提升機電氣系統及控制系統的改造

前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了提升機電氣系統及控制系統的改造范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請閱讀。

引言

為了與綜采工作面的生產能力及地面生產需求相匹配，一般情況下提升機處于運行的狀態，其耗電量極高。為了響應國家綠色生產的號召，煤礦綜采工作面的生產也對綜采設備的安全性和節能效果提出了更高的要求。本文將對某礦當前提升機電氣控制系統的現狀進行研究，并在此基礎上對當前電氣系統進行改造，而且達到煤礦提升機節能的效果。

1課題背景

目前，應用于該礦的提升機為單滾筒立井提升機，該提升機控制系統的設備相對落后。無法實現對提升機實際生產的實時監控和報警；該提升機的保護功能不符合《煤炭安全手冊》的相關標準要求；該提升機在實際生產中噪聲較大、耗能較高[1-2]。為了提升該礦提升機的生產能力、豐富其功能、降低其功耗，本文將對其進行改造。

2提升機電氣自動化系統的改造

目前，變頻器在工業生產中的應用相對頻繁且應用范圍相對廣泛，其主要功能是實現對交流異步電機的軟啟動、變頻調速、過載保護、過流保護功能[3]。變頻調速原理如式（1）所示：n=60f（1-s）/p.（1）式中：n為提升機電機的轉速，f為提升機電機的頻率，s為提升機電機的轉差率，p為提升機電機的極數。由式（1）可知，通過調整電機的頻率實現對電機轉速的調節，進而實現對提升機轉速的平滑調節[4]。實現對提升機的變頻調速是礦井提升機電氣控制系統的主要功能之一，而實現這一功能的核心元器件為變頻器[5]。因此，礦井提升機電氣控制系統的控制效果在一定程度上由變頻器決定，即變頻器在電氣控制系統中的選型極為關鍵。提升機電機的額定功率為110kW，定子電流為236A。在查閱變頻器選型手冊和相關選型依據的基礎上，最終方案中所選的變頻器型號為ACS800-07-0550-7，并根據控制需求完成對變頻器主線路的接線、PLC控制信號與變頻柜的連接以及變頻器相關參數的設置。提升機變頻調速實現的核心為PLC控制器對提升機速度的變頻調速，其控制系統的穩定性和可靠性尤其重要。以往對提升機變頻調速實現的算法為PID控制。為了對提升機速度的理想控制效果，將模糊控制理念應用于PID控制器中，形成了模糊PID控制器。模糊PID控制器實現的關鍵在于對其中三個環節中的GkP、GkI以及GkD參數的確定。變頻調速模塊由異步電機矢量控制所實現，為了達到理想的控制效果，需選用恰當的控制器。目前，工業中選用的控制器大部分為PID控制器。基于相關PID控制理論根據實際生產基于Simulink軟件建立對應的仿真模型，對GkP、GkI以及GkD三個參數進行不斷優化。經過多次調節后整定，三個參數的取值分別為：GkP=0.002；GkI=0.35；GkD=0.05。

3變頻調速控制效果分析

經改造后期電氣自動化系統能夠實現對提升機平穩調速，進而提升了系統的穩定性和可靠性。此外，經改造后系統的提升量得到了顯著的提高，從一定程度上提升了該礦提升機的生產效率，為提高整個工作面的生產效率奠定了基礎。經統計，改造后的系統用電量得到了明顯了縮減，具體如表1所示。分析表1可知，提升機電氣系統改造后每提升1t的煤炭到地面消耗2.5kW•h的電能，較改造前節約0.74kW•h的電能。經改造后提升系統的提升量由之前的26t/次提升為當前的29.5t/次，且提升等量煤炭時系統的電流值由之前的800A縮減為當前的735A，單次提升所耗時間為82s，即提升循環時間為82s。按照每天工作16h計算，則改造后每天提升量增加（29.5-26）×（3600÷82）×16=2458.54t。為驗證模糊PID控制效果，本文對提升機在加速階段速度的變化情況進行仿真分析。將模糊PID理念應用于對提升機變頻調速的控制中能夠實現對速度的平穩控制，系統的動態性能較為優越，能夠在7s內完成對提升機速度的調整，且在調整過程中無超調。

4結論

礦井提升機作為綜采工作面的主要提升設備，主要實現對煤炭、物料以及人員的運送。為了提升提升機的效率，降低其能耗，將變頻調速控制系統應用于其電氣自動化系統中，實現對提升機的實時平滑調速。經現場試驗可知，改造后提升機的電氣控制系統提升每t煤炭時降低0.74kW•h的電能；滿載狀態下運行時能耗與之前降低8%；啟動階段的能耗降低20%；提升系統的循環周期降低3s。可見變頻調速系統在提升機電氣自動化控制系統的應用能夠有效降低能耗并提升其提升效率。

參考文獻

[1]閆桂生，王濤.煤礦提升機電氣控制系統的技術改造[J].煤礦安全，2000，31（10）：16.

[2]魏琳.煤礦提升機電氣控制系統的技術優化研究[J].通信電源技術，2018，35（4）：73-74.

[3]張益瑞.煤礦提升機電氣控制系統的技術改造研究[J].科技經濟市場，2016（9）：34-36.

[4]王安山，牛秀金，劉竟雄.礦井提升機電氣控制系統的發展[C]//全國煤礦自動化學術會議論文集，2007.

[5]孫社民.淺談煤礦提升機電氣控制系統的技術改造[J].山東煤炭科技，2014（10）：116-117.

作者：田峰 單位：山西山煤國源煤礦安全技術有限公司