1 引言

　　位于濟寧市范圍內的大小煤礦，針對礦井立井提升機原先在運行實踐中發(fā)現(xiàn)的問題進行深入的分析研究，在相關單位的幫助下成功地采取變頻調速技術進行改造和完善，有效保障礦井提升機的安全運行。

　　2 提升機變頻調速控制系統(tǒng)的研究與應用

　　我國很多煤礦主提升機仍在使用繞線電動機串電阻進行起動和調速，控制方式多為TKD型電控系統(tǒng)。根據(jù)國家安全監(jiān)管總局、國家煤礦安監(jiān)局安監(jiān)總煤裝[2008]49號文對TKD型提升機電控系統(tǒng)淘汰的要求，位于濟寧市微山縣的山東省微山湖礦業(yè)集團有限公司崔莊煤礦對礦井提升機控制系統(tǒng)進行變頻升級。

　　2.1原有提升機電控系統(tǒng)的不足

　　調速不連續(xù)，起動時對電網沖擊大;啟動電流為額定電流2～3倍甚至更大，如果加速快就會引起總開關跳閘;調速時大量電能消耗在電阻上，不但浪費嚴重也造成工作環(huán)境惡劣，空間噪聲大;維修量大。由于有高壓換向器和調速電阻，特別是高壓換向器觸點和線圈更換量大， 而且使用高壓換向器的提升機越來越少，配件購買越來越困難; 該礦主提升機速度為8. 4m/s， 運行速度較高造成井筒裝備、提升容器特別是滾動罐耳的維護量和消耗量很大。

　　2.2變頻升級改造的必要性

　　以變頻器為核心的調速系統(tǒng)越來越多被用在交流礦井提升機上，徹底改變交流提升機轉子串電阻分級調速的模式，使提升機獲得平穩(wěn)、安全、可靠的運行狀態(tài);避免嚴重的機械磨損，防止較大的機械沖擊和電動機起動對電網的沖擊，減少機械部分維修的工作量，延長提升機械的使用壽命，采用變頻控制的提升機基本上可以獲得與直流電動機相同的調速和制動性能;控制系統(tǒng)、提升機數(shù)字行程控制等系統(tǒng)采用PLC控制、監(jiān)視及人機通訊，確保提升機電控系統(tǒng)具備先進性、可靠性、經濟性、精確性、兼容性、高效性等功能特點;通過原控制系統(tǒng)與改造后系統(tǒng)對比可知，系統(tǒng)變頻升級非常必要。

　　2.3控制系統(tǒng)變頻升級的總體技術方案

　　為滿足生產和提升系統(tǒng)的可靠性，系統(tǒng)改造保留原有的電阻調速系統(tǒng)，讓變頻調速系統(tǒng)與原調速系統(tǒng)并存，原系統(tǒng)作為備用，隨時可以切換;在速度方面，主提升機擬采用6.6m/s(根據(jù)《煤礦電工手冊》第三分冊表1-1-1， 2JK-2.5/11.5提升機速度為8.2m/s、6.6m/s、5.5m/s 三種);提升量的控制方面，該礦的主提升機現(xiàn)速度下每鉤提升時間77s左右，改造后通過對變頻器起動和減速的坡度控制，采用6 .6m/s也可達到同樣提升時間的提升量不變。

　　2.4控制系統(tǒng)變頻升級前后的經濟技術比較

　?、偌夹g性能。原系統(tǒng)電阻調速屬有級調速，調速精度低、爬行速度不易控制。重物下放操作時全憑司機的經驗和感覺，很難準確控制，對提升機等相關機械設備在運行和停止過程中沖擊較大。變頻調速屬無級調速、閉環(huán)控制，調速范圍大、調速精度高、爬行速度易控制，重物下放時易操作，安全性能好，對提升機等相關機械設備運行和停止過程中沖擊較小。

　?、陂g接效果。變頻系統(tǒng)無需原電控調速用的交流接觸器及調速電阻，提高系統(tǒng)可靠性，噪音及室溫降低，改善工作環(huán)境;調速連續(xù)方便，調節(jié)連續(xù)平滑;實現(xiàn)低頻低壓軟起動和軟停止，運行更加平穩(wěn)，機械沖擊小;起動及加速過程沖擊電流小，提升機在重載下從低速平穩(wěn)無級平滑升至最高速，沒有大電流出現(xiàn)，減小對電網的沖擊;采用回饋制動技術，成功解決負載在快速減速或急停時的再生發(fā)電能量處理問題，保證變頻器的安全運行;采用變頻控制后可采用原繞線式電動機，不需作任何改動。

　?、酃?jié)電性能。串電阻調速時大量能量通過電阻消耗， 產生大量的無用熱量散發(fā)掉。四象限變頻調速裝置在減速和重物下放操作時，能自動將電動機的再生能量反饋至供電電網，實現(xiàn)再生反饋制動，節(jié)電效果明顯。

　?、芴嵘龣C保護。變頻調速裝置本身具有過壓、欠壓、過流、過負荷、缺相、超溫等保護，同時可選配數(shù)字式深度監(jiān)視器，實現(xiàn)提升機過卷、過速、減速、限速等重要保護的雙線制保護功能，滿足安全規(guī)程要求。

　　⑤系統(tǒng)維護。煤礦提升機變頻調速裝置加PLC及上位機控制，技術先進、制造工藝嚴格，屬于邏輯控制，動作接點很少，基本屬于免維護產品。

　　3 交流變頻電控裝置在煤礦立井提升機應用

　　位于濟寧市微山縣的棗莊礦業(yè)(集團)公司高莊煤礦和中國礦業(yè)大學信電工程學院通過對交流變頻電控裝置在提升機應用的原理、組成、配置分析，在多方調研的基礎上，利用KTDK-PC-BPG型礦井提升機交流變頻電控對該礦井原先的TKD電控系統(tǒng)進行技術改造，并且取得圓滿成功，為老式提升機電控裝置的改造提供了范例。

　　3.1提升機交流變頻工作原理

　　礦井提升機在運行時，負載為恒轉矩。提升機加速、減速的過程中，為了縮短過渡過程，在電動機強度和電動機溫升等條件允許的條件下，采用矢量控制的方式，讓電動機產生足夠大的加速度或制動轉矩， 即可使電動機保持輸出恒定的最大力矩。當提升機上提時，主控制臺上2 臺PLC(主控機和監(jiān)控機)給變頻器發(fā)出加速、等速、變速、減速、爬行、停車的指令，變頻器按照PLC發(fā)出的指令工作，輸出不同頻率的電壓供給提升機電動機，電動機做加速、等速、減速和停轉等工作， 實現(xiàn)提升機幾個階段的運行。同時，為了保證不同狀態(tài)下電動機有足夠大的力矩，變頻器根據(jù)現(xiàn)場的負荷進行計算，預先輸入工作參數(shù)和電動機匹配。在提升機下降或者減速的過程中，電動機以發(fā)電狀態(tài)運行，其產生的三相交流電經過逆變部分全橋PWM整流， 使變頻器內部中間的直流環(huán)節(jié)直流電壓升高。當直流電壓達到使制動單元打開的狀態(tài)時，再生制動單元功率開關管導通，電流流過制動電阻。由制動電阻將再生能量轉換成熱能消耗掉。提升機制動電阻和變頻器共同作用，完成電動機的下放制動過程。提升機在上提、下放中的行程與速度測量是由編碼器來完成的。為了實現(xiàn)測量的準確性和安全性，在電動機高速軸和滾筒低速軸各安裝1個通過PLC的D/A轉換模塊，將脈沖轉換成數(shù)字量時進行比較，以保證編碼器的測量準確性。

　　3.2交流變頻電控裝置系統(tǒng)配置

　　PLC選用三菱公司FX2N- 32MT和FX2N- 64MT，用于完成提升機按照行程原則進行雙線式安全保護回路的控制。編碼器選用TRD-J系列1000p/r，用于采集行程和速度參考量，供主控臺使用。變頻器選用西門子6SE7033- 7EG60型成套產品，將50Hz工頻電源變成0～50Hz連續(xù)可調的變頻電源供給電動機。制動電阻的作用是當提升機反向作發(fā)電運行時消耗反饋電能。

　　3.3變頻器容量的選擇計算

　　他們認為提升機為大慣性負載啟動類，所以提升機電控變頻器的容量應當按照以下公式來選擇：PCN≥K· n W(TL+GD 2 ·n W/ 375 th)/ 9550 η·cosψ。式中：GD 2 ·=GD1/J2，為換算到電動機軸上的總飛輪矩(Nm2);TL 為負載轉矩(Nm2);η為電動機的效率，通常為0.85; cosψ為電動機的功率因數(shù)，通常約為0.75。

　　4 礦用提升機變頻調速控制的特殊功能

　　位于濟寧市鄒城市的兗州礦業(yè)(集團)公司南屯煤礦通過對礦用提升機變頻調速控制的研究，使其特殊功能得到正常應用，取得了良好的效果。

　　4.1特殊功能

　?、僦绷髦苿拥淖饔谩Ｌ嵘龣C配用變頻器，直流制動功能對系統(tǒng)的安全運行起到重要作用。當重車需要在立井井筒中間停車時，變頻器由高速平滑地下降到低速，隨之施加1個直流制動信號使提升機停止運行，機械制動起作用后方可去掉直流制動信號，使得重車靠機械抱閘的作用停在井筒中間。啟動的時候，先對電動機施加1個直流制動信號，當檢測到機械抱閘打開時方可以去掉直流制動信號，然后再加上啟動電壓，提升機轉動。機械抱閘抱緊狀態(tài)一直在變頻器的檢測下，一旦機械抱閘打開，馬上給電動機施加直流制動信號，確保重車不下滑，絕對避免“溜勾”現(xiàn)象。

　?、赟形速度曲線。為了盡量減小運行的機械沖擊，在變頻器起動與停止的過程中最好做到加速度是連續(xù)的，

　　運行和速度曲線是平滑的， 即通常所說的S形加、減速曲線。當井下及井口停車傾角很小時(約為3°)，要求提升機的運行速度很低，否則會出現(xiàn)“松繩”現(xiàn)象。另外，井筒罐道要求變頻器能夠以不同的頻率工作。根據(jù)現(xiàn)場的情況，變頻器可以設置6Hz、15Hz、25Hz、35Hz和50Hz 共5個不同的頻率段。主令控制器的不同位置對應不同的直流控制電壓，即對應不同運行頻率。

　　③自動限速保護。當罐籠在立井井筒中運行接近終點時給出1個減速信號。接到此減速信號后，若主令控制器已經操作減速，則變頻器按照主令控制器的操作改變運行速度。若收到減速信號后主令控制器沒有正常操作，則自動啟動機內的自動減速程序，將變頻器的工作頻率按照預定的要求逐步變?yōu)榈退龠\行。這對于預防“過卷”是十分必要的。此外，如果提升機帶有測速發(fā)電機，當測速發(fā)電機給出超速信號時變頻器也能自動減速。

　?、? 連鎖開機功能。連鎖功能是保證安全運行的重要措施。提升機開機必須按照給出的命令操作，當給出“上行”或者“下行”命令時，如果操作人員的操作與命令不相符，則連鎖功能對此操作不響應，變頻器不啟動。

　?、輰υ偕芰康奶幚?。變頻器的主回路采用雙向逆變方案。

　　4.2經濟效益

　?、僮冾l器在低速段運行時節(jié)能顯著。由于提升機在立井井口及井底時都處于低速運行，根據(jù)現(xiàn)場情況一般設置升速點及減速點分別在70～100m，因此其低速運行段大約在140～200m。根據(jù)坡長的不同，其低速段占30%左右，綜合節(jié)電率約20%。

　　②采用變頻控制后，由于設置直流制動，在運行時油閘全部敞開，減輕原先工頻控制下的磨損。油閘只是作為輔助設施，在電動機停穩(wěn)后或者在急停時快速抱閘。據(jù)測算，油閘此項損耗大為減低，每年節(jié)省2～3萬元。

　?、墼鹊墓ゎl控制采用交流接觸器進行速度段切換， 采用調速電阻調速;而變頻控制則將其全部甩掉，節(jié)省投資、增加可靠性。

　?、苡捎诓捎没仞佒苿?，其再生能量能夠回收利用，也節(jié)約了電能。

　　5礦井提升機交交變頻矢量控制系統(tǒng)改造

　　位于濟寧市任城區(qū)的兗州礦業(yè)(集團)公司濟寧二號煤礦對礦井提升機交交變頻矢量控制系統(tǒng)實施技術改造， 在保留原有控制系統(tǒng)的同時新增1套控制系統(tǒng)，實現(xiàn)1臺提升機配2套電控系統(tǒng)的功能，解決了原系統(tǒng)上電難、復位難、同步難及監(jiān)控系統(tǒng)信息量少而且不直觀的問題，達到2套電控系統(tǒng)相對獨立并相互備用的目的，提高了礦井提升機安全運行可靠性。

　　5.1改造內容

　　該礦主井提升系統(tǒng)配置1套從德國西瑪格公司引進的、電控系統(tǒng)為德國西門子公司基于S5-PL C和16位SIMADYN-D交交變頻矢量控制的調速控制系統(tǒng)，主電動機為西門子5400kW雙繞組同步電動機，主摩擦滾筒和制動控制液壓站由西瑪格公司提供，制動控制系統(tǒng)由西門子S5-115 U可編程控制器和制動控制板等組成。由于原控制調速系統(tǒng)元器件老化、備件供應困難、維護成本高，嚴重影響礦井安全生產，因此需要對電控系統(tǒng)進行改造。

　　他們根據(jù)礦井提升機和工藝和控制要求，結合現(xiàn)場實際情況，保留原系統(tǒng)的可控硅功率單元、高壓配電單元、閘控系統(tǒng)等，新增交交變頻電控系統(tǒng)。交交變頻電控系統(tǒng)主要是由主控PLC S7-400系統(tǒng)、SIMADYN-D全數(shù)字礦井提升機工藝控制監(jiān)控系統(tǒng)、SIMADYN-D全數(shù)字交交變頻矢量控制系統(tǒng)、新操作臺、故障監(jiān)視與顯示系統(tǒng)、信號轉換系統(tǒng)和新增的裝卸栽控制系統(tǒng)7個部分組成的。

　　5.2主要功能

　?、僦骺豍LC S7-400系統(tǒng)。根據(jù)礦井提升工藝信號， 提供提升機運行的計算、分析、運行和控制信號;實現(xiàn)系統(tǒng)運行的各種監(jiān)視與監(jiān)控任務;實現(xiàn)系統(tǒng)的故障監(jiān)測、分析與監(jiān)控;向SIMADYN-D交交變頻控制系統(tǒng)提供給定信號和運行控制信號;向監(jiān)視與顯示系統(tǒng)提供故障信息和系統(tǒng)運行信息;向操作臺提供系統(tǒng)運行信息。

　　②全數(shù)字提升機工藝控制、監(jiān)控系統(tǒng)。礦井提升機工藝上是在2個定點之間運行，其控制系統(tǒng)最終的控制效果體現(xiàn)在對位置(行程)的控制上。提升機的安全性能要求電控系統(tǒng)具有優(yōu)良、安全可靠的行程控制功能。此外， 完善的提升機電控系統(tǒng)必須具有監(jiān)控功能，通過監(jiān)控功能對提升機的整個運行狀態(tài)進行監(jiān)測，系統(tǒng)出現(xiàn)故障時能及時檢測到并作出處理。對重要的運行狀態(tài)還需進行冗余監(jiān)視。提升機工藝控制系統(tǒng)采用雙通道冗余的SIMADYN-D 控制器實現(xiàn)對提升機的工藝控制，2套系統(tǒng)獨立運行實現(xiàn)冗余控制， 包括提升機行程控制及運行狀態(tài)監(jiān)視， 主要

　　實現(xiàn)以下控制功能: 根據(jù)行程信號實現(xiàn)全數(shù)字行程控制; 根據(jù)系統(tǒng)運行狀況實現(xiàn)交交變頻矢量控制系統(tǒng)的信號監(jiān)測與監(jiān)控。根據(jù)主軸編碼器和導向輪編碼器信號與測速發(fā)電機信號，實現(xiàn)提升機系統(tǒng)運行的監(jiān)測與監(jiān)控，如逐點速度監(jiān)視、速度互相監(jiān)視、連續(xù)速度監(jiān)視、行程互相監(jiān)視、滑繩監(jiān)視、錯向監(jiān)視;監(jiān)視系統(tǒng)軟件中設定井筒開關監(jiān)視、過卷監(jiān)視、失勵監(jiān)視、最大減速度監(jiān)視、可控硅整流橋監(jiān)視、停車零電流監(jiān)視及給定值—實際值監(jiān)視等。

　 6 變頻器在煤礦提升機上的使用與維護

　　防護等級較低的變頻器抗外界干擾和抗本身輻射的能力差，容易發(fā)生故障導致主板模損壞。位于濟寧市任城區(qū)的山東華邦集團濟寧何崗煤礦采取加裝隔離模塊和其它措施后，主板從未出現(xiàn)燒壞現(xiàn)象，運行非常穩(wěn)定，有效避免故障發(fā)生，節(jié)約維修等費用。

　　6.1故障現(xiàn)象

　　變頻器按工作原理可分為交交變頻、交直交變頻和直流變頻3種，其中應用較廣泛的是交直交變頻器，但是交直交變頻器存在一些缺點，特別是防護等級較低的變頻器存在薄弱點。因此，變頻器特別防護等級低的交直交變頻器應采取措施才能有效避免變頻器故障的發(fā)生。

　　該礦副井提升機采用低頻拖動的運行方式， 即10kV 電動機運行時投入高壓10kV，減速后投入600V低頻制動。初期運行時效果比較理想，但是使用時間不長就相繼出現(xiàn)變頻器頻繁燒壞主板模擬量輸入口的現(xiàn)象，導致變頻器不能正常使用，影響提升機的安全運行。

　　6.2原因分析

　　他們經過測量，變頻器主板各口的對地交流電壓均在71V左右，而變頻器模擬量輸入口的工作電壓為10V。分析認為是此電壓將模擬量輸入模塊部分擊穿。經過查找， 故障電壓來自模擬輸出電流顯示端子上， 即低頻電源柜至操作臺的控制線路電壓比較高， 超過正常工作電壓; 接著， 將變頻器直接輸出的2根指示電流線路控制線拆下測量仍然有電壓， 特別是在變頻器運行后電壓升高。經過分析其原因為：變頻器至操作臺使用的控制線為14×1.5mm2控制電纜，變頻器工作時載波頻率一般為幾千Hz，電纜內部比較高的載波頻率在控制線上感應出較高的電壓，此電壓沿著控制線將模擬量輸入模塊擊穿。

　　6.3解決方案

　　首先，將變頻器直接輸出的2根指示電流專用線更換為屏蔽電纜，變頻器端子電壓下降至1.35V，電壓降至變頻器允許的各工作范圍內。另外，變頻器模擬量輸入口工作電壓為10V，從低頻上接口板輸出模擬量控制電壓，外部感應電壓也有可能竄至變頻器模擬量模塊，為此加裝隔離模塊，以增加可靠性。

　　6.4變頻器使用經驗

　　凡是直接接入變頻器主板的輸入、輸出線都要盡可能地短，而且采用屏蔽線，屏蔽線應當可靠接地并與主電動機的接地分開;電源電纜每相導線之間及每相導線與保護性地線之間的絕緣電阻必須大于1 MΩ，電動機的絕緣電阻也必須大于1 MΩ;遠離高壓高頻電場，避免在控制線上出現(xiàn)感應電壓，在允許的工作情況下，變頻器的載波頻率要盡可能調低;模擬量輸入要與外界進行隔離，而且隔離模擬電源必須為獨立電源，嚴禁使用變頻器內的電源， 并嚴禁共同接地;盡可能地選用防護等級比較高的變頻器;提高變頻器工作場所的環(huán)境質量，減少灰塵與凝露， 防止變頻器的絕緣程度降低。

　　7 變頻調速器與PLC改造提升機TKD調速裝置

　　位于濟寧市兗州區(qū)的臨沂礦業(yè)集團田莊煤礦主、副井提升系統(tǒng)選用2JK-2.5/30X型雙滾筒提升機，配用JR127-8210kW繞線型電動機，電控設備采用TKD-A 型，利用接觸器切除、增減轉子電阻來控制電動機的轉速和啟動力矩。針對提升系統(tǒng)TKD-A型電控運行中存在的問題，他們經過多方比較論證，選用變頻調速裝置系統(tǒng)對主、副井提升機進行改造。

　　7.1系統(tǒng)存在的缺點

　?、偃粘＞S護量大、檢修時間長。由于采用的是繼電器邏輯控制，依靠接觸器的切、投入電動機轉子電阻來實現(xiàn)調速，存在著啟動電流大、接觸器開啟頻繁、觸頭電磨損嚴重的問題，已經成為制約增產降耗的瓶頸。

　　②安全保護性能不齊全，可靠性差。后備保護一直不能夠正常投入運行，不能夠實現(xiàn)與信號系統(tǒng)互相閉鎖。

　　③浪費電能。TKD控制系統(tǒng)在加、減速度段利用切除或者增加電阻的方法來實現(xiàn)，因此將部分電能浪費在電阻中。他們通過對主井速度曲線圖的觀察分析以后發(fā)

　　現(xiàn)：加速度段耗電量為0. 41kW h ;等速度段耗電量為1 .76 k Wh;減速爬行段耗電量為0 .84 k Wh;運行1 鉤的總耗電量為3.01kWh;按照原煤產量0.8Mt/a和每鉤提升4t計算，礦井全年總耗電量為602000kWh。

　　7.2改造后的系統(tǒng)特點

　　①安全性能大有提高。a.新的系統(tǒng)采用雙PLC設計。使用S7-300型和S7-200型組成高低搭配。S7-200主要負責系統(tǒng)的后備保護，監(jiān)控S7- 300的運行狀態(tài);各PLC 的所有I /O 接口均采用閉環(huán)設計，提取輸出信號的返回量，可以實現(xiàn)全面的系統(tǒng)自檢報警，提高系統(tǒng)可靠性。采樣信號源和控制邏輯均互相獨立，構成電控主體和系統(tǒng)保護互相獨立的雙線設計，各項保護完全實現(xiàn)雙線制。保護功能以《煤礦安全規(guī)程》和《國有重點煤礦生產礦井質量標準化標準》為依據(jù)，滿足安全生產的要求。b.實現(xiàn)與信號系統(tǒng)的閉鎖。打點信號數(shù)字由PLC自動識別，1點為停車點、2點正向、2點反向、4點正向慢車、5點反向慢車。開車方向閉鎖，正向點只能夠開正向，反之亦然;停點絞車不能啟動;慢點只能以最大為1m/s速度運行，不能加速;開車點50s后失效。由于實現(xiàn)信號閉鎖，杜絕因司機誤操作而導致事故發(fā)生的情況。

　　②減小的日常的維護量。采用分布式I/O設計，各個控制柜之間采用通訊總線或者西門子專有的PROFEBUS 工業(yè)通訊總線連接。電控柜仍然為分布設計，在不影響檢修和三熱空間的前提下，使得電控柜之間的連線達到最簡化;而且以采用可插罷元件為主，方便檢修維護，工作可靠性高，基本上實現(xiàn)免維護。

　?、酆哪芙档?。根據(jù)該礦改造后的主井速度曲線圖：加速度段耗電量為0. 06kW h ;等速度段耗電量為2 .07 k Wh;減速爬行段耗電量為0 .07 k Wh;運行1 鉤總耗電量為2.2kWh;按照原煤產量0.8Mt/a和每鉤提升4t 計算，礦井全年總耗電量為440000 k Wh。與改造前相

　　比，全年可以節(jié)約電能162000 k Wh。僅此一項，該礦主、副井提升系統(tǒng)就可節(jié)約電費18萬元以上。

　　8 防爆變頻電控系統(tǒng)在提升機中的應用

　　位于濟寧市微山縣的山東省岱莊生建煤礦在提升機中應用了防爆變頻電控系統(tǒng)。由于防爆變頻系統(tǒng)的工作原理和工藝結構都嚴格按礦井提升的特殊工況設計思路而來， 不但解決了電網諧波污染的技術難題，而且運行可靠;此外，僅提升和電動機用電一項就節(jié)約30%，可節(jié)約電量960kWh/d，全年節(jié)電345600kWh，按照現(xiàn)行電價0.53 元/kWh計算，全年節(jié)約電費18.3萬元，取得顯著的經濟效益，具有廣闊的推廣應用前景。

　　8.1結構形式

　　全套設備采用全防爆結構形式，設備的設計與制造符合《煤礦安全規(guī)程》及國家相關防爆產品技術標準，增強了設備的防護性能和安全性能。設備防護等級不低于IP54 要求; 防爆設備外殼采用快開門形式， 具有安裝調試方便、維護便利等特點。

　　8.2變頻調速部分

　　變頻調速采用具有活躍前端能量回饋特性的四象限變頻器，電動狀態(tài)時從電網吸收能量，使電動機產生電動力;制動狀態(tài)時工作于逆變狀態(tài)，將能量回饋電網，使電動機產生制動力，在滿足礦井提升要求的同時完成提升機運行參數(shù)的調節(jié)。

　　8.3變頻調速的性能特點

　　完善的控制電路可有效防止重車下滑并能準確實現(xiàn)定位停車;具有完整的故障檢測功能、齊全的保護功能和精確的故障報警功能;專用的空氣自然對流式熱管散熱器， 無須另設風機、冷卻水及油等附加設備。

　　8.4提升工藝控制和安全保護

　　控制及安全保護部分采用可編程控制器的RS485串行通訊方式實現(xiàn)系統(tǒng)控制的智能化和網絡化。礦用本質安全型主控臺是該系統(tǒng)的控制中心，除位置、速度、壓力和電流等必要的信號采集傳感器和終端執(zhí)行設備外，所有控制回路全集成在操作臺內。司機可操作主控臺上的主令、手閘、開關及按鈕來控制提升機運行，并通過燈光和數(shù)碼管顯示提升機的各種動、靜態(tài)參數(shù)，幫助司機及時了解提升機的運行情況。

　　①控制方式。采用進口的可編程控制器作為主控器件，在控制精度方面可產生速度包絡曲線對提升機速度進行逐點和連續(xù)監(jiān)控，實現(xiàn)數(shù)字化的行程給定功能，使定位精度≤10mm。在控制方式上，將各種外設控制開關和傳感器信號經PLC邏輯運算處理后，控制相應的接點動作，完成提升機的啟動、運行、停車、保護、報警和復位等過程。

　　②安全保護。主控PLC在完成提升機手動、自動及檢修等運行方式的基礎上，具有完善的安全保護功能，形成硬件安全電路與軟件電路相互冗余與閉鎖，完成提升機機械、液壓與電氣等方面的故障檢測、報警與保護功能。

　?、郾O(jiān)控功能。系統(tǒng)可通過變頻器、可編程控制器及操作臺上各指示燈的工況，直接觀察控制環(huán)節(jié)及主要器件的工作情況，使控制過程更加簡潔，維護更加方便。

　　9 礦井高壓變頻提升機BTDK電控安全回路

　　位于濟寧市魚臺縣的濟寧礦業(yè)集團鹿洼煤礦對高壓變

　　頻提升機電控中的安全回路進行研究，運用計算機總線技術，使系統(tǒng)提升機電控系統(tǒng)中主控機和監(jiān)控機相互通訊， 實現(xiàn)資源共享，節(jié)省硬件設備，實現(xiàn)安全回路雙線制，增加提升機電控的安全性和可靠性。

　　9.1 TKD提升機電控系統(tǒng)中的安全回路

　　TKD提升機電控系統(tǒng)安全回路中，將主令零位保護、工作閘零位保護、監(jiān)視繼電器、轉子加速返回點、等速段過速保護、減速段過速保護、高壓油保護斷電器、高壓油斷路器、閘瓦磨損、松繩保護、錯向保護、機械減速點、解除二級制動、電制動失壓保護和正反向過卷保護等保護輸出接點串聯(lián)在一起，同時驅動安全輸出線圈。任何一個保護節(jié)點動作都將引起安全繼電器失電，進而引起高壓換向器掉電保護、外部機械閘抱閘和信號指示動作，實現(xiàn)緊急制動或二級制動。此安全回路由大量繼電器節(jié)點和2個線圈組成，故障率較高，加之TKD電控系統(tǒng)使用較多繼電器和接觸器，使處理故障難度加大，設計一種新型安全回路迫在眉睫。

　　9.2 BTDK提升機電控系統(tǒng)中的安全回路

　　BTDK提升機電控系統(tǒng)安全回路是在TKD提升機電控系統(tǒng)安全回路的基礎上進行改進，由2個可編程控制器和外部高壓開關柜返回節(jié)點組成，即主控機安全回路、監(jiān)控機安全回路和外部GYD,還應用計算機總線技術使主控機和監(jiān)控機能相互通訊， 實現(xiàn)資源共享， 節(jié)省硬件設備; 采用安全回路雙線制， 增加提升機電控的安全性和可靠性。主控機使用1個三菱FX2N- 64MT可編程控制器， 將主令控制器零位、工作閘零位、監(jiān)視繼電器、轉子返回點、減速段過速、等速段過速、2M/S 限速、正反向過卷、松繩、閘瓦磨損、腳踏急停開關、深度指示器失效和后備保護串聯(lián)接入到主控機的安全回路中，用其1個輸出接點Y20作為安全回路的1個主機部分;監(jiān)控機則用1個FX2N-32MR可編程控制器，同時也將提升機的所有速度保護、行程保護及外圍保護接入可編程控制器，用1個輸出接點Y 17作為安全回路的監(jiān)控機部分;GYD則是外部開關柜節(jié)點。該電路工作過程為：正常開車前，如主令和工作閘在零位及各種保護均正常，則主控機Y20和監(jiān)控機Y 17均有輸出。主控機Y20控制1個中間繼器，GYD在高壓開關柜閉合后由常開變?yōu)槌ｉ]，主控臺控制面板上的安全條件具備指示燈亮，此時按動1個安全繼電器工作/制動泵啟動按鈕，安全繼電器得電，同時安全繼電器亮，安全繼電器工作。如果安全保護任何一項動作都將導至主控機Y20或監(jiān)控機Y17輸出不正常，就會使安全繼電器掉電， 通過內部程序控制高壓正、反向接觸器掉電和工作閘抱閘，使提升機安全、可靠停車。

　　9.3安全回路在現(xiàn)場的應用

　　鹿洼煤礦副井提升機使用BTDK電控以來故障率明顯下降。在主控機安全回路中，既有主控機內的深度指示器失效、軸編碼器失效及反轉保護的合成，又有主控機內2 m/ s限速、松繩保護、通訊錯誤、正反向過卷及過卷切換和調繩切換開關閉鎖的合成。監(jiān)控機安全回路中的各項保護與主控機的保護作用基本相同，主控機安全回路和監(jiān)控機安全回路組成2套相互獨立的安全回路，共同實現(xiàn)對提升機運行時的保護，使提升機更安全、更可靠地運行。

　　10 結束語

　　傳統(tǒng)交流異步電動機的調速方法有變極調速、轉子串電阻調速、定子調壓調速等，穩(wěn)定性、可靠性都較差。隨著電力電子技術的發(fā)展，變頻調速技術逐步成熟并且進入實用階段。位于濟寧市范圍內的各類煤礦采取變頻調速技術對礦井立井提升機進行改造，他們的成功經驗可供國內同行參考借鑒。