摘 要：随着PLC系统程序的不断完善，变频绞车在设备控制作业中更加凸显出其稳定性高、维护量小、操作简便、节约电能等种种优势，与传统的交流异步电动机控制相比，更加适用于我国矿井现代化、综合化的规模发展。本文从变频调速技术的基本原理及应用效果出发，介绍了基于PLC的变频调速系统在矿用提升绞车设计中的选择和运用方法，为现有矿用提升绞车的升级改造提供了有力的技术指导。
关键词：矿用绞车；；提升系统；变频调速技术；PLC
中图分类号：TD53 文献标识码：A
1 矿用提升系统控制概述
作为矿山生产的关键设备之一，提升系统担负着人员、原煤、设备、材料等的运输任务，具有用电量高、作业时间长、工作量繁重、责任重大等特点。其运行水平既关系着矿山生产的安全，也是矿用机电系统整体能力的反映和代表。目前，我国大部分提升绞车的拖动仍依靠交流异步电动机，这类电动机由继电器和接触器构成逻辑控制装置，通过转子串切电阻的有级调速方式，对绞车进行控制。但由于采用此类电动机进行开启和换挡操作时，过大的电流将对设备造成冲击，在降低了控制精度的同时，也大大缩短了电机的使用寿命，加之其电量损失大、调试困难、维护工作繁杂等缺点，已不适用于我国矿井现代化、综合化、高效化的规模发展。在这一背景下，变频调速技术因其具有的启动平稳、操作简便、调速范围广、故障少等优点开始受到相关企业的关注。特别是近年来，随着基于PLC的变频调速在矿用提升系统中的应用技术日臻成熟，其便捷、可靠、耐用的优良性能已经得到了广泛的认同，矿用提升绞车的变频调速设计及改造已经成为促进矿山生产安全增效的一大趋势。
2 变频调速技术的基本原理与应用效果
2.1 变频调速技术的基本原理
变频调速技术是通过改变电机定子供电频率从而改变其转速的，运行中主要包括将绞车电机作为电动机的正常逆变过程和将其作为发电机的能量回馈过程。其中正常逆变是调速运行的核心，包括正常逆变、整流、以及滤波等三个部分，这一过程通过改变电机定子的供电频率来调节输出电压以达到控制绞车速度的目的。而能量回馈过程则是由回馈逆变、整流以及输出滤波等三部组成的。回馈逆变的作用是使回馈逆变输出电压相位与电网电压相位相一致。系统中须加入输出滤波部分，以保证逆变的正常工作，并减少对电网的污染。此外，鉴于矿区电压的波动性较大的事实，系统中还应加入一个刹车部分，用以提高变频控制的安全系数。
2.2 变频调速技术的应用效果
实现了无级调速的变频技术不但使绞车在启动、加速、等速、减速、停车的全过程中运行平稳、均匀，减少了速度加减过程中机械冲击导致的设备故障问题，也同时扩展了调速范围。而机械制动与安全回路的可靠配合，也使当系统出现紧急情况或突然停电时，变频调速系统能够自动实现机械制动，从而在最大限度上保证系统的安全。此外，由于变频调速具有能量回馈的功能，该技术在节电方面也明显优于传统控制方式，资料显示，其节电率高达30%以上。
3 基于PLC的变频调速系统
3.1 PLC在矿用提升系统控制中的作用
PLC即可编程控制器，是一种通过可编程序的存贮器进行逻辑运算、算数运算、计数、及定时等操作的电子系统，具有应用广泛、编程简单、抗干扰和可靠性高等优点。存贮器在执行指令时，通过数字的模拟输入、输出来控制各种机械过程。采用PLC控制变频器对提升机的提升速度和提升高度进行控制，可使制动更平稳、操作更简单，并在大大减小系统体积的同时，提高其控制精度和安全性能。
3.2 系统设计要点分析
3.2.1 变频系统的设计
首先应正确选择系统的变频器容量。电机平均起动转矩一般为额定转矩的1.7倍，考虑到电源电压波动及需要通过110%额定负载的动载试验要求等因素，其最大转矩应是负载转矩的1.9倍，为确保安全使用，可通过提高变频器容量来获得200%负载力矩值，变频器输出电源中含有一定量的高次谐波，使电动机内部产生谐波损耗，因此应适当增加其电流。其次，在变频器的选择上，考虑到绞车升降过程中具有较大的惯性，因此必须对其运行能力进行高标准的要求，对所有交流电动机的核心变量进行控制，并把定子磁通、转矩作为主要控制变量。高速信号处理器与先进的电机软件模型相结合使电机状态更新，对负载的变化和瞬时掉电，能做出迅速响应。再次，应合理选择制动电阻。由于加成重载下降时产生的重力加速度可能导致变频器直流回路的电容因充电而使电压过高，因此必须加入制动电阻对其进行控制。通过电阻制动，可以有效地实现电机的制动和减少减速时间，保证重物就位的可靠性。
3.2.2 PLC系统的设计
PLC系统的设计首先应参考变频器系统参数及提升绞车的具体功能（如最大静张力差 、最大速度、提升高度、急停需要等），选择与绞车运行状态相适应的控制器和传感器。其次，应通过对I/O点数和用户存储容量的估算分析选择PLC的型号，并从控制速度等要求正确选择CPU功能和结构。应注意的是：PLC工作时，从输入信号到输出控制存在着滞后现象，为提高其实时处理速度，可选择处理速度较快的PLC，使执行一条基本指令的时间控制在0.5us以内。PLC的结构主要有整体式和模块式两种，其中模块式结构组态灵活、易于扩充，因此在控制规模较大的集散控制系统及远程I/O系统中更加适用。
结语
实践证明，与传统的交流异步电动机控制相比，变频调速实现了设备的软起软停，在减少机械冲击损害的同时，增加了系统控制的准确性和安全性，而其与PLC技术的结合，更使系统不断简化，并大大提高了设备的可扩展性。技术人员应充分认识到变频调速技术的重要性，积极做好提升绞车的变频改造工作，并不断积累经验，完善其运行功能。可以想见，PLC变频控制技术必将在未来的矿山机电控制领域中发挥越来越巨大的作用。
参考文献
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