【正文】 機常被人們稱為礦山的咽喉，是礦山最重要的關(guān)鍵設(shè)備，是地下礦井與外界的唯一通道，肩負(fù)著礦石、物料、人員等的重要運輸責(zé)任。采用新技術(shù)、新設(shè)備、新工藝來裝備煤炭生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，以達(dá)到減人提效、確保安全生產(chǎn)的目的，是科技興煤的必由之路。多年來，礦井提升機及其拖運、安全保護(hù)系統(tǒng)等設(shè)備的技術(shù)水平和安全水平一直是困擾煤炭安全生產(chǎn)和效益提高的重要因素。大家可以看到，眨眼間我國已經(jīng)可提供多種技術(shù)先進(jìn)、性能可靠、安全性高的礦井提升設(shè)備，大多數(shù)已在煤礦基建、生產(chǎn)和技術(shù)改造等方面獲得了成功的應(yīng)用。繼電接觸器控制系統(tǒng)有明顯的缺點：設(shè)備體積大，可靠性差，動作速度慢，功能少，難于實現(xiàn)較復(fù)雜的控制，特別是由于它是靠硬連線邏輯構(gòu)成的系統(tǒng)，接線復(fù)雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝或?qū)ο笮枰淖儠r，原有的接線和控制盤(柜)就要更換，所以通用性和靈活性較差。本文詣在對電控系統(tǒng)進(jìn)行局部的修改、完善， 根據(jù)我國國情，按照可靠性系統(tǒng)工程的原理，對現(xiàn)的提升電控系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析、評價，盡量采用國內(nèi)外的新技術(shù)成果，形成一套較為完整的改造方案及適的換代產(chǎn)品。第 1章 國內(nèi)外礦井提升機發(fā)展概述下面對國內(nèi)外礦井提升機的發(fā)展作簡要的敘述，以在對比中取得更長足的發(fā)展。 在直流拖動方面，部分發(fā)達(dá)國家原有的交流提升機已基本上被晶閘管電動機（SCRD）系統(tǒng)所取代。在調(diào)速方面，直流變頻調(diào)速被多數(shù)專家認(rèn)為是大型提升機拖動的必然發(fā)展方向，其優(yōu)點眾多。另外，在國外，微機控制在提升機上的應(yīng)用已達(dá)到成熟階段。例如：德國 AEO 公司的 Logidynt(32 位機)、西門子公司的 SIEM“ynd”（16 位機）系統(tǒng)都已應(yīng)用于提升機上。 我國礦井提升機電氣控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀歷經(jīng)幾十年發(fā)展，我國的礦井提升機電控技術(shù)取得了不少的進(jìn)步，但與美國、德國等世界發(fā)達(dá)國家相比，依然存在著很大的差距。目前，我國礦井提升機 90％以上是采用單機容量在 1000Kw 以下傳統(tǒng)的交流異步電機拖動，采用轉(zhuǎn)子串、切電阻調(diào)速，由繼電器接觸器構(gòu)成邏輯控制裝置。采用改變轉(zhuǎn)差率 S 的調(diào)速方法，在調(diào)速中產(chǎn)生大量的轉(zhuǎn)差功率，使大量電能消耗在轉(zhuǎn)子附加電阻上，導(dǎo)致調(diào)速的經(jīng)濟性變差。直流電動機拖動的提升機不足 10%，其中多一半為電動機發(fā)電機組供電，采用晶閘管整流傳動的只占一少部分。計算機技術(shù)已在提升機電控系統(tǒng)中得到普遍應(yīng)用。第 2章 提升機機械結(jié)構(gòu)及工作原理 機械結(jié)構(gòu)礦井提升機是采礦工業(yè)中聯(lián)系井下與地面的主要運輸工具。一、主軸裝置：主軸裝置由兩個卷筒、主軸、四個輪轂、調(diào)繩裝置等成。卷筒受力均勻，強度大。二、減速器：本提升機采用雙級圓弧齒輪減速器，其結(jié)構(gòu)有兩級人字齒輪對和機體、機蓋等組成。三、盤形制動器：盤形制動器是礦井提升機制動系統(tǒng)的重要部件，作為工作制動和安全制動時用。四、液壓站：液壓站主要用于控制制動器，主要有以下特點：產(chǎn)生壓力可以調(diào)節(jié)的制動油從而控制制動器以獲得不同的制動力矩；能使制動器迅速回油，并可產(chǎn)生二級安全制動及一級安全制動；產(chǎn)生壓力油，控制雙筒提升機調(diào)繩裝置（即離合器的開合） 。潤滑油站的齒輪泵裝置有兩套，其中一套為備用。六、深度指示器：深度指示器是礦井提升機的一個重要部件，其用途有如下幾點：指示提升容器在井筒中實際位置；發(fā)送減速和過卷訊號；進(jìn)行限速保護(hù)。七、測速發(fā)電機：測速發(fā)電機裝置，主要由直流電機、三角皮帶輪、三角皮帶、護(hù)罩等組成。八、聯(lián)軸器：本例提升機采用兩種聯(lián)軸器，主電機與減速器高速軸采用蛇形彈簧聯(lián)軸器，此種聯(lián)軸器能減少機器運轉(zhuǎn)時沖擊，卷筒主軸與減速器低速軸之間采用齒輪聯(lián)軸器，此種聯(lián)軸器傳遞扭矩大，并能補償兩軸安裝時的微量偏斜和不同心，上述兩種聯(lián)軸器內(nèi)必須加潤滑脂以減少磨損。 工作原理如圖所示，在主機也就是井筒的兩端，一端是電機，一端是機械深度指示器，本設(shè)計采用牌坊式深度指示器。其中電機為主軸提供動力，礦井提升機主軸的旋轉(zhuǎn)運動，由牌坊式深度指示器傳動裝置經(jīng)過齒輪對傳給絲杠，使兩根直絲杠相反方向旋轉(zhuǎn)，帶動兩左旋轉(zhuǎn)梯形螺母一上一下作相反的直線運動，分別代表主井和副井的位置，運行同時可發(fā)送位置信號.`amp。轉(zhuǎn)子控制柜通過串切電阻來實現(xiàn)調(diào)速，高壓換向柜實現(xiàn)對電機正反轉(zhuǎn)的控制。在輔助控制系統(tǒng)中，來自主令控制柜的信號控制液壓站和潤滑站的工作，保證提升機有效可靠的運行。對電控系統(tǒng)進(jìn)行局部的修改、完善，根據(jù)我國國情，按照可靠性系統(tǒng)工程的原理，對現(xiàn)有的提升電控系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析、評價，盡量采用國內(nèi)外的新技術(shù)成果，形成一套較為完整的改造方案及適用的換代產(chǎn)品。使提升控制系統(tǒng)的速度圖達(dá)到如圖 31 所示的理想狀態(tài)。從調(diào)速的本質(zhì)來看，不同的調(diào)速方式無非是改變交流電動機的同步轉(zhuǎn)速或不改變同步轉(zhuǎn)兩種。為確保有足夠的拉力，串電阻調(diào)速屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。恒轉(zhuǎn)矩的特點是，不管電機的轉(zhuǎn)速快還是慢，其轉(zhuǎn)矩不變。有轉(zhuǎn)差損耗的調(diào)速方法屬低效調(diào)速，如轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方法，能量就損耗在轉(zhuǎn)子回路中；一般來說轉(zhuǎn)差損耗隨調(diào)速范圍擴大而增加，如果調(diào)速范圍不大，能量損耗是很小的。串入的電阻越大，電動機的轉(zhuǎn)速越低。屬有級調(diào)速，機械特性較軟。深度限位測速機等 供電系統(tǒng)司機操作臺主控系統(tǒng) 調(diào)速系統(tǒng) 主電機輔控系統(tǒng)液壓站潤滑站等上位機監(jiān)控系統(tǒng)主機設(shè)備圖 41 提升機電控系統(tǒng)構(gòu)成主控系統(tǒng)主要是指完成提升機從加速、等速、減速、爬行到停車整個運行過程的開關(guān)邏輯控制及其必要的保護(hù)并與其他子系統(tǒng)交換信號共同完成對提升機整機有效控制的系統(tǒng)。對傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng)而言，還包括可調(diào)閘速度閉環(huán)環(huán)節(jié)、動力（低頻）制動速度閉環(huán)環(huán)節(jié)（對交流提升機電控而言） 、包絡(luò)線速度保護(hù)環(huán)節(jié)和測速環(huán)節(jié)等。監(jiān)控系統(tǒng)是指對電控系統(tǒng)關(guān)鍵部件，包括提升機信號系統(tǒng)工作情況、提升機運行過程中關(guān)鍵參數(shù)、參量的曲線、以及司機操作的正確性進(jìn)行監(jiān)控和顯示，并進(jìn)行必要的記錄以備需要查閱之需的系統(tǒng)。因該控制線路大體可分為主回路、測速回路、安全回路、調(diào)繩閉鎖回路、控制回路、可調(diào)閘控制回路、減速階段過速保護(hù)控制回路、動力制動控制回路、自整角機深度指示器回路和輔助回路等 10 個部分，現(xiàn)分述主回路、測速回路、安全回路和控制回路。主回路由高壓開關(guān)柜、高壓換向器的常開觸頭、動力制動接觸器的常開主觸頭、動力制動電源裝置、提升電動機、電機轉(zhuǎn)子電阻、加速接觸器的常開主觸頭和裝在司機操作臺上的指示電流表和電壓表等組成。在高壓開關(guān)柜內(nèi)還設(shè)有電壓互感器 YH，失壓脫扣線圈 SYQ，電流互感器 LH 和過流脫扣線圈 GL，用于失壓或過流保護(hù)。用以人為的產(chǎn)生安全制動。在 LH 回路中串入三相電流繼電器，它有三個電流線圈，用來反映啟動過程中電動機定子電流的變化，與時間繼電器 1sJ～10sJ 配合，共同調(diào)節(jié)啟動過程中的速度，實現(xiàn)以電流為主時間為輔的自動啟動過程。正轉(zhuǎn)時，XLC、ZC 工作，反轉(zhuǎn)時 XLC、FC 工作。 測速回路測速回路就是把提升機的實際速度測量出來并轉(zhuǎn)化為電量，以供給速度回路和一些以速度為函數(shù)的電器控制元件。在 PLC控制系統(tǒng)中為了增強系統(tǒng)的保護(hù)功能，我們通過計數(shù)模塊計算提升機運行速度。不同時刻測得的脈沖差值即為位置變量△S，而 △S 與時刻的變量 △T 之比即為速度。在測速回路中，有光電編碼器，它與提升機主軸相連。其中一組 A， B 脈沖信號作為提升機深度控制的輸入信號。電角度，通過判斷其相位差的正負(fù)，可以確定提升機滾筒的旋轉(zhuǎn)方向；3）通過測量旋轉(zhuǎn)計數(shù)脈沖的頻率，可確定實際提升速度 [3]。它主要用于低速爬行。另外，3 個速度繼電器，其觸頭分別接于加速接觸器回路，以便在動力制動時按速度原則節(jié)轉(zhuǎn)子電阻。 安全回路安全回路用于防止和避免提升機發(fā)生意外事故。主要包括通過軟件和硬件設(shè)置的有關(guān)提升機連鎖保護(hù)的各種重故障點，發(fā)生重故障時，具有對故障種類記憶功能。當(dāng)安全回路斷電后，主令手柄必須回到零位，安全回路才允許重新接通。3）測速斷線保護(hù) 當(dāng)主測速機損壞或斷線時，PLC 判斷后實現(xiàn)安全保護(hù)功能。當(dāng)由于短路、過負(fù)荷、欠壓、失壓、司機人為緊急停車等原因而掉電時，斷開安全回路。6)錯向保護(hù) 當(dāng)提升機運行方向與預(yù)選方向不同時，PLC 判斷后安全回路斷開。8）PLC 輸出安全制動繼電器 當(dāng) PLC 判斷系統(tǒng)發(fā)生重故障時（PLC 內(nèi)安全回路斷開時） ，相應(yīng)繼電器失電，安全回路斷開。10）過卷開關(guān) 過卷開關(guān)分別裝在深度指示器和井架上，當(dāng)提升容器超出正常停車位 米時，相應(yīng)的過卷開關(guān)動作，安全回路斷開。待過卷故障解除后，過卷復(fù)位開關(guān)重新扳回工作位置。 控制回路采用單相 220V 交流電源，由一接觸器的常開觸頭控制通斷。時間繼電器均采用直流 220V。 信號回路提升機的信號主要來自光電編碼器、井筒磁開關(guān)、深度指示。井筒磁開關(guān)用于對位置信號進(jìn)行校正。當(dāng)容器 1 和容器 2 向上通過各自井筒磁開關(guān)時，發(fā)出深度指示信號，對脈沖計數(shù)值各進(jìn)行一次校正，即用預(yù)置數(shù)取代計數(shù)模塊中原有的計數(shù)脈沖累加值，是減速階段的計數(shù)值更加準(zhǔn)確可靠。在提升機的運行過程中，PLC 發(fā)出不同的位置信號，并根據(jù)提升工藝完成相應(yīng)的操作控制。電機正反轉(zhuǎn)回路有自動換向回路和手動換向回路。在本控制線路中，自動換向回路不能進(jìn)行自動換向和自動啟動，只能自動控制正反轉(zhuǎn)接觸器到停車位置時切斷電源，并防止司機因操作方向錯誤可能造成的過卷事故。當(dāng)提升機反向運轉(zhuǎn)終了時，容器碰撞，其常閉觸頭打開，常開觸頭閉合。反方向運行時，情況相同。 制動回路制動回路主要包括可調(diào)閘控制以及二級制動控制。當(dāng)提升容器處于減速階段時，可調(diào)閘限速控制自動投入以保證提升機安全減速。二級制動是指當(dāng)提升機發(fā)生事故進(jìn)行緊急制動時，使制動油壓很快降到預(yù)先調(diào)定的某一數(shù)值，經(jīng)過延時后，制動器的油壓迅速回到零，使提升系統(tǒng)處于全制動狀態(tài)，即停車狀態(tài)。解除二級制動是根據(jù)提升容器的位置而設(shè)定的。 轉(zhuǎn)子電阻控制回路轉(zhuǎn)子控制回路由三相電流繼電器，時間繼電器，中間繼電器，主令控制器觸頭等組成。在預(yù)備級電阻上，電動機定子電流很小，繼電器不動作，因此，預(yù)備級電阻的切除是按時間原則切除的。在加速階段它受 lSJ～10SJ 時間繼電器的觸頭以及主令控制器觸頭的控制，可以實現(xiàn)以電流為主附加延時以及人工控制