提升机电气系统及其控制系统的改造

Ｓｅｒｉａｌ　Ｎｏ．４６３　Ｎｏｖｅｍｂｅｒ．２００７　矿业快报　ＥＸＰＲＥＳＳ　ＩＮＦＯＲＭＡＴ【ＯＮ　ＯＦ　ＭＩＮＩＮＧ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　总第４６３期　２００７年１１月第１１期　

ＴＫＤ系列矿井提升机的ＰＬＣ改造　

郭肃伟　（金川集团公司二矿区）　摘要：分析了矿井提升机对电控装置的要求，指出了用ＰＬＣ改造ＴＫＤ系列提升机的优点，给　出了ＰＬＣ系统的具体实现方法和组态，经现场安装、运行，表明ＰＬＣ系列准确、可靠。　关键词：提升机；电控；ＰＬＣ　中图分类号：ＴＤ５３４　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００９－５６８３（２００７）１１－００５０－０２　

１　前言　矿井提升机承担矿物的提升、人员的上下、材料　的运送等任务，是矿山大型关键设备，也是矿山生　产、基建任务完成的咽喉，而其电控系统动作的稳定　性更是关键，其技术性能和可靠性直接影响矿山的　安全生产和经济效益。目前金川公司各大矿山的提　升设备有相当部分还采用２０世纪７Ｏ年代的仿苏产　品，即ＴＫＤ系列卷扬机。该提升机电控系统的功能　实现大多依赖传统的ＴＫＤ机电控制线路。这种控　制方式由于采用了大量的继电器和接触器，体积大，　耗电多，维修量大，噪音也很大，备品备件的消耗大。　为此笔者依据提升机的ＴＫＤ原理，采用一种新的控　制模式，即：多ＰＬＣ冗余控制＋无触点加速柜（采用　可控硅）＋低频电源＋上位机监控，并且在流通筒　和导向轮上配置轴编码器，实现数字式闭环，并在　１６行副井、３Ｏ行东副井进行了实践，取得了较好的　效果。　２提升机对电控装置的要求及系统改造　提升机属往复运动的生产机械。对于单水平提　升，在每次提升循环中，容器上升或下降的运动距离　是相等的，对于像金川矿山这样的多水平提升系统，　每次提升循环，容器的运动距离不一定相同，因此对　电控装置提出下述要求。提升机及其电控装置的原　理框图见图１。　（１）要求满足四象限运行。要实现容器按不同　的需要运动，必须保证电气系统能够做到匀速、加　速、减速、爬行、停车等五阶段运行，也就是说电动机　必须根据负载的变化而自动地工作在正向电动、正　向制动、反向电动、反向制动，即满足四象限运行。　（２）平滑调速且调速精度高。提升系统要求电　

２００８年第６期　煤矿机电　・１Ｏ９・　

型号　

转速／ｒ・ｒａｉｎ　

动轮叶片／片　

２）异步电机　

型号　

额定电压／Ｖ　

额定电流／Ａ　额定功率／ｋＷ　

转速／ｒ・ｍｉｎ　

３）特征频率　电机旋转频－￣／Ｈｚ　

叶片旋转频率／Ｈｚ　

（２）风机测点布置　Ｋ４—７３—０２　Ｎｏ．２８Ｆ　

６００　１２（级数：１级）　

ＹＲ１　２５０—１０／ｌ４３０　

６０００　

１４５　

１２５０　

５９２　

９．８７　

ｌ１８．４　

风机测点布置见于图２。图中测点１与测点２处的轴承　

为滑动轴承；各测点测量时，取垂直（Ｖ）、水平（Ｈ）与轴向　

（Ａ）３个方向的振动信号。　

测点ｌ　测点２　测点３　

图２风机测点布置示意图　

（３）电机测点　

根据ＩＳＯ１０８１６—３：１９９８和ＧＢ／Ｔ６０７５．３－２００１标准：Ａ１表　

的刚性支承标准及Ａ１表中的振动位移均方根值中的边界值　

应乘以２　的规定，得出各测点的振动烈度，见于表１。　表１测点的振动烈度　

测点　测点１　测点２　测点３　方向　位移峰值／“ｍ　振动烈度／ｍｍ－ｓ　

注：Ｖ一垂直方向；Ｈ．水平方向；Ａ，轴向　

２利用频谱分析进行电机故障诊断　

由压电式加速度传感器从电机上拾取的加速度振动信　

号进行分析，采样频率为２０００Ｈｚ，数据长度取８Ｋ（１Ｋ＝１０２４　

点）。通过对电机轴承两端的测点１、测点２及测点３频谱图　象分析可知：风机测点１、测点２及测点３的振动位移峰值都　

处于Ａ区；测点１和测点２的轴向振动烈度处于Ｂ区，测点３　

的振动烈度值均小于２．３ｍｍ／ｓ，处于Ａ区。因此，从简易诊　

断来看，风机整体运行状态良好，但从电机两侧的测点１和　

测点２的轴向振动烈度来看，电机测点１和测点２处的滑动　

轴承或异步电机存在故障，可以得出以下结论：　（１）电机存在定子铁芯和定子线圈松动故障；　

（２）电机转子支承系统存在联接松动的早期故障；　

（３）测点２部位存在故障的可能性最大。　

３结论　

电机状态监测与故障诊断系统主要以ＬａｂｌＥＷ作为开发　工具，结合实际采集新的振动信号，利用频谱分析对电机进　

应用技术　●Ｉ　ＰＬＣ与变频器在矿井提升机控制系统改造中的应用　季学斌　（河南神火集团薛湖煤矿河南永城４７６６００）　［摘　要］针对煤矿老式矿井提升机原控制系统存在的问题，本文介绍了ＰＬＣ、变频器及触摸屏的特点，并对提升机电气控制系统的硬件和软件进行总体优　化设计。经实际实用，改造后的系统有效克服了提升机存在的缺陷，控制精度高，调速性能好　［关键词］可编程控制器触摸屏　变频器　提升机　中图分类号：ＴＮ７７　文献标识码：Ａ　文章编号：１１００９—９１４Ｘ（２０１０）１５—０３１９一Ｏｌ　前言　随着计算机技术、电力电子技术和微电子技术的迅猛发展，基于ＰＬＣ控　制的变频调速系统以其通信能力强、可靠性高、运行平稳、灵活性大、功　能强等特点，已广泛应用于电气传动领域。本研究以矿井提升机的变频调速　和以ＰＬＣ为核心的控制系统设计为例，说明ＰＬＣ控制系统和变频调速所具备的　优越性。　１问题的提出　矿井提升机是煤矿开采的重大装备，其主要任务是提升煤炭、运送人　员、设备和材料等。目前，我国很多煤矿的提升机控制系统采用继电器、接　触器、老式的时间继电器控制，通过改变转子回路串联的附加电阻来实现调　速。这种电气控制系统，由于继电器触点多、元器件多等因素，使该控制系　统故障率高、可靠性差、控制精度低而且硬件接线复杂、故障点难找，并　且由于安装使用年限过久，继电器及线路老化也比较严重，故障处理时间也较　其它提升机更为费时，严重制约矿井提升系统发挥其提升能力，影响煤矿的生　产效率的提高。　本文针对该系统的不足，将可编程序控制器、变频器控制技术、触摸屏　技术应用于矿井提升机控制系统中，使得提升机的整体特性得到较大提高，投　入运行后效果良好，运行稳定。　２矿井提升机电气控翩系统的改造要求　提升机电控系统由主控系统、调速系统、上位机监控系统等组成，提升　机电控系统构成如图１所示。　

图１提升机电控系统构成　提升机主控系统主要完成提升机由启动、加速、减速、爬行到停车整　个运行过程的逻辑控制即开关量控制。主控系统在控制过程中，要实时将提　升机运行中速度大小、电流情况等与其他控制子系统或监视系统进行交互，　共同完成对提升机的控制。　调速系统是控制系统的执行者，主电动机的启动、加速、减速、爬行　等动作，都由调速系统根据主控制系统发出的指令进行控制。在系统中，调速　＋２４Ｖ　Ｌ　－．电　．．　ｃ。Ｍ　＿　ＸＯ　ａＯ　＿｛塑卜一　矗动　ＸＩ　。Ｉ　—匿　■　ｚ　。２　＿｛　卜一　擅’　—　．－　。３　堕卜一　黉垒　ｏ．　厦＃　ＩＥ＃　＿　篓　蚕　：　塑　埘　兽　Ｑ７　＿｛璺　。　＿ｏ／ｏ＿　。　｝２ 暮　。　酉　／　一　一　垒捌　魁　ｌ　器　图２　ＰＬＣ硬件设计图　图３　ＰＬＣ程序流程图　系统主要由ＰＬＣ根据程序的运行情况进行控制。　上位机监控系统是指将提升机运行过程中系统的各种状态，如安全回路、　液压站、风机等的通断运行状态显示出来：将ＰＬＣ经常地故障进行统一显现，　并在其出现故障时发出警告信号。在本系统改造中，上位机监控先做为显示　用，并不参与控制。　３起重机电气控制系统硬件设计　本系统主要由ＰＬＣ和变频器来实现矿井提升机的运行各种功能。　３　１　ＰＬＣ控制部分　ＰＬＣ控制单元选用三菱ＦＸ２Ｎ系列，该系列可编程序控制器具有可靠性高、　抗干扰能力强等特点。ＦＸ２Ｎ系列ＰＬＣ具有运算功能强、控制精度高、扩展　容易、体积小、操作方便等优点。ＰＬＣ作为控制系统的核心部件，可对系　统进行管理，实现提升机与触摸屏之间的指令传递，向提升系统发出相应的指　令，从而改变控制系统的工作状态。ＰＬＣ外部接线如图２所示。　３　２变频控制系统　较之其他传动机械，矿井提升机对变频器有着更为苛刻的性能和安全上的　要求。三菱公司的ＦＲ—Ａ７４０系列变频器，自身具有齐全的保护功能，如过载，　过压，过流等都能及时报警及停止，减少了提升机故障，提高了安全性能。同　时三菱变频器也具有限流作用，可以减少启动时对电网冲击，有利于设备正常　运行。变频器接线端子有ＲＳ４８５通讯接口，配备相应的通讯模块，可通过ＰＬＣ　实现集中控制（设定运行频率、变频器控制命令、进行相关功能码参数的修　改，变频器故障信息及工作状态的监控等）。　３．３触摸屏系统　触摸屏是是新一代智能化的人机友好界面，它可在恶劣的工业环境中应　用，具有可靠性高、交互性好、与ＰＬＣ连接简便等特点。触摸屏主要用于　参数的设置、数据的显示和存储，成为代替普通或工控计算机作为人机界面　的良好选择。该设备还可多幅画面切换显示，显示图形、报警信息、历史　记录等。　本系统采用日本三菱公司的Ａ９６０ＧＯＴ触摸屏，下位机是ＰＬｃ，其任务是执行　程序，进行提升机变频调速控制。　４提升机电气控制系统软件设计　基于ＰＬＣ的变频调速系统软件设计主要包括两个功能模块：中断子程序模　块和故障处理子程序模块　其中主程序主要完成系统的初始化、自检、故　障诊断、调速系统控制等工作。　中断子程序主要完成超速保护、过卷、过载、松绳等保护工作。故　障处理子程序模块可以综合来自控制系统外围的故障信息和内部系统监视程　序检测到的故障信息，依据故障的不同类型，做出相应的处理，快速查找和排除　故障。ＰＬＣ系统控制流程图如图３所示　结语　经改造后的矿井提升机将可编程序控制器、变频器和触摸屏控制应用于　提升机控制系统中，表现出稳定、运行可靠、维护方便等优势，使得提升机　的整体特性得到较大提高，为企业生产带来了较好的经济效益。因此，该控制　系统的研究与应用具有较强的推广价值。　参考文献　［１］陈伯时．电力拖动自动控制系统［Ｍ］．上海．上海工业大学出版社，　ｌ９９１＿　［２］李勇等．触摸屏在提升机ＰＬＣ双线控制系统中的应用研究［Ｊ］．微计　算机信息，２００３，１９（６）．　［３］申红燕，任国锋．ＰＬＣ和触摸显示器在矿．井提升机控制系统中的应用　［Ｊ］．太原理工大学学报，２００４　３５（５）：６２６—６２７．　［４］郭月英．采用ＰＬＣ控制方式的矿井提升机．电控系统［Ｊ］．科技情报　开发与经济，２００５，，１５（１６）：２４０—２４１．　科技博览Ｉ

第4期(总第118期)

2008年12月同煤科技

TONG

MEIKEII-43

矿井提升机电控系统改造应注意的问题

王丽华

摘要介绍了矿井提升机电气控制系统由PLC替代TKD的技术改造中应注意的问题．给出了故障排除

的主要方法。

关键词提升机；安全监控；可靠性

中图分类号TD63'3文献标识码A

文章编号1000-4866(2008)04-0043—01

矿井提升机TKD型电气控制系统采用了大量的

继电器和接触器，体积大，耗电多，维修量大，噪音

也很大，同时备品备件消耗大，导致在实际运转中事

故率较高。大同煤矿集团公司正在大规模进行提升机

电气控制系统由PLC替代TKD的技术改造。改造后

的系统除能克服TKD系统的缺点外．其保护功能也

有了进一步扩展，可以实现工艺控制、行程控制等。

通过工作实践和理论分析．笔者对改造中易出现的问

题提出建议。

I熟悉新旧系统间的关系

由于每台矿井提升机的实际情况有所不同．而厂

家的电气原理控制图和说明书不是根据各个矿井提升

机的具体情况设计的。所以改造前必须根据提升机的

具体情况熟悉新旧系统间的关系。以防改造中出现差

错，延长改造时间，影响生产的正常进行。为此，厂

家要提前协助矿方熟悉设备实际线路、原理和新的电

控系统的关系．将各个回路的作用和控制线路的实际

走向搞清楚．为今后的安装和维修工作做好充分准

备。

2测试每一个重要元件

元器件是构成系统的基本单元．单个元器件的可

靠性直接关系到整个系统的可靠运行。如元器件之间

属于串联模型，系统中的任一元件发生故障(出现失

效)都会导致整个系统失效。随着系统规模的扩大及

功能增加，并考虑负载和温度偏离预定的条件，元器

件性能的离散性等．整个系统的可靠性将受到极大的

影响，因此一定要保证系统中元器件的质量。所以，

在安装时一定要检查单个元件的可靠性．保证安装后各个回路的可靠性，有效地节约施工时间。否则，在

试运转时会发生意想不到的事故．这样既浪费时间又

浪费精力。例如测试霍尔元件：首先给系统送上电