摘要：通過對(duì)煤礦提升絞車電控系統(tǒng)技術(shù)革新的回顧，闡述了我國科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展和科技在推動(dòng)企業(yè)發(fā)展中的巨大作用。

　　關(guān)鍵詞：絞車電控,技術(shù)革新,系統(tǒng)

　　0 概述

　　絞車是煤礦的大型只要設(shè)備，也是煤礦所有設(shè)備中唯一需要調(diào)速運(yùn)行的設(shè)備，它擔(dān)負(fù)著煤礦人員與設(shè)備材料的提升。早期的煤礦提升絞車電控系統(tǒng)都是采用KKX或TKD電控系統(tǒng)，由于它在當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件下能夠滿足提升絞車的調(diào)速要求，因此，在煤礦中得到了廣泛的應(yīng)用，很多煤礦至今仍沿用這種控制系統(tǒng)。

　　九十年代中期，隨著自動(dòng)化控制等技術(shù)的成熟和發(fā)展，以PLC代替繼電器以及外圍電路、可控硅無觸點(diǎn)調(diào)速裝置代替交流接觸器的新一代提升絞車電控設(shè)備在焦作華飛公司誕生，它的問世大大簡化了原提升絞車的電控系統(tǒng)，使提升絞車的控制操作簡單化和智能化邁進(jìn)了一大步。目前，隨著控制技術(shù)、電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，好多廠家(如洛陽源創(chuàng)電氣有限公司、唐山開誠電控設(shè)備集團(tuán)有限責(zé)任公司)已經(jīng)研制出高低壓變頻調(diào)速裝置并將其成功應(yīng)用于煤礦提升絞車電控系統(tǒng)。下面就煤礦提升絞車電控系統(tǒng)的技術(shù)改進(jìn)過程作一綜述。

　　1 PLC技術(shù)的成功應(yīng)用

　　1.1 PLC概述

　　可編程控制器是專門為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一種通用控制器，是一種以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、通信技術(shù)和傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)而發(fā)展起來的新型工業(yè)控制裝置，具有結(jié)構(gòu)簡單、編程容易、體積小、使用靈活方便、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高等一系列優(yōu)點(diǎn)。近年來在工業(yè)生產(chǎn)的許多領(lǐng)域，如冶金、機(jī)械、電力、石油、煤炭、化工、輕紡、交通、食品、環(huán)保、輕工、建材等工業(yè)部門得到了廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為工業(yè)自動(dòng)化控制的三大支柱之一。

　　1.2 絞車電控采用PLC的優(yōu)勢(shì)

　　(1)簡化了系統(tǒng)。PLC與傳感器等器件配合后，完全代替了原TKD控制系統(tǒng)中的時(shí)間繼電器、磁放大器、自整角機(jī)、測速度發(fā)電機(jī)等部件，因此，減化了控制系統(tǒng)，減少了故障點(diǎn)，使維護(hù)變得簡單易行。

　　(2)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。可編程控制器是專為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的，在硬件和軟件電路設(shè)計(jì)方面都采用了屏蔽、濾波、隔離、故障診斷和自動(dòng)恢復(fù)等措施，使可編程控制器具有很強(qiáng)的抗干擾能力，其平均無故障時(shí)間達(dá)到(3—5)×l04h以上。

　　(3)編程直觀、簡單。可編程控制器是面向用戶、面向現(xiàn)場，考慮到大多數(shù)電氣技術(shù)人員熟悉電氣控制線路的特點(diǎn)，其編程所用的梯形圖語言與繼電器原理圖相類似，形象直觀，易學(xué)易懂。

　　(4)適應(yīng)性好。可編程控制器是通過程序?qū)崿F(xiàn)控制的，當(dāng)控制要求發(fā)生改變時(shí)，只要修改程序配置，組成規(guī)模不同、功能不同的控制系統(tǒng)即可，適應(yīng)能力非常強(qiáng)。

　　(5)增加了控制的科技含量。目前的可編程控制器具有數(shù)字量和模擬量的輸入輸出、邏輯和算術(shù)運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制、通信、人機(jī)對(duì)話、自檢、記錄和顯示等等功能，使設(shè)備控制水平大大提高。

　　2 可控硅無觸點(diǎn)加速接觸器及真空接觸器的應(yīng)用

　　TKD電控系統(tǒng)的高壓換向器、線路接觸器、加速接觸器等全采用的是大功率的空氣式交流接觸器，用于線路及電阻切換，這些元件存在一個(gè)共同缺點(diǎn)，就是電磁及機(jī)械噪聲大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、易損壞不可靠。經(jīng)過多年的研究和探索，焦作華飛等公司終于研制出高壓真空換向器和可控硅調(diào)速裝置，很好地解決了這一問題。

　　(1)高壓真空接觸器的使用。用高壓真空接觸器代替原空氣式高壓換向器、線路接觸器，并采用現(xiàn)場總線方式接收主控臺(tái)PLC發(fā)出的操作指令，實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的正反向切換和正常運(yùn)行控制。該接觸器以真空作為滅弧介質(zhì)，因此具有主電路電弧不外露、分?jǐn)嗄芰Υ蟆Ⅲw積小、重量輕、壽命長、低噪聲和安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。

　　(2)可控硅調(diào)速裝置的研制應(yīng)用。該裝置利用了可控硅(SCR)的開關(guān)特性，巧妙地替代了原系統(tǒng)的空氣式交流接觸器，同時(shí)采用現(xiàn)場總線方式接收主控臺(tái)PLC發(fā)出的操作指令，實(shí)現(xiàn)主電機(jī)轉(zhuǎn)子回路外接電阻的切換，其切換原理如圖1所示。該裝置有以下優(yōu)點(diǎn)： ’

　　①無觸點(diǎn)控制，運(yùn)行可靠，無噪音;

　　②優(yōu)良的動(dòng)、靜特性;

　　③結(jié)構(gòu)簡單，使用維護(hù)方便。　　

　　3 高壓變頻調(diào)速裝置的應(yīng)用

　　礦山提升絞車通過對(duì)控制電路的改造，減化了系統(tǒng)，降低了噪聲，維護(hù)方便，同時(shí)增加了系統(tǒng)的科技含量。但其機(jī)械特性及調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性等性能指標(biāo)并沒有改變。隨著控制技術(shù)、電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，一種數(shù)字、節(jié)能、智能化的絞車調(diào)速控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，那就是高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。

　　3.1 高壓變頻原理

　　隨著通用變頻器技術(shù)的日新月異和快速發(fā)展，高壓大功率變頻調(diào)速裝置也不斷地成熟起來，原來一直難于解決的高壓問題，近年來也隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展得到了很好的解決。

　　高壓變頻器類型和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較多，但原理和功能大同小異。根據(jù)有無直流環(huán)節(jié)將高壓變頻器分為兩大類：無直流環(huán)節(jié)的變頻器，即交一交變頻器和有直流環(huán)節(jié)的變頻器稱為交一直一交變頻器，其中直流環(huán)節(jié)采用大電感以平抑電流脈動(dòng)的變頻器稱為電流源型變頻器;直流環(huán)節(jié)采用大電容以抑制電壓波動(dòng)的變頻器則稱為電壓源型變頻器，煤礦提升絞車一般多采用IGBT單元串聯(lián)型變頻器。由于受功率器件(IGBT或GTo)耐壓的限制，高壓變頻器運(yùn)用了電壓疊加技術(shù)，輸出電壓由若干個(gè)低壓單元串聯(lián)而成，每個(gè)單元相當(dāng)于一個(gè)常壓變頻器，完全利用了通用變頻器的成熟技術(shù)和功率器件。各個(gè)功率單元由隔離變壓器的二次線圈分別供電(如圖3所示)，可以很方便地得到不同電壓等級(jí)的輸出，而不受功率器件耐壓的限制。其功率單元及系統(tǒng)原理如圖2所示。

　　3.2 變頻調(diào)速提升機(jī)的控制優(yōu)勢(shì)

　　(1)真正實(shí)現(xiàn)了絞車的無機(jī)調(diào)速，可以實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)的高效連續(xù)調(diào)速控制，使絞車在加、減速階段運(yùn)行非常平穩(wěn)，具有良好的機(jī)械性能。

　　(2)軟啟動(dòng)軟停車，減小了機(jī)械沖擊，在啟動(dòng)、加速換檔及減速階段不會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成沖擊，可以進(jìn)行高頻度的起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　(3)模塊化、智能化設(shè)計(jì)，維護(hù)簡單，排除故障容易。

　　(4)系統(tǒng)簡化，占用空間小。絞車變頻控制系統(tǒng)取消了原老系統(tǒng)的加速接觸器、電阻箱、高壓換向器、低頻電源裝置、動(dòng)力制動(dòng)裝置、測速裝置、繼電器屏等設(shè)備，系統(tǒng)僅由高壓開關(guān)柜、高壓變頻器、主控臺(tái)(PLC、數(shù)字式主令控制器等)等幾部分組成，且只需要普通鼠籠型異步電機(jī)即可。

　　(5)全中文界面，顯示操作直觀，交互性好。

　　(6)變頻器四象限運(yùn)行，在絞車下放階段向電網(wǎng)回饋能量，實(shí)現(xiàn)電氣制動(dòng)，提高了運(yùn)行的可靠性。

　　(7)由于使用了普通的鼠籠式電機(jī)，因此節(jié)省了原系統(tǒng)電阻部分的轉(zhuǎn)差功率消耗。同時(shí)在絞車下放階段向電網(wǎng)回饋能量，節(jié)能效果非常明顯。據(jù)測算，絞車實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速后，其節(jié)能效果提高30% ～40% 。

　　(8)容易實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)切換，無需任何換向裝置。

　　(9)適用范圍廣。目前，高壓防爆變頻調(diào)速絞車已成功應(yīng)用于煤礦井下。

　　(10)直接轉(zhuǎn)矩控制，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)速度和轉(zhuǎn)矩的精確控制。

　　4 結(jié)論

　　高壓變頻控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，使絞車的機(jī)械性能發(fā)生了質(zhì)的飛躍，是絞車控制理論的一個(gè)重大突破。但是由于受功率器件耐壓的限制，目前必須采用均壓疊加技術(shù)才得以實(shí)現(xiàn)，而且在軟件控制方面的技術(shù)并不十分成熟，因此它的發(fā)展和改進(jìn)尚有一定的空間。隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的日益成熟，高壓變頻器將朝著大功率、小型化、輕型化和無傳感器控制等方向發(fā)展。屆時(shí)，煤礦提升絞車的控制將會(huì)變得更加完美。