煤矿电机应急调速系统研究

机械管理开发

MECHANICALMANAGEMENTAND

DEVELOPMENT

Total183No.7，2018

DOI:10.16525/j.cnki.cn14-1134/th.2018.07.084

煤矿电机应急调速系统研究

杜志超

（同煤集团挖金湾煤业公司，山西

摘

大同

037042）

提出并设计一种电机应急调速系统。该系统能够对各个电要：针对煤矿用电机变频器维修周期长的现状，

能够实现电机变频器发生故障时的快速切换，保证电机的正常机的工作状态进行数据采集，并进行分析处理，工作，最大程度地降低煤矿损失。关键词：电机

变频器

应急

调速系统

中图分类号：TM306

文献标识码：A

引言

在煤炭开采过程中需要应用大量的机电设备，

而机电设备的调速系统需要用到变频器，由于变频器的维护周期较长，所以一旦变频器损坏将给煤矿带来经济和安全上的巨大损失，因此提出设计一套机电设备的应急调速系统。当机电设备变频调速器出现故障时，该系统能够及时切换并替换原来的变频器，保证电电机应机的急正调常速工系统作[1]的。

1煤矿功能要求

1）该系统的特点是应急时使用，结构简单，安装方便，能适应煤矿开采过程中苛刻环境，包括潮湿、瓦斯防爆、粉尘污染等。

2）煤矿开采过程中使用的电机具有大扭矩、

高精度、软启动、电机保护等也是该系统应具有的。

3）该系统应具有自动切换和手动切换两种模式，自动切换是当电机的变频器发生故障时，该系统

能够自动匹配该电机的参数，

并切换控制该电机。手动切换是当电机的变频器发生故障时，利用手动的方式输入该电机的参数，并手动切换控制该电机。

4）该系统应具有良好的人机交互界面，

能够对各机电设备的工作状态进行实时监控，并对数据进行分系统析[2]方。

2案设计

电机应急调速系统工作原理为：当机电设备变频器发生故障时，由应急系统的主控制器启动应急变频器，并将故障变频器中存储的电机运行参数转存到应急变频器中，应急变频器工作时，主控制器负责对电机的运行状态进行实时监测，利用PID控制算法保证电机的正常工作[3]。该系统的结构如图1所示。

收稿日期：2018-04-13

作者简介：杜志超（1988—），男，助理工程师，毕业于江苏大学，本科，从事煤矿机电方面的工作。

文章编号：1003-773X（2018）07-0193-02

锁相环同步控制器信号变换变频器1号变频器输出报警单元信号变换PLC主控单元人机接口频率给定变接触电PID控制器频器器机通讯接口图1系统总体架构图

如图1所示，煤矿机电应急调速系统主要由主

控制模块、切换模块、变频器模块、

人机交互模块、终端监测模块、报警模块等构成。

主控制模块由PLC控制器构成，负责接收监测系统采集到的终端数据并对数据进行分析，包括运

行电机的工作参数，变频器的工作参数等。

将采集到的数据分析后，将指令传达给切换模块，

最终实现对故障电机的准确控制。

变频模块主要实现对故障电机的转速进行控制，主要由变频器组成。当电机变频器发生故障时，主控制器PLC首先将故障变频器停止工作，同时收集故障电机的工作参数传送到应急变频器，利用切换模块使应急变频器开始工作，保证电机的正常工作，人机交互模块主要负责对应急调速系统的参数进行设定和输入，包括该系统中的控制器PLC、应急变频器、应急切换装置等。

应急切换模块主要负责当电机变频器发生故障

时，控制器负责下达指令给应急切换装置，

实现应急变频器和故障变频器之间的工作交接，保证电机的正常运转。

报警模块负责当终端监测系统发现电机的工作

状态异常时，报警模型发出信号给控制器，

保证电机设备及时恢复正常工作。

变频器作为电机应急调速系统的执行部件，

其·194·

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第33卷

作用至关重要。变频器按照变换方式可以分为两类：交流到交流变频器和交流到直流再到交流变频器。入/输出接口、电源等部件构成。其结构示意如图3所示。

交流到交流变频器的工作方式为将固定频率的交流电变换为频率和电压可调的交流电。交流到直流变频器的工作方式为，将固定频率的交流电变换为直流电，然后再将直流电变换为频率和电压均可调的

交流电。本文主要介绍后一种变频器[4-5]，

其电路如图2所示。

从图2中可以看出，该变频器组要部件由整流

整滤流波逆器电变电路器机驱动电路接速口度电运算电路检路测电路保护电路图2变频器硬件结构

器、中间滤波器、逆变器等组成。其中整流器负责将三相交流电整流成直流。中间滤波器负责将整流过程中的不稳定电压过滤掉。逆变器负责将直流电转变成工作元件需要的交流电。

控制电路主要由运算单元、

保护单元、信号检测单元、速度检测单元、驱动单元等组成。其中运算

单元负责计算逆变器需要的电压和频率；

信号检测单元负责检测系统运行过程中的电压和电流等；保护单元负责当系统运行过程中出现电压或电流超载时，断开相应的开关，保护系统中的用电设备受到损坏。

变频器的选择应该依据以下几个方面：1）电机的负载情况，主要分为恒转矩负载和恒功率负载两种；

2）电动机的额定参数（电流和电压），决定变频器额定输出（频率、电流和容量）；

3）变频器的功能和成本等。

根据以上特点，本文决定采用森兰变频器，

该变频器具有高精度、大转矩、

多段速、灵活的传输接口等特点。

PLC作为机电应急调速系统的主控制器，

其必须满足内部和外部两方面的要求。外部要求，PLC必须在恶劣的环境下保证正常工作；内部要求，PLC能够实现相对复杂的控制和保证稳定的可靠性等[6]。

可编程控制器主要由处理器、存储器、

输其中CPU模块主要负责对系统信号的接收，

存储并经过控制器的运算，然后发出指令，

来实现对运动部件的控制。

输入/输出单元负责接收终端监测装置采集的

可编程控制器

按钮接触器选择开关输入CPU输出电磁阀位置开关模模指示灯电源

块

块

模块

电源

编程装置

图3PLC硬件结构

终端设备的数字信号并发送可编程控制器下达的指

令，并将该指令以电信号的方式传送给执行机构。

外部接口，其主要负责和执行元件的对接即数据传输接口，保证其执行元件的多样性。

通过以上分析，本文决定选择西门子品牌的

S7-200系列PLC作为本系统的主控制器，

它具有结构简单、工作稳定、操作方面、应用广泛等优点。切换装置是应急调速系统的主要部件，是应急

系统能否代替电机中故障的变频器保证电机正常工作的执行结构。

切换方式常见的主要有冷切换和热切换。其中冷切换是要求电动机和变频器都处于停止工作的状态时才能实现的切换，这种切换要求电机和变频器之间必须连接有断路器和接触器。热切换又分为硬切换和软切换两种模式。硬切换是指把电动机从变频控制状态切换到工频控制方式，这种切换方式容易使变频器损坏。软切换是当变频控制和工频控制二者之间的频率达到一致时的一种切换，当二者的频率不同时切换也会严重损坏变频器。

当出现变频器故障停机时，可以采用硬切换的方式实现应急变频器的切入使用，也可以采用改进

的硬切换方式进行切入。

改进的硬切换方式是指，当电动机变频器故障时，应先检测电机感应电动势的频率和相位，当变频器和电动机二者的频率接近时，

将变频器的输出相位锁定，

使二者达到相同的频率。此时将应急变频器切入同电机连接，最终保证电机由故障到正常工作的平稳过渡。3结语

通过建立煤矿电机应急调速系统，对煤矿电机的工作状态进行监测。通过对电机（下转第209页）

2018年第7期张雪平：基于总线技术的液压支架控制系统研究

·209·

动作启动计时接受成组命令与本机状态是否相同？NY动作完成？N把命令写到发送缓冲区Y计时达到规定值NN接收到成组结束命令？现在状态为空或停止值？Y报警把成组结束写到缓冲区接收到主站结束应答否？NY调用相应子程序N到达规定时间？NY清除发送缓冲区计时Y报警Y返回清发送缓冲区返回紧急停车按钮，整个工作区的液压支架会立即停止所有动作，并且在系统复位前不能运行自动模式。4结语

液压支架自动跟随支护是实现综采工作面自动化的重要一环。基于总线技术的液压支架控制系统通过通讯手段控制液压支架，不仅能完成多种动作，

而实现自动化控制，提高工作面的移架和支护效率，

保证整个系统正常运行。且可以克服井下复杂环境，

参考文献

[1][2][3]

宁宇.综采工作面液压支架电液控制系统设计[J].煤炭科学技术，2009，37（1）：1-3.

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崔建民，等.液压支架电液控制系统设计[J].煤炭伍小杰，程尧，科学技术，2011，39（4）：106-109.

图5从站发送和接收成组联动命令流程

闭锁，并且左右相邻的液压支架也会同时闭锁，防止

误动作。当需要解锁时，必须在闭锁液压支架的支架控制器上按下解锁按钮才能进行解锁操作，防止误操作。

当发生紧急情况时，在任意支架控制器上按下

王瑾）（编辑：

ResearchonControlSystemofHydraulicSupportBasedonBus

Technology

ZhangXueping

（XinjingCoalIndustryCo.,Ltd.,YangquanShanxi045000）

Abstract:Thispaperintroducestheoverallschemeofhydraulicsupportcontrolsystembasedonbustechnology,putsforwardfourrequirementsfornetworkcommunicationbus,andanalyzesthecontrolflowofseveralmainfunctionsofthesystem.Thisresearchhascertainsignificancetothepopularizationandapplicationofthesystem.Keywords:coalmine;hydraulicsupport;bustechnology;controlsystem

（上接第194页）

中变频器维修周期长等因素的分析，提出该系统的建立，主要做了以下工作：

1）对煤矿机电应急调速系统的功能需求和整体结构进行分析；

2）对煤矿电机应急调速系统各个控制模块进行功能需求分析及硬件选型等。

参考文献

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中国陈浩.案例解说PLC、触摸屏及变频器综合应用[M].北京：电力出版社，2004.

（编辑：王慧芳）

ResearchonEmergencySpeedControlSystemofCoalMineMotor

DuZhichao

（WaJinwanCoalCompanyofDatongCoalMineGroup,DatongShanxi037042）

Abstract:Thispaperfocusesonthestatusofcoalminemotorinverter,longmaintenancecycle,putsforwardakindofemergencymotorspeedcontrolsystem,thesystemiscapableofdataacquisitionforeachoperatingstatusofthemotor,andanalysisandprocessing.Itcanrealizethefastswitchingofthemotorfrequencyconverter,ensurethenormalworkofthemotorandreducethelossofthecoalminetothegreatestextent.Keywords:motor;frequencyconverter;emergency;speedcontrolsystem