRACT Mine hoist is a important equipment in mining operation，with the development of computer science and PLC technology，advanced electronic controlling technology has been applied in control system upgrading .The technical performance and reliability of the mine hoist control system directly relate to the mine production safety.The paper presents a innovative design，which integrates the PLC technology into the TKD-A system while keeps its original operation mode，buttons，switches and master controller.This will be convenient for user's operation and utilize PLC high speed counting function and signal indication function.The new design will greatly improve the system safety.The modified TKD-A system can run in a more stable and accurate condition and meet strict requirements of practical mine production.Extra investment of the new system is comparatively small.Therefore，it is a kinds of cost effective design，which deserve to be generalized. Key words: Shaft hoist ；PLC ；Electrically controlled system
提升机电气控制十大安全保护 矿井提升PLC可编程电控系统是一个典型而复杂的控制和系统。目前，北京企宜同创、洛阳源创、中信自动化、天津深蓝等生产提升PLC电控系统厂家，在集团内部矿山采用。笔者通过参加集团公司检查，发现提升机PLC电控系统保护装置的设置因厂家不同而存在差异，有很大的随意性，国家无相关的标准设计规范。 1.提升机PLC可编程电控系统的组成原则 利用PLC可编程控制器为控制核心的提升机电控系统应设置为双线制。笔者认为，电控系统具备两台可编程控制器不能就单纯地称双线制，提升机可编程电控系统应符合以下组成原则： （1）组成双线制的两部可编程序控制器应相互补充、互相独立、互为备用。即正常时两台可编程器并列运行，其中一台可编程控制器故障时，另一部可编程控制器能够独立运行，完成提升任务。两台可编程控制器各有一套输出接口，能够相互切换。但是，两台可编程控制器有两套安全回路接点串联，单台运行时，另一台的安全回路自动屏蔽。现在，国内提升机电控均不能满足此种要求： （2）双线制的两台可编程控制器不应有过多的共享数据。对于一台可编程控制器故障后，通过简单外部设置应能够屏蔽数据，同时，可以屏蔽通信协议。对于利用可编程控制器组成局域岗的电控系统，通信协议还可重新自动设置。 （3）可编程控制器的最大优点就是利用计算机技术取代了模拟量和时间继电器减少了调试环节，增加了控制的灵活性，减少了现场布线。但是，对于一个些外部开关器什形成的保护接点不应接入可编程控制器，而应直接接入实际控制回路。无需调节的接点经过可编程控制器“二传手”控制，往往会发生不必要的事故。为增强显示功能，外部开关器件可提供多对接点，其中一对接点输入至可编程控制器。 2《煤矿安全规程》（2001版）要求的九大保护装置 （1）防止过卷装置 防止过卷装置应设置为四线制，即可编程电控系统主控机、监控制分别由各自获得的脉冲行程计算出一个过卷保护点，输出串接于内部安全回路；同时井架和深度指示器又各自形成两套实际过卷装置，其接点直接串接于外部安全回路中。大部分矿井都将实际过卷接点输入至可编程控制器，然后返回控制，笔者认为不可取，原则上，四线制过卷保护装置过卷数据应以到位点为累加数据基础点，不应全行程进行累加。受深度指示器螺杆传动误差影
基于PLC的矿井提升机控制系统设计
基于PLC的矿井提升机控制系统设计 2010-2-9 20:25:00 来源： 1 引言目前，我国绝大部分矿井提升机（超过70% ）采用传统的交流提升机电控系统（tkd-a 为代表）。tkd控制系统是由继电器逻辑电路、大型空气接触器、测速发电机等组成的有触点控制系统。经过多年的发展，tkd-a系列提升机电控系统虽然已经形成了自己的特点，然而其不足之处也显而易见，它的电气线路过于复杂化，系统中间继电器、电气接点、电气联线多，造成提升机因电气故障停车事故不断发生。采用plc技术的新型电控系统都已较成功的应用于矿井提升实践，并取得了较好的运行经验，克服了传统电控系统的缺陷，代表着交流矿井提升机电控技术发展的趋势。 2 总体设计方案基于plc技术的矿井交流提升机电控系统控制电路组成结构如图1所示，要由以下5部分组成：高压主电路（包括高压换向器、电动机、启动柜、动力制动电源）、主控plc电路、提升行程检测与显示电路、提升速度检测、提升信号电路，其中高压主电路部分仍采用传统的继电器控制电路。 图1 矿井交流提升机 电控系统框图 工作过程：当井口或井底通过信号通信电路发出开车信号后，开车条件具备。司机将制动手柄向前推离紧闸位置，主电动机松闸。司机将主令控制器的操作手柄推向正向（或反向）极端位置，主控plc通过程序控制高压换向器首先得电，使高压信号送入主电动机定子绕组，主电动机接入全部转子电阻启动，然后依次切除8段电阻，实现自动加速，最后运行在自然机械特性上。交流提升机运行时，旋转编码器跟随主电动机转动，输出2列a/b相脉冲，分别接到主控plc的高速计数器hsc0的a/b相脉冲输入端，由主控plc根据a/b脉冲的相位关系，自动确定hsc0的加、减计数方式。根据hsc0的计数值，就可以计算出提升行程并显示。同时只根据旋转编码器输出的a相脉冲，主控plc进行加计数。根据hsc1在恒定间隔时间内的计数值，就可以计算出提升速度。 3 硬件设计 3.1 提升机主回路部分设计主回路用于供给提升电动机电源，实现失压、过流保护，控制电机的转向和调节转速。主回路由高压开关柜、高压换向器的常开触头、动力制动接触器的常开主触头、动力制动电源装置、提升电动机、电机转子电阻、加速接触器的常开主触头（1jc～8jc）和装在司机操作台上的指示电流表和电压表等组成。系统原理图如图2所示。
Safety is the goal, prevention is the means, and achieving or realizing the goal of safety is the basic connotation of safety prevention. （安全管理） 单位：___________________ 姓名：___________________ 日期：___________________ 焦作华飞提升机电控系统的安全 保护(最新版)
焦作华飞提升机电控系统的安全保护(最新 版) 导语：做好准备和保护，以应付攻击或者避免受害，从而使被保护对象处于没有危险、不受侵害、不出现事故的安全状态。显而易见，安全是目的，防范是手段，通过防范的手段达到或实现安全的目的，就是安全防范的基本内涵。 矿井提升机承担矿物提升、人员上下、材料运输等重大任务，它是整个矿井的枢纽，矿井提升电控是提升机的控制中心，控制系统的性能直接影响提升效率和安全，它是一个典型而复杂的控制系统。焦作华飞生产提升机电控系统著称，在这里面，可编程序控制器的作用可以说是表现得淋漓尽致，我们以可编程控制器为控制核心，建立安全回路双线制保护系统，在运行过程中有极高的可靠性和安全性。下面就安全保护的实现做简单的介绍： （1)高压断路器联锁保护高压断路器联锁保护为电源馈电柜过负荷和低电压保护的联锁，断路器常开点直接串联于安全回路，电源跳闸时动作于外部安全回路。高压换向柜门闭锁开关及紧急制动保护为防止工作人员误操作和特殊状况下司机采取紧急措施，高压换向柜门闭锁开关常开点和脚踏紧急制动开关常闭点串接于高压断路器失压回路，高压断路器跳闸后动作于外部安全回路。