摘要：通過對煤礦提升絞車電控系統技術革新的回顧，闡述了我國科學技術日新月異的發展和科技在推動企業發展中的巨大作用。

　　關鍵詞：絞車電控,技術革新,系統

　　0 概述

　　絞車是煤礦的大型只要設備，也是煤礦所有設備中唯一需要調速運行的設備，它擔負著煤礦人員與設備材料的提升。早期的煤礦提升絞車電控系統都是采用KKX或TKD電控系統，由于它在當時的技術條件下能夠滿足提升絞車的調速要求，因此，在煤礦中得到了廣泛的應用，很多煤礦至今仍沿用這種控制系統。

　　九十年代中期，隨著自動化控制等技術的成熟和發展，以PLC代替繼電器以及外圍電路、可控硅無觸點調速裝置代替交流接觸器的新一代提升絞車電控設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，使提升絞車的控制操作簡單化和智能化邁進了一大步。目前，隨著控制技術、電力電子技術、微電子技術和計算機技術的飛速發展，好多廠家(如洛陽源創電氣有限公司、唐山開誠電控設備集團有限責任公司)已經研制出高低壓變頻調速裝置并將其成功應用于煤礦提升絞車電控系統。下面就煤礦提升絞車電控系統的技術改進過程作一綜述。

　　1 PLC技術的成功應用

　　1.1 PLC概述

　　可編程控制器是專門為工業控制應用而設計的一種通用控制器，是一種以微處理器為基礎，綜合了計算機技術、自動控制技術、通信技術和傳統的繼電器控制技術而發展起來的新型工業控制裝置，具有結構簡單、編程容易、體積小、使用靈活方便、抗干擾能力強、可靠性高等一系列優點。近年來在工業生產的許多領域，如冶金、機械、電力、石油、煤炭、化工、輕紡、交通、食品、環保、輕工、建材等工業部門得到了廣泛的應用，已經成為工業自動化控制的三大支柱之一。

　　1.2 絞車電控采用PLC的優勢

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

　　(2)可靠性高，抗干擾能力強。可編程控制器是專為工業控制而設計的，在硬件和軟件電路設計方面都采用了屏蔽、濾波、隔離、故障診斷和自動恢復等措施，使可編程控制器具有很強的抗干擾能力，其平均無故障時間達到(3—5)×l04h以上。

　　(3)編程直觀、簡單。可編程控制器是面向用戶、面向現場，考慮到大多數電氣技術人員熟悉電氣控制線路的特點，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，易學易懂。

　　(4)適應性好。可編程控制器是通過程序實現控制的，當控制要求發生改變時，只要修改程序配置，組成規模不同、功能不同的控制系統即可，適應能力非常強。

　　(5)增加了控制的科技含量。目前的可編程控制器具有數字量和模擬量的輸入輸出、邏輯和算術運算、定時、計數、順序控制、通信、人機對話、自檢、記錄和顯示等等功能，使設備控制水平大大提高。

　　2 可控硅無觸點加速接觸器及真空接觸器的應用

　　TKD電控系統的高壓換向器、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，這些元件存在一個共同缺點，就是電磁及機械噪聲大、結構復雜、易損壞不可靠。經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，并采用現場總線方式接收主控臺PLC發出的操作指令，實現提升機的正反向切換和正常運行控制。該接觸器以真空作為滅弧介質，因此具有主電路電弧不外露、分斷能力大、體積小、重量輕、壽命長、低噪聲和安全可靠等優點。

　　(2)可控硅調速裝置的研制應用。該裝置利用了可控硅(SCR)的開關特性，巧妙地替代了原系統的空氣式交流接觸器，同時采用現場總線方式接收主控臺PLC發出的操作指令，實現主電機轉子回路外接電阻的切換，其切換原理如圖1所示。該裝置有以下優點： ’

　　①無觸點控制，運行可靠，無噪音;

　　②優良的動、靜特性;

　　③結構簡單，使用維護方便。　　

　　3 高壓變頻調速裝置的應用

　　礦山提升絞車通過對控制電路的改造，減化了系統，降低了噪聲，維護方便，同時增加了系統的科技含量。但其機械特性及調速的經濟性等性能指標并沒有改變。隨著控制技術、電力電子技術、微電子技術和計算機技術的飛速發展，一種數字、節能、智能化的絞車調速控制系統應運而生，那就是高壓變頻調速系統。

　　3.1 高壓變頻原理

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

　　高壓變頻器類型和拓撲結構比較多，但原理和功能大同小異。根據有無直流環節將高壓變頻器分為兩大類：無直流環節的變頻器，即交一交變頻器和有直流環節的變頻器稱為交一直一交變頻器，其中直流環節采用大電感以平抑電流脈動的變頻器稱為電流源型變頻器;直流環節采用大電容以抑制電壓波動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，高壓變頻器運用了電壓疊加技術，輸出電壓由若干個低壓單元串聯而成，每個單元相當于一個常壓變頻器，完全利用了通用變頻器的成熟技術和功率器件。各個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的輸出，而不受功率器件耐壓的限制。其功率單元及系統原理如圖2所示。

　　3.2 變頻調速提升機的控制優勢

　　(1)真正實現了絞車的無機調速，可以實現大范圍內的高效連續調速控制，使絞車在加、減速階段運行非常平穩，具有良好的機械性能。

　　(2)軟啟動軟停車，減小了機械沖擊，在啟動、加速換檔及減速階段不會對電網造成沖擊，可以進行高頻度的起動運轉。

　　(3)模塊化、智能化設計，維護簡單，排除故障容易。

　　(4)系統簡化，占用空間小。絞車變頻控制系統取消了原老系統的加速接觸器、電阻箱、高壓換向器、低頻電源裝置、動力制動裝置、測速裝置、繼電器屏等設備，系統僅由高壓開關柜、高壓變頻器、主控臺(PLC、數字式主令控制器等)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)變頻器四象限運行，在絞車下放階段向電網回饋能量，實現電氣制動，提高了運行的可靠性。

　　(7)由于使用了普通的鼠籠式電機，因此節省了原系統電阻部分的轉差功率消耗。同時在絞車下放階段向電網回饋能量，節能效果非常明顯。據測算，絞車實現變頻調速后，其節能效果提高30% ～40% 。

　　(8)容易實現電動機的正反轉切換，無需任何換向裝置。

　　(9)適用范圍廣。目前，高壓防爆變頻調速絞車已成功應用于煤礦井下。

　　(10)直接轉矩控制，實現電動機速度和轉矩的精確控制。

　　4 結論

　　高壓變頻控制系統的出現，使絞車的機械性能發生了質的飛躍，是絞車控制理論的一個重大突破。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才得以實現，而且在軟件控制方面的技術并不十分成熟，因此它的發展和改進尚有一定的空間。隨著現代電力電子技術及計算機控制技術的日益成熟，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展。屆時，煤礦提升絞車的控制將會變得更加完美。