Применение преобразователя ZFENG в шахтных подъемниках

Обзор

Подъемная машина является важным оборудованием в производственном процессе угольных и цветных металлургических шахт. Безопасная и надежная работа подъемной машины напрямую связана с производственным состоянием и экономическими выгодами предприятия. Этот тип системы тяги требует частого запуска, реверса, замедления и торможения двигателя, что является типичной нагрузкой трения, т.е. нагрузкой с характеристикой постоянного крутящего момента. Ранее в основном доминировали редукторные лебедки (механическая тяга), гидравлические лебедки (гидравлическая тяга) и лебедки с регулированием скорости с помощью последовательного включения резисторов в роторную цепь асинхронного двигателя переменного тока (электрическая тяга) и другие типы. Питание наклонной шахтной подъемной машины обеспечивается двигателем с обмоткой ротора, который использует регулирование скорости с помощью последовательного включения резисторов в роторную цепь.

Механическая структура наклонной шахтной подъемной машины схематично показана на рисунке ниже.  

В настоящее время большинство малых и средних шахт используют наклонные шахтные лебедки для подъема, и традиционные наклонные шахтные лебедки обычно используют систему регулирования скорости с помощью последовательного включения резисторов в роторную цепь асинхронного двигателя переменного тока, а сопротивление управляется контактором переменного тока - тиристором. Эта система управления подвержена окислению главных контактов контактора переменного тока и выходу оборудования из строя из-за частого срабатывания контактора переменного тока в процессе регулирования скорости и длительного времени работы оборудования. Кроме того, характеристики регулирования скорости подъемной машины на стадии замедления и ползучей скорости плохие, что часто приводит к неточной остановке. Частое включение, регулирование скорости и торможение подъемной машины приводят к значительным затратам электроэнергии во внешней цепи ротора последовательного резистора. Эта система регулирования скорости с помощью последовательного включения резисторов в роторную цепь асинхронного двигателя переменного тока является ступенчатым регулированием скорости, плавность регулирования скорости плохая; механические характеристики на низких скоростях мягкие, статическая разница велика; сопротивление потребляет дифференциальную мощность, энергосбережение плохое; пусковой процесс и процесс переключения скоростей вызывают большие скачки тока; вибрация при работе на высоких скоростях, безопасность плохая. Поэтому исходная система в отношении безопасности и надежности, регулирования скорости, энергосбережения, эксплуатации, технического обслуживания и других аспектов имеет различные недостатки. С появлением инверторной лебедки уровень оборудования наклонной лебедки качественно изменился. В настоящее время частотно-регулируемая лебедка стала доминирующим продуктом на рынке, и ее основные характеристики следующие:

1. Компактная структура, небольшие размеры, простота перемещения, использование в подземных шахтах позволяет сэкономить много затрат на разработку.
2. Частотно-регулируемая лебедка серии ZF основана на полностью цифровом регулировании скорости с частотным преобразованием, технологии векторного управления в качестве основы, благодаря чему характеристики скорости асинхронного двигателя могут быть сопоставимы с характеристиками двигателя постоянного тока. Характеристики низкочастотного крутящего момента, плавное регулирование скорости, широкий диапазон регулирования скорости, высокая точность, энергосбережение и т.д.
3. Применение системы управления с двумя ПЛК делает характеристики управления и безопасность наклонной шахтной лебедки более совершенными.
4. Простота эксплуатации, безопасная и стабильная работа, низкая частота отказов и практически отсутствие необходимости в техническом обслуживании.

Состав системы частотного преобразования

Чтобы преодолеть недостатки традиционной системы регулирования скорости с помощью последовательного включения резисторов в роторную цепь асинхронного двигателя переменного тока, использование технологии регулирования скорости с частотным преобразованием для преобразования подъемной машины позволяет достичь управления постоянным крутящим моментом во всем диапазоне частот (0 ~ 50 Гц). Обработка рекуперативной энергии может осуществляться с использованием недорогой программы торможения энергией или более значимой программы торможения с обратной связью. И в процессе проектирования гидравлического механического торможения, вторичный тормозной клапан и инверторное торможение должны быть интегрированы. 

Электрическая система управления инверторной лебедкой для одно- или двухбарабанных намоточных лебедок, приводимых в действие асинхронными двигателями переменного тока (с обмоткой ротора или с короткозамкнутым ротором). Может использоваться с вновь установленными лебедками, а также подходит для технической модернизации старой электрической системы управления лебедкой.

Электрическую систему управления частотно-регулируемой лебедкой можно условно разделить на: систему регулирования скорости с частотным преобразованием (преобразователь частоты + тормозной блок + блок тормозных резисторов); пульт управления ПЛК.

Состав механической системы лебедки показан на рисунке:

Особенности системы

Двухпроводная система: Система управления ПЛК состоит из двух основных систем ПЛК. ПЛК1 используется в качестве основной системы управления, а ПЛК2 - в качестве системы мониторинга. Каждая система ПЛК оснащена собственным независимым элементом определения положения (энкодером вала). Во время нормальной работы две системы ПЛК запускаются одновременно для реализации «двухпроводного» управления и защиты лебедки. Чтобы гарантировать, что две системы ПЛК могут работать синхронно, сигналы положения и скорости двух систем ПЛК сравниваются в реальном времени в ПЛК1, и как только отклонение становится слишком большим, немедленно генерируется сигнал тревоги. Две системы ПЛК обмениваются данными в основном в форме связи

Аварийный режим: Если один ПЛК выходит из строя или его элемент определения положения выходит из строя, один ПЛК может продолжать работать в режиме «Аварийный 1» или «Аварийный 2». Лебедка в аварийном режиме работы, из-за отсутствия защиты, но нет «двухпроводной системы». Однако, чтобы обеспечить безопасность и надежность работы лебедки, рабочая скорость снижается до половины скорости. Если выходят из строя два комплекта элементов определения положения, лебедка может работать только со скоростью не более 0,5 м/с.

Два источника скорости: Фактическая скорость в системе управления поступает из двух разных источников скорости, инвертора и энкодера вала, и фактическая скорость, участвующая в управлении и защите от превышения скорости, берется из максимального значения обоих.

Контроль положения: ПЛК автоматически генерирует задание скорости v(s) с перемещением в качестве независимой переменной, а задание скорости после участка постоянной скорости реализует двойное задание v(t) и v(s), и задание перемещения v(s) является основным в обоих.

Полуавтоматический режим работы: отличается от традиционного понимания полуавтоматического режима работы, заключается в использовании «переключателя выбора скорости» на пульте управления для одновременного управления скоростью работы лебедки и открытием и закрытием рабочих ворот, особенно для работы наклонной шахтной лебедки.

Рабочий процесс подъемной машины 

После преобразования подъемной машины с помощью частотного преобразования рабочий процесс системы не сильно меняется. При перемещении рукоятки вперед и назад она может приводить во вращение энкодер и отправлять количество импульсов на высокоскоростной счетный терминал ПЛК, который может плавно регулировать скорость инвертора в определенном диапазоне. Он также может выдавать контакты «нулевое положение рукоятки», «вперед» и «назад». Независимо от того, вращается ли двигатель вперед или назад, уголь вытаскивается из шахты на поверхность, двигатель работает в прямом и обратном электрическом состоянии, только когда полностью загруженный вагон приближается к устью шахты, необходимо замедление и торможение, временная диаграмма работы подъемной машины показана на рисунке ниже.