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煤矿提升机的电力拖动与控制系统能源环境煤矿提升机的电力拖动与控制系统辽源职业技术学院(吉林辽源) 葛立臣【摘要】本文主要阐述了煤矿矿井提升机电力拖动控制装置的要求，提出了提升机的电力拖动与控制系统的方案，尤其是晶闸管—电动机直流拖动可逆提升电控系统和交—交变频交流拖动可逆提升电控系统。
【关键词】提升机；电力拖动；控制系统1、提升机电力拖动控制装置的要求煤矿矿井提升机电控系统技术的性能，对矿井生产的效率和安全有直接影响。
煤矿技术人员要把握提升机电控系统原理，提升机对电控系统的要求，及各种电气传动方案的特点。
矿井提升有正向提升和反向提升，对不同水平的提升，每次提升循环容器的上升或下降的运动距离一般是相同的，也会出现不同情况。
每次提升都要经过启动、加速、等速、减速、爬行至停车的运行过程，提升机对电控系统有以下基本要求：（1）满足四个象限运行要求提升机正向提升，拖动电动机运行在Ⅰ象限。
但在减速下放时，若是正力减速，拖动电动机也运行在Ⅰ象限；而若负力减速，拖动电动机就运行在Ⅰ象限。
在提升机反向提升时，拖动电动机工作在Ⅰ和Ⅰ象限。
所以，提升机的运行要能满足四象限的运行要求。
（2）平滑调节速度，还要有较高的调节精度电控系统必须能满足运送物料，达到额定速度、运送人员要求不高于额定速度，要求提升机电控系统平滑连续调节运行速度。
为在不同负载下减速段的距离误差尽量地小，提升机的静差率越小越好，这样，能使爬行段距离尽量设计得小，减少低速爬行段的时间，缩短提升周期，提高提升能力。
（3）要有准确可靠的速度给定装置电控系统加减速时要平稳。
矿井提升机的加速度、减速度要按照《煤矿安全规程》进行限制。
立井在提人时加、减速度都不得超过0.75m/s2；在斜井提人时加速度和减速度都不可超过0.5m/s2。
限制加速度是为减少人对加减速度的不适反应程度，降低提升机加速时的电流冲击，提高提升设备的使用寿命。
矿井提升机系统是控制系统，提升容器在井筒中的哪些位置应加速、等速、减速、爬行都要按规范要求操作。
矿井TKD式电控提升机交流拖动技术改造L.S.H2010年12月26日Saturday前言针对国内矿山生产开发使用的一些工程设备，基本采用矿山矿井提升机的模式。
我国矿山的特色之一是中小型矿山占绝大多数。
矿井提升机交流拖动采用绕线式交流电动机通用转子外加金属电阻进行调速。
具有方法简单、产品价格低、现场工人和技术人员容易掌握等优点。
所以这种提升机电控还要在我国使用相当长的时间。
这种电控形式的提升机占90%左右。
进一步改造这种交流提升机电控是十分必要的。
我们就如下使用较为广泛的电控系统做阐述。
一、示例就目前使用比较多的电控系统TRD-A2-1286系统说明如下：1、主回路。
如图：电动机定子回路和主回路2、转子回路。
如图：3、安全回路。
如图：4、测速发电机回路。
如图：5、控制回路。
如图：6、辅助回路。
如图：7、转子接触器延时继电器回路。
如图：控制线路的运行简述：各种提升系统的运行一般可分为起动、加速、等速、减速、爬行、停车等几个阶段。
在运行的各个阶段中，根据负载和运行方向的不同以及力图和速度图的计算，一般有以下几种基本运行方式：1.正力加速-等速运转-负力减速；2.正力加速-等速运转-正力减速；3.正力加速-发电制动运转-负力减速；4.脚踏动力制动；5.低速电动运动（验绳）。
带动力制动装置的提升机电控系统，可以满足上述几种运行方式，减速阶段正力和负力减速的转换由开关2HK实现，其他运行方式的转换，由控制线路的动作完成。
二、当前这种控制系统存在的优缺点：这类拖动也就是我们常说的交流拖动。
它是在转子回路内接入一定的电阻，达起动（分8级和5级）及配合机械闸调速目的。
这种拖动方式投资小、技术简单、用户易于掌握。
目前还有广大的市场，但这种拖动方式技术落后、效率低、可靠性差需要技术改造。
三、具体对这种电控系统技术的改造方案就我们国家的情况来说，交流拖动提升机电控还有广大的市场。
在我国部分矿山，尤其是中小型矿井技术经济力量不足。
矿井提升机交流拖动系统摘要：本装置主回路由三相交流电供电，用以对JKD1850*4提升机的主电动机供电。
主电动机采用交流电动机，400W，440V，975A。
调速方式为串电阻调速。
采用转速负反馈，在额定转速时，负载从10%变化到100%时转速偏差为额定转速的5%。
本装置按连续负荷性质考虑，能在各种负荷下平稳运行，在长期额定负荷下，允许150%额定负荷，持续时间约两分钟。
关键字：提升机主拖动电动机转子电阻控制系统主回路和控制回路矿井提升机系统简介：矿井提升机是矿山生产设备，提升机电控装置的技术性能，既直接影响矿山的生产的效率及安全，又代表着矿井提升机发展的整体水平。
矿井提升机，从电力拖动而言，可分为交流拖动和直流拖动两大类。
交流拖动系统结构简单，坚固而耐用，建筑面积小，维护方便，运行可靠，价格低，设备供货容易，安装调试周期短等优点。
主要缺点是启动阶段电能损耗大。
在调速方面性能，交流拖动系统一般不如直流拖动系统优越，但选用了动力制动、低频制动、可调机械闸、负载测量、计量装载等辅助装置后，交流拖动系统亦可以达到满意的调速性能。
综合以上的原因，交流拖动系统在我国中小型矿山或中等深度以下矿井获得了广泛的应用。
矿井提升系统的类型很多，按被提升对象分:主井提升、副井提升;按井筒的提升道角度分:竖井和斜井;按提升容器分:箕斗提升、笼提升、矿车提升;按提升类型分:单绳缠绕式和多绳摩擦式等。
我国常用的矿用提升机主要是单绳缠绕式和多绳摩擦式。
我国的矿井与世界上矿业较发达的国家相比，开采的井型较小、矿井提升高度较浅，煤矿用提升机较多，其他矿(如金属矿、非金属矿)则较少。
因此在20世纪60年代开始单绳缠绕式矿井提升机采用较多。
目前我国提升机90%以上均采用交流绕线式异步电动机的拖动方式，其电控系统用于单绳缠绕式提升机的有TKD系列，多绳磨擦式提升机的有JKM、幻J 系列。
这几种提升机通常在电动机转子回路中串接附加电阻进行起动和调速。
矿井提升机系统介绍概述矿井提升机系统是在矿井中用于垂直运输物料的设备。
它在矿井中起到了重要的作用，能够高效地将矿石、煤炭等物料从井下运输到地面，实现了矿产资源的高效利用。
本文将介绍矿井提升机系统的组成部分、工作原理、安全措施以及维护保养等内容。
组成部分矿井提升机系统主要由提升机、导轨、钢丝绳、驱动装置、制动系统和安全装置等组成。
提升机是矿井提升机系统的核心部件，负责将物料从井下提升到地面或从地面下降到井下。
它通常由提升机座、提升机门、提升机盘、提升物料筒等部分组成。
导轨导轨是提升机的轨道，用于引导提升机的上下运动。
导轨通常由钢材制成，具有较高的强度和承载能力。
钢丝绳钢丝绳是提升机的传动装置，用于将提升机与驱动装置连接起来。
它由多股钢丝绳并股制成，具有较高的强度和耐磨性。
驱动装置驱动装置是提升机的动力源，通常采用电动机或液压系统驱动，用于提供提升机的动力和控制上下运动。
制动系统是提升机的安全装置，用于控制提升机的运动和停止。
它通常由制动器、制动电机、制动器操作系统等部分组成。
安全装置矿井提升机系统还配备了各种安全装置，如限速器、安全防止装置等，用于保障提升机的安全运行。
这些安全装置能够监测提升机的运行状态，并在出现异常情况时及时采取措施，防止事故的发生。
工作原理矿井提升机系统的工作原理是基于物料的重力和提升机的动力驱动。
当物料需要从井下提升到地面时，提升机门打开，并将物料放入提升机盘中。
然后，通过驱动装置提供的动力，驱动导轨上的提升机盘沿着导轨上升。
同时，钢丝绳与提升物料筒相连，使物料随着提升机的运动逐渐上升。
当提升机到达地面时，提升机门关闭，并将物料送到指定位置。
从地面下降到井下的工作原理与上升相同，只不过提升机的运动方向相反。
同时，为了保证提升机的安全运行，系统还配备了制动系统和安全装置，以应对异常情况。
安全措施矿井提升机系统是一种高危设备，为了保障工人的生命安全和设备的正常运行，需要采取一系列的安全措施。
煤矿提升运输系统1. 概述煤矿提升运输系统（Coal Mine Hoisting and Transport System）是煤矿生产过程中的关键设备之一。
该系统主要用于将煤矿中开采出的煤炭提升至地面，并通过运输设备将煤炭运送至指定区域。
本文将对煤矿提升运输系统的工作原理、主要组成部分以及常见问题与解决方案进行详细介绍。
2. 工作原理煤矿提升运输系统通过提升机将煤炭从井下运送至地面。
提升机由电机、滑轮、钢绳和提升筒等组成。
电机提供驱动力，滑轮起到传递力量的作用。
煤炭通过提升筒进入提升机，并通过钢绳的回转来提升到地面。
3. 主要组成部分煤矿提升运输系统包括以下几个主要组成部分：3.1 提升机提升机是煤矿提升运输系统的核心设备，其主要作用是将煤炭从井下提升至地面。
提升机通常由电机、滑轮、钢绳和提升筒等部件组成。
3.2 运输设备运输设备主要用于将提升上来的煤炭从提升机地方运送至指定地点。
常见的运输设备包括输送带、皮带运输机和卡车等。
3.3 控制系统控制系统用于对煤矿提升运输系统进行控制和监测。
通过控制系统，可以实现对提升机和运输设备的启停控制，以及对煤炭运输过程中的各种参数进行监测。
4. 常见问题与解决方案在使用煤矿提升运输系统的过程中，常会遇到以下问题：4.1 提升机故障由于提升机长时间运行，可能存在各种故障，例如电机故障、滑轮损坏等。
针对这些问题，可以定期进行设备维护保养，并及时处理故障，确保提升机的正常运行。
4.2 运输设备故障运输设备的故障也会影响煤炭的运输效率。
常见的故障有输送带断裂、皮带运输机堵塞等。
解决这些问题的方法包括定期检查设备状况，进行维护和清洁，及时处理故障。
4.3 控制系统故障控制系统是保证煤矿提升运输系统安全运行的关键，一旦发生故障，可能导致提升机无法正常启停或监测参数失效。
解决控制系统故障的方法包括定期检查系统硬件和软件，确保其正常运行，以及建立备用控制系统，以便及时恢复对煤矿提升运输系统的控制。
摘要矿井提升机是矿井运输的重要设备，是沟通矿井上下的纽带的。
矿井提升机的可靠运行直接关系到煤矿生产的安全，矿井提升机信号系统的可靠性和准确性是矿井提升和安全运输的重要保证。
本设计主要完成的矿井提升机信号系统设计和组态设计。
设计中运用PLC控制技术，PLC系统采用三菱公司的FX2N系列作为主控制器，对井口、井底、机房信号台进行信号联络。
组态设计使用WINCC完成，能够实现上位监控功能。
使用编程软件实现信号的联络。
采用PLC控制不但提高了信号传输的可靠性和准确性,而且具有极大的灵活性和扩展性。
在不改变系统硬件的前提下,仅靠改变PLC内部的程序就可满足用户要求。
有效地解决了信号系统中的远距离传输和可靠性问题。
整个控制系统自改造完成投入运行以来，运行平稳安全、节电效果十分显著，不但对提高矿山提升系统工业的现代化装备水平有推动作用，而且产生了显著的经济效果，极大地提高了煤矿的生产效率。
关键词：矿井提升机信号系统；PLC；上位监控; WINCCAbstractMine hoist is the importa nt equipment of transportation, it’s the links that throughout the mine. The reliability and accuracy of signal system of mine hoist is an important guarantee for the upgrading and safe transport.The completion of the design is the signal system of mine hoist and configuration design. PLC control use of the design of technology, PLC system uses Mitsubishi FX2N series as the main controller, to contact the wellhead, bottom, and the engine room system. WINCC completed configuration design, to achieve the top monitoring.The use of software programming signal contact PLC control not only improve the use of the signal transmission reliability and accuracy, but also has great flexibility and scalability. Without changing the system’s hardware, only change the pr ogram of PLC will meet user’s requirements. Effective solution to the signal system of long-distance transmission and reliability issues.The whole control system has run after self-alteration. The whole systemruns steadily and safely with efficient electrical effects. It has great promotionfunctions for industrial automatic equipments level in mine hoisting system, andachieves distinct economic effects and improves mine production efficiency.Keywords: signal system of mine hoist; PLC;the top monitoring; W INCC目录引言 (2)第1章矿井提升机系统简介 (2)1. 1矿井提升机的工作原理 (2)1. 2系统的基本构成及功能 (3)1.2.1 系统基本构成 (3)1.2.2 功能 (4)第2章可编程控制器简介 (5)2. 1PLC的由来 (6)2. 2PLC的优点 (6)2. 3PLC的应用领域 (7)2. 4PLC的工作原理 (8)2. 5PLC的编程语言 (11)第3章控制方案论证与选择 (12)3. 1可编程控制器与其它工业控制装置的比较 (12)3. 2系统总体设计思想 (15)3. 3方案的确立 (16)3. 4 通信系统的主要技术指标 (23)第4章硬件及控制系统设计……………………………………………………………… ..254. 1提升机主回路部分设计 (25)4. 2制动回路设计 (27)4. 3行程检测与显示 (28)4. 4主控PLC路设计 (30)4. 5 PLC控制软件设 (31)4. 6可编程控制系统的保护环节 (34)第5章系统调试软件和PLC程序设计 (36)5. 1系统调试软件GX Developer (36)5. 2PLC梯形图（附录一） (37)5. 3系统抗干扰措施 (37)第6章设计心得 (38)第7章致谢 (39)参考文献 (40)引言问题的提出：矿井提升机是联系井下与地面的重要工具。
煤矿提升机交流拖动系统简介
王守军
（淮南矿业集团生产部，安徽 淮南 232000）
摘要：大容量（≥3000kW）矿井提升机系统中传动方式多采用交流传动。
高性能交流传动方案主要有两种：交-交变频传动和交-直-交变频传动。
作为一种新型的高性能传动方式，交直交变频传动以其优越的调速性能、谐波污染小以及功率因数高等优点，在国内矿山提升系统中得到广泛使用。
关键词：煤矿提升机；交流拖动；电网谐波；交直交直接转矩控制系统；交交矢量控制
中图分类号：TD531 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）09-0151-02
直接转矩控制（DTC）技术是1985年德国鲁尔大学教授提出，1998年有瑞士ABB公司将直接转矩技术应用于变频器ACS1000上的交流调速传动的控制技术。
它通过检测电机定子电压和电流，计算电机的磁链和转矩，并根据与参考值比较所得的差值，实现磁链和转矩的直接控制。
从根本上解决了交交矢量控制（CYCLO）中的计算、控制复杂的问题。
目前该技术已成功地应用于矿山、冶金、船舶等工业领域。
一、交直交直接转矩与交交矢量控制原理比较
矢量控制也称磁场定向控制，其原理是将交流电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic，通过三相/二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1、Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换（d、q坐标），等效成同步旋转坐标系下的直流电IΦ1、IΦ2（IΦ1相当于直流电动机的励磁电流，IΦ2相当于与转矩成正比的电枢电流）,然后模仿对直流电动机的控制方法，实现对交流电动机的控制。
其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度、磁场两个分量解耦进行独立控制。
直接转矩控制与矢量控制不同，它不是通过控制电流、磁链等量来间接控制转矩，而是把转矩直接作为被控量来控制，它也不需要解耦电机模型，而是在静止的坐标系中通过检测直流电压和相电流，计算电机磁通和转矩的实际值，然后，经磁链和转矩的Band-Band控制产生PWM信号对逆变器的开关状态进行最佳控制，有很快的转矩响应速度和很高的速度及转矩控制精度。
二、系统组成结构比较
交直交直接转矩控制系统（DTC）与交交矢量控制（CYCLO）比较，交直交直接转矩控制（DTC）结构简单。
1．功率元件IGCT相模块采用无熔断器保护结构。
即便系统发生短路故障时，由于主回路断路器在60ms内能够分断电源，故功率元件模块无需使用熔断器保护。
2．无需功率补偿滤波器。
ARU整流侧控制原理基于直流电压调节和功率因数调节，系统功率因数
[4] 李昕．内河航道船舶定线制条件下的航标配布探讨[J]．
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作者简介：林忠秋（1975-），男，福建连江人，中铁二十四局福建公司工程师，研究方向：土木工程。
（责任编辑：文 森）
DOI:10.13535/ki.11-4406/n.2012.09.007
2012.03151
达1，动态可调，所以供电电网中无需设立功率补偿装置。
3．变压器数目减少。
交交变频单绕组电机主回路需要三台定子变压器，同等性能的交直交变频电机只需要一台定子变压器即可。
4．变压器容量大大减少，对同等电机功率，DTC 变压器的容量通常是交交变频变压器的50%。
低速时，电动机的输出功率因转速低而输出功率小，由于ARU直流侧电压高达4900V，而使得整流器的输出电流也小，所以变压器的输出电流就小，整流变压器发热量就小，这就使得交直交回路变压器的容量选型可以比交交的小的缘故。
三、对电网质量要求的比较
由于交直交直接转矩控制（DTC）在整个提升循环中，定子变压器线电压和线电流控制在相同相位，对电网而言，属于线性负荷，功率因数恒为1，因此，对电网没有无功功率要求，所需电网功率就是实际有功功率。
由于交直交直接转矩控制（DTC）系统不从电网消耗无功功率，因此，对电网造成的压降也非常小。
而交交变频提升机在启动阶段，无功功率为最大，需装设无功补偿及谐波吸收装置。
四、电网谐波的比较
交交矢量控制（CYCLO）系统的最大致命弱点是对电网产生谐波，这些谐波不仅包括特征频率，而且含有随速度变化的边频以及运行时由于触发脉冲不对称、无环流死时等因素影响而引入的旁频。
这大大增加了谐波治理的难度。
而对交直交直接转矩控制（DTC）系统，不仅不产生电网谐波，而且吸收过滤电网上的谐波。
6脉动ARU整流器能够消除25次及以下谐波，12脉动ARU整流器能够消除55次及以下谐波，18脉动ARU整流器能够消除85次及以下谐波。
因此，交直交直接转矩控制（DTC）系统还适用于电网质量比较差的场合，如有谐波、压降大等。
五、动静态性能比较
交直交直接转矩控制（DTC）每25μs采样一次实际数据，估算电机模型，计算控制力矩，直接切换功率元件IGCT，控制响应时间为1～2ms左右，而PWM矢量控制（CYCLO）的力矩阶跃一般在10～20ms。
因此，交交矢量控制（CYCLO）的矿井提升机，大多会产生力矩汶波，导致共振频率。
采用Optimized switching angles PWM技术控制IGCT导通、关断的交直交直接转矩控制（DTC）系统则能消除力矩汶波，避免机械共振。
在低速时，DTC使用了专利方案，包括：
1．力矩汶波控制。
专用软件通过调整力矩汶波频段，使力矩汶波最小化。
2．力矩前馈控制。
控制系统根据负载变化动态预测力矩，以获得更平滑的控制。
3．高性能的速度位置控制。
当速度设定为零速时，电机将保持绝对零速，由于编码器测量的位置也保持不变，以保证准确停车精度。
4．低的定子电流下降率。
一般情况下，速度很低时，系统将降容使用。
但DTC传动在低速甚至零速时，可短时输出100%额定电流，连续输出70%的额定电流。
这是软件通过特殊的切换技术来平衡定子相间电流来实现的。
六、技术前景
新技术及新器件的发展趋势，要求交流传动系统具有主动前端（AFE）技术, 以减少对电网的影响，几乎所有的国内外传动公司，都已投资研发带主动前端技术（Active Front End）的传动系统，如ABB， Siemens。
这样，Cyclo-交交变频传动系统将退出新系统的市场，技术及产品支持将会越来越少，从而大大增加提升机系统的维护费用。
交直交直接转矩控制（DTC）系统使用集成门极可换向晶闸管IGCT，采用无熔断器结构的相模块，结构简单。
逆变侧，使用直接转矩控制（DTC）技术，动静态控制性能高，能消除力矩汶波和机械共振。
整流侧，使用优化触发脉冲控制模式，不产生谐波，功率因数为1，无需功率补偿和谐波治理。
同时，进线侧设有IFU（INPUT FILTER UNIT）进线滤波单元能吸收过滤电网谐波，适用于电网质量较差的场合。
参考文献
[1] 李崇坚．交流同步电机调速系统[M]． 科学出版社，2007.
[2] 李玉瑾．多绳摩擦提升系统动力学研究与工程设计[M]．
煤炭工业出版社，2008.
[3] A BB培训大学．ACS6000基本操作与维护[M]．
作者简介：王守军（1979-），男，安徽淮南人，淮南矿业集团生产部工程师。
（责任编辑：文 森）
2012.03 152。
