矿井掘进提升机电控系统的技术改造.docx
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矿井掘进提升机电控系统的技术改造
矿山矿井提升机交流拖动
电控系统的技术改造
华冶资源设备安装公司
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。
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
图1-1
2、转子回路。
如图:
图2-1
3、安全回路。
如图:
图3-1
4、测速发电机回路。
如图:
图4-1
5、控制回路。
如图:
图5-1
图5-2
6、辅助回路。
如图:
图6-1
图6-2
图6-3
7、转子接触器延时继电器回路。
如图:
图7-1
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。
虽然近几年矿井提升机晶闸管供电直流拖动方式有了很快的发展、运行可靠性有了很大的提高。
但与容量相同的交流传动电控相比,直流拖动在价格上要贵上4-5倍。
所以交流传动电控设备在相当长时期还将与直流系统共存。
因此有必要对交流电控系统进行如下技术改造:
1、基本控制单元电子模块化
就电控设备发展而言,把复杂的控制系统按功能划分为若干子系统、环节,把这些子系统、环节制成部件,使系统硬件简化,从而提高通用化、部件化、系统化,这就是发展方向。
提升机电控是由若干功能环节回路组成,可调闸、限速、动力(低频)制动的闭环控制、测速回路、延时继电器回路等,原来这些回路主要由磁力放大器、电磁继电器及管型电阻、磁盘电位等分元件组成,静动态性能差、维护使用不便。
根据功能环节研制相应的专用电子模块或装置,可以替代上述回路的作用,并且电控集成化提高、硬件配件简洁、电气性能优良、使用可靠、维护工作量小。
控制类模块有:
KTXS可调速闸限速模块,可以代替原磁放大器CF1、CF2环节;KTDL(P)动力(低频)制动控制模块,替代原磁放大器CF3环节等等。
另外还有一些保护模块,这些模块组成的提升机控制设备,可供高压、低压带动动力制动或低频制动,8级起动,单电动机、双电动机控制使用。
2、主回路改造
2-1主回路真空化
提升机主回路包括高压开关柜、高压换向器、转子接触器等几部分。
将真空器件应用到上述几部分完全取代过去空气式接触器、少油断路器,是新一代矿井提升机专用设备。
采用真空器件,具有设备体积小、噪声小、维护量小、节能增效、可靠性高等优点。
2-2转子晶闸管控制
转子晶闸管控制柜用于绕线转子异步电动机加转子外接金属电阻的情况下对电动机转子外接电阻的多少进行无触点控制,从而达到对电动机加速、等速、减速进行控制即调速的目的,被控电动机功率可以大于1000kW,既可与新安装的设备配套,也适合了对原空气接触器或真空接触器电控进行技术改造。
两只反并联晶闸管代替接触器的主触点具有以下优点:
具有足够的电压、电流余量,完全满足转子外接电阻在切换过程中的电压、电流容量的要求;没有必要的过电压、过电流保护措施,确保晶闸管长期可靠地稳定运行;无触点、无噪声、长寿命、无需维护;在切换电阻过程中,连续平稳,不会造成电动机电流的冲击,有利于延长电动机及主机设备的寿命;对老式空气接触器的改造过程中,不需重新布置转子电阻,也不必要换动力电缆。
3、采用PLC数字化技术、改造交流提升机电控控制方式
就计算机技术在工业现场应用情况而言,可编程控制器PLC是目前作为工业控制最理想的机型,它采用计算机技术、安照事先编好并存储在计算机内部一段程序来完成提升机的操作控制,采用PLC控制,硬件简洁、软件灵活性强、调试方便、维护量小,PLC技术已经广泛应用于各种提升机控制,配合一些提升机专用电子模块组成的提升机控制设备,可供控制高压带动力制动或低频制动,单、双机拖动等。
全数字动力制动电源装置采用原装进口全数字直流调试器作为核心部件具有以下优点:
硬件配置简单、调速简单、维护量小;主回路为三相全控桥,速度、电流双闭环;电流脉动小、调节平滑、制动力强、制动平稳;带模拟凸轮板速度给定信号,速度闭环不需要靠深度指示器上的限速凸轮板机构完成;带3只速度继电器1VJ、2VJ、3VJ,用于在制动过程中切换转子电阻以获得最佳的制动效果;有自诊断功能,能随时咨询对报警、运行状态、参数的综合诊断及监视信息;全数字动力制动电源自能与6kV和10kV,高压电动机配套使用。
全数字低频装置采用全数字变频器和逻辑无环流技术,省去有环流系统的3个环流电抗器,具有体积小、噪声低、空载损耗小等特点。
减速段速度条件采用低频发电制动方式,将系统的动能反馈给电网,与动力制动减速相比,不仅调速性能好、减速与爬行自然过渡,而且节能效果显著。
采用现代智能控制技术实现速度电流闭环调节,负力减速阶段在各种负载条件下均可严格按照给定的速度图运行,使交流拖动系统在减速段达到直流拖动系统的调速性能,减速段到爬升段过渡平滑。
由于装置优良的调节性能和发电状态的自然过渡,在提升系统的最大静张力差允许范围内均能实现正力减速与爬行、负力减速与爬行及验绳等多种工作方式,能满足主、副井提升的所有控制要求。
系统具有完善的自诊断功能,通过液晶显示器可以指示各种故障信息(70余种)、速度图和系统运行参数等,提高了系统的可靠性和可维护性,三相低频电源装置调节参数都可以通过操作面板按键完成,并通过液晶显示屏进行机或编码器的情况下,零速起动转矩达150%,确保低速爬行时的起动与运行特性。
技术参数如下:
输入电压380V(AC)、输出电压0~660V、输出频率1~4Hz,减速段频率从大到小连续变化,输出频率紧紧跟随给定频率,并且频率与电流值可以准确指示出来。
4、配用安全可靠的监控装置
为了提高系统的可靠性,必须对提升机各种物理量进行监控,例如速度。
还要对有关的控制单元的工作情况进行监视,一台可靠的监控装置是必不可少的。
4-1KTJC-S矿井提升机上位监控系统
该装置作为提升机监控系统,以IPC工业计算机为主机,配高分辨率彩显及打印机,可实现图表、汉字显示及打印,实时报警。
具有提升信号显示系统,综合后备保护。
重轻故障自诊断,深度、速度、压力等实时显示,提升机运行过程各类关键数据及施工过程记录、初步管理系统等方面功能,作为PLC的上位机,通过通信方式实现监控目的,可与PLC系列电控配套使用。
4-2KTMN全数字监控器
KTMN全数字监控器是利用先进的电子技术和元件,按照提升机运行的控制工艺,精心设计制造的全数字监控器,以取代原机械式监控器。
选用高性能的PLC作为全数字监控器的控制核心部件,行程开关的动作位置可按实际需要任意设定。
速度给定曲线设定后自动生成。
具有稳压滤波功能的UPS电源保证了监控器的外部停电情况下,能够真实检测提升机的位置。
配套使用的数字式深度指示器同时具有模拟粗针指示和数码指针功能。
全数字监控器采用模块化结构,控制参数设置方便灵活,适用于单绳、多绳、单水平、多水平的提升机系统。
4-3KTJC型智能监控装置
本装置以STD工业控制机为主机,配高分辨率彩显及打印机,可实现图标、汉字显示及打印,实时报警。
取代原机械式监控器、机械式深度指示器及速度表等功能。
可用于交流、直流提升机系统监控。
DPV型数字深度指示器是矿井提升机机电一体化专用电子部件,具有标准电平的并行接口电路和标准RS232C串行接口电路,可以方便的与可编程序控制器(PLC)或工业控制计算机等具有相应接口的控制装置配套使用,安装在操作台上作为提升器的粗度指示和精度指示。
五、小结:
近几年来,国外出现了不少新的拖动方式,如变频传动。
为解决提升机容量的扩大,直流电动机存在着极限容量的问题。
而交流电动机它没有这种容量限制,制造维护比较容易,是很有前途的一种拖动方式。
以上观点就是本人在多年矿井提升机系统安装与调试当中的一些见解。
有不足之处,敬请各位专家和同行进行指正交流。
我愿通过学习能弥补自己在技术当中的欠缺,同时为现代化的矿山生产增效奉献自己的一份微力。
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