绞车控制

绞车控制（精选12篇）

绞车控制 篇1

1主令控制器复合式集中控制原理

稳车集中控制系统由电源柜、操作台及各稳车控制柜组成, 其中模板控制柜专门定制, 将4台稳车加速控制元件集中安装在1个控制柜中, 采用同一个时间继电器、中间继电器来控制4个交流接触器, 达到同步启动运转的目的。

在集中控制操作台上, 利用主令控制器来控制中间继电器 (安装在集中控制台内) , 将所控稳车的主令控制器相应触点连线全部引出, 分别接在相应的中间继电器的常开触点上, 即可实现集中控制, 其电气集中控制原理如图1所示。图1中K1~K12、TA1~TA12、ZA1~ZA12、FA1~FA12、J11~J93共21个继电器和主令控制器LK, 以及各种相应指示和电流表均安装在集中控制操作台内。操作台上有总启停开关和急停开关。在紧急情况下按下急停开关, 可切断操作台上的总电源[1]。

2 PLC集中控制系统

选用1台西门子S7-200PLC型可编程控制器, 多块扩展模块, 分别对2个稳车群进行控制。采用PLC进行集中控制, 技术先进, 性能稳定, 安全可靠, 维护量极少 (基本属于免维护) ;且显示直观, 一目了然;PLC集中控制系统能够实现不同种类稳车之间的闭锁, 同种稳车可同时选择。所有稳车均可实现正反向运转及加减速[2]。其主要组成原理如下: (1) 系统总体构成。整个系统由计算机监控系统和PLC及仪表控制系统组成, 经电缆连接构成一套完整系统。计算机监控系统采用MCGS组态软件和控制器双向通讯, 实现远程参数显示、集中监视、保护报警和管理功能。其监测监控原理如图2所示。PLC及仪表控制器系统对多路张力模拟量输入信号进行数据采集, 完成上限和超上限 (分别指超载和严重超载) 报警和联锁功能, 同时完成多台稳车张力平衡的上限和超上限报警和联锁功能, 并上传采集数据, 接受远程控制指令和预设参数、执行控制指令。 (2) 稳车钢丝绳张力平衡监测系统。控制方式:系统具有两种工作方式, 一个是单台稳车工作方式, 在钢丝绳超载时报警, 严重超载时联锁停机, 避免安全事故的发生;第二种是多台稳车工作方式, 除具有单台稳车系统的保护功能外, 还具有保持各钢丝绳张力平衡, 严重不平衡 (超差) 时报警, 自动或人工停车并解除故障, 避免各钢丝绳不平衡造成的安全事故发生, 同时两种工作模式可实现手动或自动切换;其管理功能:通过组态模拟动态画面实时显示绞车钢丝绳张力运行工况及运行参数;显示主要参数实时曲线和历史曲线并具有历史数据查询功能;实时显示钢丝绳使用时间和使用频次, 提示钢丝绳的预检修时间;根据专家系统预估钢丝绳的使用寿命, 超前提醒用户, 保证按预估的使用寿命更换钢丝绳, 定时检查和保养, 做到科学管理, 安全生产。

3应用效果

此项技术成功运用于国投新集能源股份公司口孜东主井、杨村矿回风立井和山东济宁安居煤矿主井等工程, 其中杨村矿回风立井井筒净直径7.8 m, 最大荒径达12.6 m, 井筒深度986.9 m, 表土段采用冻结法施工, 冻结深度800 m, 砌壁模板采用4根钢丝绳悬吊并应用了PLC控制多绳平衡升降技术, 简化了稳车操作程序, 减少了作业人数, 脱模便捷、升降快速、找线简便准确、提高了施工速度, 有效地避免了人为操作造成的卡模、钢丝绳超载断绳、模板失稳坠落伤人等安全质量事故, 为以后模板工程施工提供了经验。井筒砌壁过程中, 模板未发生变形、脱模困难、钢丝绳受力不均、模板卡阻等影响生产的现象, 井壁质量优良, 得到了甲方的好评, 取得了良好的经济、社会效益。

摘要：稳车 (凿井绞车) 集中控制系统, 是指在矿山立井施工中为实现数台稳车同步起落升降而设计安装的一种电气控制系统。实行稳车集中控制可使悬吊吊盘、模板、稳绳等稳车同步运行, 保证安全作业。分析了现有的继电器和PLC两种集中控制系统组成原理、功能、特点及应用实例。近年来, 稳车集中控制技术水平不断提高, 该技术成功应用于国投新集和山东济宁等一些矿井, 取得了良好的效益。

关键词：凿井绞车,继电器控制,PLC控制,功能,应用效果

参考文献

[1]罗德刚.凿井绞车集中控制在立井施工中的应用[J].科技与企业, 2013 (5) :21-22.

[2]司红祥.PLC技术在凿井绞车集中控制中的应用与研究[J].现代企业教育, 2009 (24) :15-16.

绞车控制 篇2

安装标准及规定

为提高我矿井下质量标准化，规范井下调度绞车、回柱绞车、皮带输送机的标准性安装，提高矿井辅助运输的安全系数，现特制订安装标准及规定如下：

一、现场工程交底

1、组织生产、机电、安全、调度四个科室到现场看工程，根据现场条件具体确定安装位置标准。

2、安装好后由施工单位向机电技术科提交《调度绞车验收申请单》、《井下带式输送机验收申请单》，机电科牵头，组织生产、机电、安全、调度四个科室进行现场验收，若一次验收不合格，对申请验收人处以200-1000元罚款，经验收合格发放绞车运行许可证后方可投入使用；否则不予运行。

二、绞车、回柱绞车、皮带输送机机头（包括储带仓）底座的安装要求

1、安装调度绞车、皮带输送机机头的巷道、硐室应符合设计要求，满足安装和司机操作空间的要求，其附近无妨碍司机操作、影响设备运行以及影响司机视线和注意力的设备、设施等。

2、绞车、皮带输送机机头最近轨道间的距离保持在0.5米以上的安全距离，另一侧距离墙壁或棚腿应保持在0.2米以上距离。

3、所有绞车、回柱绞车、皮带输送机机头使用混泥土底座固定（水泥基础高于轨面100mm、如无轨道需高出底板200mm），水泥底座必须打在巷道的底板硬底上，严禁打在浮煤矸上。

各设备底座基础面尺寸为：

（1）JD-1.6(25KW)绞车底座基础面1400mm×1300mm；（2）JD-2.5(40KW)绞车底座基础面2000mm×2000mm；（3）JYB-40×1.25(55KW)绞车底座基础面2700mm×2400mm；（4）固定使用的JH系列回柱绞车底座基础面（包括采煤用）JH-8底座基础面1600mm×800mm；JH-14底座基础面2300mm×1000mm；JH-20底座基础面2600mm×1200mm；

（5）迎头拉耙装机用的稳车，固定地点必须平整，稳车前后各加一道固定地锚。

（6）皮带输送机机头（包括储带仓、涨紧稳车）DSJ80/50/2×75可伸缩带式输送机座基础面35000mm×1400mm；DSJ800/37简易带式输送机座基础面4000mm×1300mm。

（7）其他设备按照要求进行安装。

4、倾斜井巷安设的绞车，当坡度大于8度时其基础螺丝或地锚杆不得小于6根，当坡度小于8度时其基础螺丝或地锚杆可以使用用4根。

5、使用锚杆固定绞车时，杆体直径规定如下：锚杆长度为1.8米、直径不小于20mm（55KW绞车固定锚杆必须使用专用强力锚杆）。

6、锚杆必须采用树脂锚杆必须全锚固，且每根锚杆必须具有防拔和防转的性能。固定绞车时，锚杆的上端应加设置直径60mm，厚8mm以上的钢垫板并用双螺丝紧固，螺丝外漏部分应保持1—3扣，同部位螺丝、平垫规格必须一致。

7、绞车底座应与轨枕上平面持平，所有安装使用的绞车必须符合《煤矿机电设备完好标准》中有关调度绞车的完好标准。

三、调度绞车、带式输送机安装标准及技术要求

（一）调度绞车安装标准及技术要求

1、绞车的安装标准

1.1绞车、回柱绞车、皮带输送机的安装执行“谁使用、谁安 装、谁维修”的原则，安装前由安装单位提出书面申请（附计算书），生产、机电、安全、调度四个科室到现场，根据现场条件具体确定绞车的安装位置、牵引方向及阻车器的安装位置和标准； 1.2安装小绞车的巷道、硐室应符合设计要求，满足绞车安装和司机操作空间的要求，工程质量必须打到优良品，其附近无妨碍司机操作、影响绞车运行以及影响司机视线和注意力的设备、设施等。

1.3绞车钢丝绳绳头一律使用插接的方法固定，其插接长度必须大于钢丝绳直径的20倍，钩头应配备绳皮、绳卡。

1.4每部绞车必须在其运行下出绳方向出口处安装一组托绳轮，双向运行的绞车根据现场实际情况在两个方向前方5米范围内各安设一组。托绳轮应固定牢固，转动灵活，如本部绞车的牵引范围内遇有拐弯，必须在拐弯的内侧巷壁安设1-3组立滚。移交时随绞车同时移交.2、绞车信号要求

2.1所有绞车都必须安装灵敏、可靠的“双向往返声光”信号，双向使用的绞车，禁止使用没有反馈性能的“单向信号”或“串联信号”。

2.2所有投入运行的绞车，必须配齐绞车参数牌板和控制牌板（双向绞车牌板根据巷道坡度实际情况核定并填写双向运行技术参数），且必须吊挂整齐、稳固。控制牌板上的双向按钮及信号按钮，必须方便司机在岗位上操作，技术参数牌板上的各项数据依据本部绞车的牵引力和巷道的最大坡度，按照《煤矿安全规程》给定的公式进行计算后填写清楚，其最多允许挂车数量必须与车场实际长度相符。

2.3斜井提升的绞车，除必须在绞车附近配备一块技术参数牌板，配齐相应管理排版。

3、钢丝绳的标准要求 3.1、使用中的钢丝绳必须符合《煤矿安全规程》第8章第三节中有关钢丝绳的规定。

3.2绞车钢丝绳绳头一律使用插接的方法固定，其插接长度必须大于钢丝绳直径的20倍，钩头应配备绳皮、绳卡。

3.3倾斜井巷提升使用的钢丝绳，必须加装保险绳，保险绳与主绳的连接规定为将保险绳的一头绳卡卡紧，卡的压绳板一律在长绳的一侧，数量不小于4道，绳卡间距应小于绳径的6倍，并且末道绳卡距绳头的距离应保持在100—150毫米的长度，绳头不得散股。

3.4 JD-1.6（25KW）绞车应使用6×19×Φ15.5毫米的钢丝绳，JD-2.5（40KW）绞车应使用6×19×Φ18.5毫米，JYB-40×1.25（55KW）绞车应使用6×19×Φ21.5毫米的钢丝绳，且钢丝绳缠满后距绞车滚筒轮缘不得小于钢丝绳直径的2倍，原则上不允许超过绞车容绳量。

3.5钢丝绳在绞车滚筒上的固定必须用压绳板压紧，压绳板不得少于2道，并且不得将绳芯或绳股剁掉，绳头应绑扎牢固，不得出现散股，同时钢丝绳在滚筒上经常缠绕留3圈绳，以防钢丝绳放空后将绳拽脱。

3.6本着保证安全的原则，当绞车钢丝绳不够长时，不允许使用有插接的钢丝绳，绳头必须符合《煤矿安全规程》第409条的规定，并且绞车保险绳不得低于牵引钢丝绳的直径。

（二）带式输送机安装标准及技术要求

1、机架中心线对输送机纵向中心线不重合度不应超过3毫米；

2、中间架支腿的不铅垂度或对巷道地面的不垂直度不应超过0.3%;

（1）中间架在铅垂面内的不直度不应超过长度的0.1%;

（2）中问架接头处左右、高低的偏移均不应超过1毫米；

（3）中间架间距的编差不应超过±1.5毫米，相对标高差不应 超过间距的0.2%;

3、拉紧滚筒在输送带连接后的位置，应根据拉紧装置的型式、输送带芯的材质、带长和起、制动要求确定，一般应符合下列要求：

（1)小车拉紧装置往前松动的行程不应小于400毫米，往后拉紧行程应为往前松动行程的1.5～5倍；

（2)对于绞车式或螺旋拉紧装置，往前松动行程不应小于100毫米；

四、绞车、回柱绞车地锚安装要求

1、使用两颗锚杆固定，锚杆长度为1.8米、直径不小于22MM（锚杆必须使用专用强力锚杆），锚杆间距为150mm。

2、锚杆上端用厚度为20mm的连接板（见附图）压牢。附：

1、地锚连接板图

2、井下调度绞车、带式输送机验收申请单

3、井下调度绞车、带式输送机验收表

机电技术科 2014年3月20日

绞车润滑外置油泵设计及应用 篇3

关键词：钻机  绞车  潤滑油泵  外置结构  QHSE

中图分类号：TE923.02  文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）11（a）-0036-01

近年来，随着国际油价在每桶100美元以上的价格持续走高，各石油出产国对于石油钻采设备的需求迅速增长，石油钻机用绞车的配套生产也随之增加，特别是机械传动绞车由于其价格低、维修方便，更加得到用户的喜爱。但是，以往这类绞车润滑油泵的设计是安装在绞车内部。润滑用齿轮油泵受径向拉力及转矩的作用容易损坏，更换油泵及调节润滑系统压力费工费时，极不方便，而且润滑油泄漏严重。针对这些情况，我们在查阅大量润滑油泵及其使用方法相关资料的基础上，根据绞车润滑系统的工作特性，确定了绞车润滑用外置油泵结构的设计应用，避免了润滑油泄露造成的污染环境，还减少了经济损失，满足钻井作业QHSE环保的要求，提高了井队的安全生产。

1 主要研究内容及原理

1.1 主要研究内容

绞车润滑外置油泵结构的主要研究内容如下。

（1）绞车润滑用齿轮油泵安装位置的设计，根据润滑油泵的安装位置，选用合理旋向和足够排量的油泵。

（2）绞车润滑用齿轮油泵传动总成的设计。

（3）吸油过滤器型号的选用及安装位置的设计。

（4）溢流阀型号的选用及安装位置的设计。

1.2 工作原理

绞车润滑外置油泵结构的动力来源于绞车的输入轴。以我公司生产的JC-70LDB绞车为例，绞车输入轴上安装Z=52，P=19.05的链轮通过2-3/4″链条126节驱动油泵传动总成上Z=19，P=19.05的链轮，输入轴转速417 r/min，传动比52/19，因此油泵可以获得1140 r/min的转速。油泵传动总成的主要结构是由链轮（Z=19）、传动心轴、两付32212轴承及外壳（轴承座）组成。链轮（Z=19）承受链条的拉力同时将转速1140 r/min的扭矩传递到CBGA63-2-X7（左旋）齿轮油泵，油泵与传动总成依靠可滑动花键形式连接，因此，油泵的安装既方便又可靠。

2 特点

我们参考行业标准SY/T5532-2002《石油钻机用绞车》，并严格按照API 7K-2005《钻修井设备规范》进行设计，具体介绍如下。

（1）吸油过滤器（NJU-160×180L）、溢流阀（MG20）、润滑用齿轮油泵（CBF-F63H右旋）型号选用合理。

（2）绞车润滑用齿轮油泵安装位置合理，润滑油泵传动装置安装在绞车架箱体内，油泵、吸油过滤器、溢流阀安装在整机箱体外。

（3）原结构油泵不但要传递扭矩同时承受径向拉力，一只油泵只能使用5～6个月。而外置油泵结构油泵在工作中仅承受轴向转矩，延长油泵使用寿命5倍以上。

（4）维修更换方便，缩短维修时间，提高了设备的正常使用时间。

（5）更换易损件及调节润滑系统压力时，没有润滑油泄漏，符合QHSE环保的要求。

3 现场应用

目前，绞车润滑外置油泵结构已设计安装在我公司新生产的JC50型、JC70型绞车共计22台，作业现场分布在国内东北、新疆、内蒙、陕北、中原、川西南，国外沙特、伊朗、哈萨克斯坦等地。经过近两年来的现场应用，该装置未出现任何故障。

4 经济效益分析

由于我公司研制的绞车润滑用外置油泵结构的应用，同老式绞车润滑用齿轮油泵内置结构装置结构相比，虽然单台增加制作费用0.1万元（传动转置），但是单台节约了润滑油泵易损坏问题出现的上井服务及材料费用和井队停钻修理费用约4.32万元（上井维修用车辆费用8 h×300=0.24万元，人工费用2人×8 h×50=0.08万元，井队停钻损失4 h×10000=4万元），相当于单台创效益4.32-0.1=4.22万元，每年按生产15台绞车计算，可创直接经济效益4.22×15=63.3万元。并且避免了更换润滑油泵时润滑油泄漏问题，得到用户的高度信任，间接提高了经济效益和社会效益。

5 安全环保评述

绞车润滑用外置油泵结构，在我公司新制造绞车的应用，使我厂设计制作的绞车在真正意义上做到了润滑、安全、可靠，密闭性好，噪音小，可维护性好，完全符合QHSE要求。

6 结论

（1）绞车润滑用齿轮油泵安装位置及结构合理，润滑油泵传动装置安装在绞车架箱体内，传动装置由两副轴承支撑，将扭矩传递给润滑油泵，油泵仅承受轴向载荷;油泵、吸油过滤器、溢流阀安装在整机箱体外，维修更换及调节润滑系统方便。

（2）通过绞车润滑用外置油泵结构的设计及应用，使我厂新制造钻机的整机性能有所提高。

（3）绞车润滑用外置油泵结构可推广应用于石油钻机链传动设备。

（4）绞车润滑用外置油泵结构的设计及应用，使绞车满足钻井施工中的QHSE要求。

参考文献

[1] 周士昌.液压气动系统设计运行禁忌47例[M].机械工业出版社，2002.

[2] SY/T-5532-2002 石油钻机用绞车[Z].

[3] SY-5306-87 石油钻采产品机械加工通用技术条件[Z].

绞车控制 篇4

目前煤矿, 井下辅助运输系统基本上都是采用绞车运输方式, 而绞车运输信号、开启操作没有严格的控制系统, 没有防护闭锁设施, 可以说任何人都可以随意操作。如:不是绞车司机可以开绞车, 不是信号工可以发信号, 不是当班安排的专职岗位工也可以发信号、开绞车。由此给绞车运输安全造成不可控的风险因素, 给绞车运输的管理造成困难, 经常发生绞车运输系统事故。

为了实现绞车运输安全管理, 规范岗位人员操作行为, 有效保证持证上岗, 落实专职岗位责任, 控制运输事故。研究开发绞车操作人员识别、绞车控制和通信信号为一体的绞车信号控制装置 (以下简称控制装置) , 是完善绞车运输安全和管理的有效手段。

1 组成及工作原理

控制装置主要由隔爆兼本安型绞车控制信号装置主机、本安型绞车控制信号装置辅机、本安型绞车控制信号装置用识别卡及屏蔽电缆等组成。

当识别卡距离主机0-5米范围之内时, 控制装置主机 (辅机) 读取识别卡的信息, 通过和设定信息比较, 确认该卡有效时, 可以对控制装置主机 (辅机) 进行操作, 控制装置主机输出3个触点来控制绞车的驱动防爆开关和语音报警装置;控制装置主机和控制装置辅机具有语音通讯、打点和急停功能, 当控制装置主机或控制装置辅机按下急停按钮时, 控制装置主机输出点断开, 控制绞车驱动防爆开关的断开。

2 装置特点

(1) 防:装置功能的实现, 把辅助运输的安全保护工作由以前的人防提高到技防的层面, 由主观的人为的遵章提升到客观的设备的限制。

(2) 管:装置通过人员识别的手段, 把当班班长、安监员、绞车司机、信号工的岗位管理及资格认证做到了有效管理。实现了切实的持证上岗, 解决了岗位工的年审问题, 由被动管理提升为主动管理。

(3) 查:装置的记录功能保证了每一次操作都有据可查, 为数据的追溯提供了可能, 打消操作工违章的侥幸心理, 降低绞车事故的隐患。

3 装置功能

(1) 识别:主机内设有识别模块, 当识别卡距离主机0-5米范围之内时, 主机即可读取识别卡的信息, 通过和设定信息比较, 来确认该卡是否有效, 当有效时, 才可对主机进行操作。识别卡的有效性可以通过键盘进行设定。

(2) 输出:主机具有控制输出功能, 输出3个触点来控制绞车的驱动防爆开关。

(3) 管理:通过专用软件对识别卡的管理, 来实现对操作工、岗位工的资格认证及时效管理。

(4) 控制:通过人员识别的手段, 做到当班班长、安监员、绞车司机三位一体的确认, 每班必须满足该条件方可开车。

(5) 通讯:主机和辅机之间具有单工语音通讯功能, 采用音频线直接音频传输, 提高了音频传输的抗干扰性。

(6) 记录:主机具有至少999次的操作记录, 记录内容包含操作时间、操作项、操作源、操作卡号等内容。

(7) 显示:主机和辅机可显示系统时间、显示识别卡号、打点次数、打点来源、输出触点状态及闭锁状态。

(8) 沿线广播功能

4 技术参数

(1) 额定工作电压Ue:AC127V (允许波动范围:75%~110%Ue) ;

(2) 工作频率:2.4GHz;

(3) 识别距离:≤5m;

(4) 输出信号为非本安型, 2路无源接点输出, 接点容量为AC36V/5A;

(5) 传输方式为直连传输, 最大传输距离2km;

(6) 通话及打点响度不小于85d B;

(7) 通讯电缆:六芯屏蔽电缆。

5 安装使用方法

根据煤矿井下斜巷运输布置形式, 绞车信号控制装置安装方式有两种。

5.1 布置方式一

(1) 安装方式见图1。

(2) 控制说明

主机控制磁力开关, 从而控制绞车的工作状况。开动绞车的条件为:1#辅机打点, 将打点信息传送给主机, 主机进行回点确认, 将信息返回给1#辅机 (即1#辅机打点, 主机必须要回点) , 此时主机才可开启绞车。实现二级转发的功能。

(3) 以下情况不能开动绞车:

(1) 2#辅机打点, 将信息传送给主机, 主机不能开动绞车;

(2) 主机打点, 但没有得到1#辅机的确认 (即1#辅机没有打点) , 主机不能开动绞车;

(3) 1#辅机打点, 主机没有回点, 主机不能开动绞车;

(4) 开动绞车的条件满足, 但允许操作超时 (时间可设置) , 主机不能开动绞车。需重新打点确定, 在规定时间内操作。

5.2 布置方式二

(1) 安装方式见图2。

(2) 控制说明:

主机控制磁力开关, 从而控制绞车的工作状况。开动绞车的条件为:1#辅机打点, 将打点信息传送给主机, 主机进行回点确认, 将信息返回给1#辅机 (即1#辅机打点, 主机必须要回点) , 此时主机才可开启绞车。实现二级转发的功能。

(3) 以下情况不能开动绞车:

(1) 2#、3#、4#辅机打点, 将信息传送给主机, 主机不能开动绞车;

(2) 主机打点, 但没有得到1#辅机的确认 (即1#辅机没有打点) , 主机不能开动绞车;

(3) 1#辅机打点, 主机没有回点, 主机不能开动绞车;

(4) 开动绞车的条件满足, 但允许操作超时 (时间可设置) , 主机不能开动绞车, 需重新打点确定, 在规定时间内操作。

6 现场应用及效果

2012年10月份, 在济宁二号煤矿北翼进风大巷第一斜巷安装了1套煤矿用绞车控制信号装置。该斜巷全长176米, 上变坡点至绞车房35米, 绞车型号为JD-5型调度绞车。控制装置布置方式见图1, 安装方案为绞车附近位置安装一台控制装置主机, 斜巷上变坡点信号硐室安装一台控制装置辅机 (1#辅机) , 斜巷下变坡点信号硐室安装一台控制装置辅机 (2#辅机) , 识别卡12个 (每台设备配4个识别卡) , 按三八制出勤考虑, 每班配备3个识别卡, 剩余3个识别卡备用。

作业人员经过现场培训后, 很快就掌握了控制装置的使用和设置方法, 能够完全替代现有打点信号装置, 实现了绞车控制、人员识别、通讯信号和打点记录等功能, 消除了一人多岗和无证上岗的现象。与原信号联系方式相比, 还增加了绞车司机的回点确认, 很好的避免了听错信号误行车的行为。同时还可以通过对识别卡的交接, 实现作业人员的现场交接班。该装置切实做到了对绞车运输的防、管、查, 很大程度上消除了运输事故的发生。

7 改进建议

(1) 由于运输作业人员多为老弱病、素质相对较低的一类人员, 绞车控制信号装置主机上按钮应该尽量减少、一目了然, 把不常用的系统设置按钮改为触摸屏式, 让绞车司机不可见, 使装置更加安全、便于操作。

(2) 行车打点信号应实现物理上的二级转发, 即斜巷所有打点信号都要通过上车场信号硐室进行转发, 斜巷其他所有信号源不可直接向绞车房发出开车信号, 减少司机不必要的确认。

(3) 控制装置主、辅机应该具备打点信号源的识别功能, 避免因打点与回点间隔太短, 出现信号累加的现象, 使装置的记录功能更加准确无误。

(4) 识别卡应具备低电压报警功能, 提示管理人员及时更换电池, 避免使用过程中出现电压不足影响作业的现象。

摘要：本文介绍了煤矿用绞车控制信号装置的结构组成、功能特点、工作原理及应用体会, 并对现场使用中遇到的问题给出改进建议, 对绞车运输控制、人员识别类产品开发提供了参考。

小绞车司机教案 篇5

第一节 绞车类型及特点

1、小绞车的种类：

答：小绞车主要担负采区的辅助运输（运送矸石、材料、设备等），常用的种类有JT800绞车、调度绞车、回柱绞车等。采区小绞车共同特点如下：（1）、绞车滚筒直径一般都在0.8m以下，容绳量较少，运输距离较短；（2）、绞车结构简单，整体性较好，安装方便，可以实施临时安装；（3）、电动机、开关、按钮等都具有隔爆性能，可适用于易燃易爆环境；（4）、无深度指示器、安全保险制动闸和各种保护装臵，对司机技术水平和责任心要求较高；

（5）、绞车故障较少，检查维护方便，但因适应性好、应用广、数量多，所以管理较难。

2、滚筒直径为0.8m的绞车如JT800/630型和JT800/630A型的组成：两者都是由电动机、减速器、主轴滚筒组成，不同点是前者采用普通圆柱齿轮减速器；而后者采用差动行星齿轮传动减速器，类似于调度绞车，可实现电动机不停机而滚筒停转的操作方式。

3、调度绞车：

调度绞车即为调度车辆的一种绞车，常用于井下采区煤仓装车站调度空、重载矿车，也可用于其它辅助搬运作业，国产调度绞车的型号为JD-11.4等。调度绞车是一种全齿轮传动机械。齿轮传动系统又称轮系。根据轮系传动时各齿轮轴线在空间的相对位臵是否固定，可分为定轴轮系和周转轮系。定轴轮系又有外啮合圆柱齿轮和内啮合圆柱齿轮传动之分，而周转轮系又有差动传动和行星传动之分。调度绞车的传动轮系既有内啮合圆柱齿轮传动，又有行星传动，所以调度绞车又称内齿轮行星传动绞车。

JD11.4型调度绞车的主要组成部分为滚筒装臵、制动装臵、机座和电动机。绞车滚筒由铸钢制成，其主要功能是缠绕钢丝绳牵引负荷。滚筒内和大内齿轮下装有减速齿轮。

绞车上共装有两组带式闸，左侧为工作闸，右侧为制动闸，在电动机一侧的制动闸用来制动滚筒；在大内齿轮上的工作闸用于控制滚筒运转。

机座由铸铁制成，电动机、轴承支架及闸带定位板等均用螺栓固定在机座上。电动机为专用隔爆三相鼠笼电动机。

JD-11.4型调度绞车采用两级内啮合传动和一级行星传动。ｚ1/ｚ2和ｚ3/ｚ4为两级内啮合传动，ｚ

5、ｚ

6、ｚ7组成行星传动机构。

在电动机5轴头上安装着加长套的齿轮ｚ1，通过内齿轮ｚ

2、齿轮ｚ3和内齿轮ｚ4，把运动传到齿轮ｚ5上；齿轮ｚ5是行星轮系的中央轮（或称太阳轮），再带动两个行星齿轮ｚ6和大内齿轮ｚ7。行星齿轮自由地装在2根与滚筒固定连接的轴上，大内齿轮ｚ7齿圈外部装有工作闸，用以控制绞车滚筒运转。若将大内齿轮ｚ7上的工作闸3闸住，而将滚筒上的制动闸2松开，此时电动机转动由两级内啮合传动传到齿轮ｚ

5、ｚ6和ｚ7。但由于ｚ7已被闸住，不能转动，所以齿轮ｚ6只能一方面绕自己的轴线自转，同时还要绕齿轮ｚ5的轴线（滚筒中心线）公转。此时ｚ6的运行方式很类似于太阳系中的行星（如地球）运行方式，所以齿轮ｚ6又称行星齿轮，其传动方式又称为行星传动。反之，若将大内齿轮ｚ7上的工作闸松开，而将滚筒上的制动闸2闸住，因ｚ6与滚筒直接相联，只做自转，没有公转，从ｚ1到ｚ7的传动系统变为定轴轮系，齿轮ｚ7作空转。倒替松开（或闸住）工作闸3或制动闸2，即可使调度绞车在不停电动机的情况下实现运行和停车。当需要作反向提升时，必须重按动起动按钮，使电动机反向运转。

JD—11.4型调度绞车特点如下：

（1）、基本传动原理与JD—11.4型调度绞车相同，采用两级啮合传动和一级行星机构传动。

（2）、行星机构同时并联两套行星轮和太阳轮，全绞车具有一组制动闸和二组工作闸，其中两组工作闸分别设在大内齿轮上和最外侧太阳轮上。

（3）、绞车额定上提力矩和额定下放力矩略有不同，额定上提力矩比额定下放力矩大。

（4）、绞车操作简单化，只要闸住不同的工作闸，即可改变绞车的提升方向，而不必改变电动机的运行方向。但操作程序必须正确，应先停住滚筒后，再作反方向运转操作。不得在滚筒未停稳情况下直接反转，否则将严重损坏齿轮及机构零件。

4、双星传动调度绞车：

双星传动调度绞车即为传动系统中采用两级行星传动的一种绞车。常见型号有JD—25（即JD—2型徐州产）和JD—55型（即JD—2型淮南产）等。JD—25型调度绞车特点是把原调度绞车滚筒腹内的两级内啮合传动，改为装在电动机侧的行星传动减速箱，简化了绞车滚筒腹内装配难度，使检修维护较为方便。

JD—40型调度绞车也是一种双行星传动绞车，两级行星传动都装在滚筒腹内，并采用浮动连接，达到尽量减小绞车外形尺寸的条件下，滚筒宽度较宽。增加容绳量，延长提升距离，在采区生产能力允许条件下，可代替采区上（下）山绞车使用；又因设计牵引力较大，可提升运输较笨重的综采综掘等设备。

6、提升钢丝绳

6.1提升钢丝绳是由一定数量的钢丝粘制成股，再由若干股加上绳芯捻制成绳。绳芯一般为纤维麻芯，起储油和“衬垫”作用。钢丝一般直径为0.4～4mm，材质为优质碳素结构钢，抗拉强度为1400～2000Mpa。钢丝的韧性分特号、I号和II号。韧性即为钢丝抗弯曲的能力。一般新绳，专用提升人员或人或物混合提升钢丝绳应使用特号钢丝制成；专用提升物料时，可使用I号钢丝制成；使用中绳的钢丝韧性则可分别为I号和II号。钢丝的表面有光面和镀锌两种，光面记号“光”；镀锌面标记有“甲”、“乙”、“丙”三种，甲镀层较厚，适用严重腐蚀环境，乙丙镀层顺序次之。6.2提升钢丝绳捻制:(一)按捻制方向分: 1)、按绳一股两者关系分：

右捻一绳中各股按右螺旋方向捻制成绳，记号：右。左捻一绳中各股按左螺旋方向捻制成绳，记号：左。2)、按绳一股一丝三者关系分：

同向捻（顺捻）一钢丝再股中的捻向与股在绳中的捻向相同，记号：同。交互捻（逆捻）一钢丝在股中的捻向与股在绳中的捻向相反，记号：交。(二)按股内不同层钢丝与钢丝接触方式分

1）、点接触钢丝绳。股内相邻层间的钢丝成点接触，一般示由直径相同的钢丝捻制而成。通常所说的普通钢丝绳就是点接触钢丝绳，记号：X，如6X7、6X19。2）、线接触钢丝绳。股内相邻层间的钢丝呈平行线接触状态。常用有西鲁式（X）挖林吞式（W）、填充式（T）、和封闭式（XW）。

3）、面接触钢丝绳。股中钢丝为异型，异型钢丝之间成面接触。(三)按断面排列方式分：

1）、圆形股一钢丝绳每股按圆形排列，股中钢丝直径相同，层间呈点接触状态，常见有6股7丝，6股19丝，6股3.7丝。一般钢丝绳为6股加一芯，个别也有8股加一芯的。记号：无。

2）、三角股和椭圆股一钢丝绳每股近似三角形或椭圆形排列，记号：△或O。3)其它

(1)、多层股不旋转钢丝绳一钢丝绳中各股分层排列，相邻层股的捻向相反，特点是受载荷厚旋转力较小。记号：多层股不旋转。

(2)、封股钢丝绳—常为独股绳，外层采用特殊钢丝，中心普通钢丝，刚性大，只作罐道或索道使用。记号：密封股。

(3)、钢丝绳—由直径较小的钢丝绳编织成带状扁钢丝绳，受载荷后不旋转，主要作摩擦式绞车的平衡尾绳用。6.3提升钢丝绳标记方法： 1)、点接触普通钢丝绳：

标记6X（7）—24.5—1550—I—光—右交—GB1102—74 2)、线接触钢丝绳：

标记6T（25）—15.5—170—I—光—右交—GB1102—74 3)、三角股钢丝绳：

标记6△(30)—37—1550—特—甲—右同—GB376—64 4)、多层股不旋转钢丝绳： 6.4 选用提升钢丝绳的原则: 当提升钢丝绳在绞车滚筒上作右螺旋缠绕时，则应选用右捻绳；反之，则用左捻绳。

同向捻的提升钢丝绳因较柔软、表面较光滑、耐疲劳性能好、寿命较长、所以在立井及斜井箕斗提升中应用较多，但缺点时易松散甚至可能打结，故在斜井串车提升中少用。交互捻钢丝绳虽然在性能上略差于同向捻钢丝绳，但因不易松散（又称松捻），所以矿井提升中常用交互捻钢丝绳。

线接触钢丝绳因其绳中相对钢丝较多、结构紧密、耐弯曲、耐疲劳、金属断面系数利用高，寿命长等优点已广泛应用，但其制造复杂，相对价格略高。点接触钢丝绳因结构简单、制造容易，故是应用最广泛的普通钢丝绳。面接触钢丝绳由于表面钢丝较粗、结构紧密、不易弯曲，故一般只作罐道钢丝绳使用，不作提升钢丝绳使用。

三角股钢丝绳因表面较光滑（与圆形股比较），增加了支承接触面积，可减轻钢丝磨损，提高使用寿命，故常用于深井和摩擦轮绞车提升。椭圆股钢丝绳一般都制作成多层股不旋转提升钢丝绳，这种绳是单绳缠绕式绞车的首选提升钢丝绳。

小绞车提升钢丝绳一般选用Ф15.5-6*19的同向捻钢丝绳.6.5提升钢丝绳的安全系数: 钢丝绳各钢丝拉断力的总和（不包括试验不合格的钢丝拉断力）与计算的最大静拉力（包括绳端荷重和钢丝绳悬垂长度的重量）之比。

为了保证提升安全，《煤矿安全规程》对单绳缠绕式提升装臵（绞车）用的钢丝绳在悬挂时的安全系数和在使用中的安全系数最低值作了如下规定（见表3—2）。

6.6提升钢丝绳的接头（插接）规定和要求: 当提升钢丝绳长度满足不了提升距离时，可以允许提升钢丝绳有接头（插接）加长钢丝绳，但只准在下列设备中使用：平巷运输设备；30º以下倾斜井巷中专为升降物料的绞车；斜巷无极绳绞车；斜巷架空乘人装臵；斜巷钢丝绳牵引带式输送机。

立井提升及斜巷提升人员的钢丝绳不允许有接头。钢丝绳接头（插接）质量要求如下：

1）、插接长度不得小于钢丝绳直径的1000倍。

2）、倾斜井巷运输用钢丝绳，在滚筒外部的接头数必须遵守下列要求：（1）运输距离小于600m时，只准有1个接头；（2）运输距离600～1000m时，不得超过2个接头；（3）运输距离大于1000m时，不得超过3个接头。

（3）、插接的两条钢丝绳，必须同型号、同直径，其两端插接长度应相等。（4）、填入钢丝绳内部的绳股，必须塞满除去麻芯的空间。

（5）、插接部位的直径与钢丝绳直径应基本相同，不得比原直径增加10%。（6）、各对应股相交的位臵均匀分布，不得有松弛现象。

（7）、应进行钢丝绳插接试样的拉力试验，插接段拉力的损失值不得大于原绳破断力的4%。

6.7提升钢丝绳的检查: 钢丝绳从出厂到使用，要经过运输、储存、安装等许多环节，使用中又受到环境影响，并不断承受拉伸、弯曲、锈蚀等作用，使钢丝绳不断发生断丝、磨损和锈皮，钢丝绳抗拉强度不断降低，又不能经常作试验，所以必须要加强钢丝绳的检查工作。

1)、检查周期：提升钢丝绳必须每天检查一次，平衡钢丝绳、架空乘人装臵钢丝绳、钢丝绳牵引带式输送机钢丝绳和井筒悬吊钢丝绳等至少每周检查一次。2)、检查项目：断丝、磨损和锈蚀三项。

3）、检查方法：人工目视检查；也可用棉纱包住钢丝绳，使绞车慢速运行，钢丝断头很容易勾起棉纱，方便地查出断丝部位；也可用钢丝绳探伤仪检查。断丝突出部位应在检查时剪去。钢丝绳磨损后，一般采用游标卡尺测定外径。各项检查结束后，将检查结果及时记入钢丝绳检查记录本，并向有关领导及时汇报。4）、使用中各种股捻钢丝绳在一个捻距内断丝断面积，筒钢丝总断面积之比达到下列规定时，必须更换：

（1）升降人员或升降人员和物料用的钢丝绳为5%。

（2）、专为升降物料用的钢丝绳、平衡钢丝绳、防坠器的制动钢丝绳（包括缓冲绳）和兼作运人的钢丝绳牵引带式输送机的钢丝绳为10%。

（3）、罐道钢丝绳为15%。

（4）、架空乘人装臵、无极绳绞车和专运物料的钢丝绳牵引带式输送机的钢丝绳为25%。

钢丝绳各钢丝直径相同，则可用断丝数与总钢丝数之比的百分数来评定。6.8使用中的钢丝绳磨损极限: 使用中钢丝绳以标称直径为准计算的直径减小量达到下列数值时，必须更换：（1）、提升钢丝绳或制动钢丝绳为10%；（2）、罐道钢丝绳为15%；

（3）、使用密封钢丝绳时，外层钢丝厚度磨损量达到50%。计算方法如下：

钢丝绳磨损后实际直径的测定，不应局限在一个或几个部位，对经常易磨损的区段应多加测点，不能依照各测点直径磨损百分值的平均值来进行判定，而是应取直径最小值来作计算判定。6.9钢丝绳锈蚀极限: 提升钢丝绳的钢丝有变黑、锈皮、点蚀麻坑等损伤时，不得用作升降人员。钢丝绳锈蚀严重，点蚀麻坑形成沟纹，外层钢丝松动时，不论断丝数或绳径变细多少，都必须立即更换。

7、绞车司机的安全操作

7.1小绞车司机操作规程内容如下：

一、一般要求:

1、小绞车（指各种内齿轮绞车及滚筒直径小于1.2m的运搬绞车）司机，必须经过技术培训，考试合格，持证上岗。

2、小绞车司机必须了解本设备的结构、性能、原理、主要技术参数、牵引能力及完好标准等，并会一般性检查、维修、润滑保养及故障处理。

3、须了解该绞车斜巷的基本情况，如斜长、坡度、变坡地段、中间水平车场（甩车场）、支护方式、轨道状况、安全设施配臵、信号联系方法、牵引长度及规定牵引车数等。

4、绞车硐室（或安装地点）应挂有司机岗位责任制和小绞车管理牌板（标明：绞车型号、功率、配用绳径、牵引长度、牵引车数及最大载荷，斜巷程度、坡度等）。

5、必须执行“行车不行人，行人不行车”的规定，并在斜巷上下口、中间水平车场等处安装示警红灯，由司机操纵，开车红灯亮，停车红灯灭。

6、绞车司机必须穿工作服，扎紧袖口，精力集中，谨慎操作；不得擅自离岗，不做与本岗无关的事情，行车时不准与他人交谈。

二、开车前的检查

1、小绞车安装地点（硐室），顶帮支护必须安全可靠，便于操作和了望，无杂乱异物。

2、检查小绞车的安装固定应平稳牢固，稳压支柱底座垫木无松动腐朽。用地锚或混凝土基础的小绞车要检查地锚，基础螺栓无松动、变位。目视查看滚筒中线是否与斜巷轨道中心线（提升中线）一致。安装在巷道一帮的绞车，其突出部位应距轨道外侧不小于400mm。

3、检查小绞车制动闸和工作闸（离合闸）。闸带必须完整无断裂，磨损余厚不得小于4mm,铜或铝铆钉不得磨闸轮，闸轮磨损不得大于2mm，表面光洁平滑，无明显沟痕，无油泥。各部螺栓、销、轴、拉杆螺栓及背帽、限位螺栓等完整齐全，无弯曲、变形。施闸后，闸把位臵在水平线以上30º～40º即闸死，闸把位臵严禁低于水平线。其它小绞车的工作行程不得超过全行程的2/3～4/5，此位即闸死。

4、检查钢丝绳：要求无折、硬伤、无打结、无严重锈蚀，断丝不超限；在滚筒上绳端固定要牢固，不准剁股穿绳；在滚筒上的排列要整齐，无严重咬绳、爬绳现象。缠绕绳长不得超过绞车规定允许容绳量，绳径符合要求。松绳至终点，滚筒上余绳不得少于3圈。保险绳直径与主绳直径应相同，并连接牢固。绳端连接装臵应符合《煤矿安全规程》规定。有可靠的护绳板。

5、检查小绞车控制开关、操纵按钮、电动机、电铃等应无失爆现象。信号必须声光兼备，声音清晰，准确可靠。

6、试空车：可松开离合闸，压紧制动闸，起动绞车空转，应无异常响声和震动，无甩油现象。

通过以上检查，发现问题必须向上级汇报，处理好后方可开车。

三、起动

1、听到清晰、准确的信号后，首先应送上红灯，向行人示警；然后闸紧制动闸，松开离合闸，按信号指令方向起动绞车空转。

2、缓缓压紧离合闸把，同时缓缓松开制动闸把，使滚筒慢转，平稳起动加速；最后压紧离合闸，松开制动闸，达到正常运行速度。

3、小绞车司机必须在护绳板后操作，严禁在绞车侧面或滚筒前面（出绳侧）操作，严禁一手开车，一手处理爬绳。

4、下放矿车时，应与把钩工配合好，随推车随放绳，不准留有余绳，以免车过变坡点时突然加速而崩断钢丝绳。

5、禁止两个闸把同时压紧，以防烧坏电动机。

6、如起动困难时，应查明原因，不准强行起动。

四、运行

1、绞车运行中，司机应集中精力，注意观察，手不离闸把，如收到不明信号应立即停车查明原因。

2、注意小绞车各部运行情况，如发现下列情况时，必须立即停车，采取措施，待处理好后再运行。

（1）有异常响声、异味、异状；

（2）钢丝绳有异常跳动、负载增大，或突然松弛；（3）稳压支柱有松动现象；（4）有严重咬绳、爬绳现象；（5）电动机单向运转或冒烟；（6）突然断电或有其它险情时。

3、司机应根据提放煤、矸、设备、材料等载荷不同，根据斜巷的变化起伏，酌情掌握车速。严禁不带电松车。严禁放飞车。

五、停车

1、接近停车位臵，应先慢慢闸紧制动闸，同时逐渐松开离合闸，使绞车减速。听到停车信号后，闸紧制动闸，松开离合闸，停车、停电。

2、上提矿车，车过上口变坡点，司机应停车准确，严禁过卷或停车不到位。

矿用调度绞车常见故障及预防措施 篇6

1、JDD4-22型号矿用调度绞车常见的故障

1.1JDD4-22型矿用调度绞车滚筒发生异响  JDD4-22型号矿用调度绞车在煤矿开采的过程中，由于使用的时间周期不断增加，使得绞车滚筒的螺丝发生松动，加大了支轮和铜壳之间的间隙，从而导致绞车滚筒的铜壳出现裂纹;同时对绞车的滚筒进行焊接时，就会导致固定绞车游动滚筒的螺丝发生松动，引起衬套与游动滚筒的滑动，并导致绞车主轴与衬套之间的磨损以及间隙不断的加大。另外，绞车的滚筒发生异响时，还会导致绞车的离合器发生松动。

1.2JDD4-22型矿用调度绞车滚筒的钢丝绳排列不整齐  JDD4-22型号矿用调度绞车在使用的过程中，如果没有对绞车进行合理的安排和布置，就会使得滚筒的钢丝绳在排列的过程中，没有按照相关的规定对其进行排列，从而导致排列结果不符合相关的要求。同时，绞车在运行的过程中如果出现缺油的现象，就必须要对其及时的加油，以防绞车的钢丝绳不能随着滚筒的不断变化而滑动，最终导致绞车的钢丝绳失去使用的效果。

1.3JDD4-22型矿用调度绞车在减速器運行过程中产生振动  调度绞车在运行之前，工作人员如果没有对绞车的减速器进行严格的检查，就有可能会导致绞车减速器在运行的过程中产生振动，而导致该种现象出现的原因则主要有以下4个方面：①减速器齿轮太过紧张和放松;②绞车各轴承之间间隙的扩大;③绞车的轴承以及减速器螺丝的松动;④绞车的减速器中掉入了其它的杂物。

1.4JDD4-22型矿用调度绞车制动闸的发热  绞车在煤矿开采的过程中，如果使用的周期较长，以及在用闸的时候操作过猛和过多，就会导致绞车的制动闸发热;同时，绞车如果没有电气动力制动系统也会导致绞车制动闸的发热;另外，绞车在使用的过程中如果闸瓦磨损的程度较大、螺丝出现松动、闸瓦以及闸轮安装的不正确都将会导致绞车的制动闸发热。表1为绞车电气动力制动系统的常见故障。

表1 绞车电气动力制动系统的常见故障

2、JDD4-22型矿用调度绞车常见故障的解决措施

2.1JDD4-22型矿用调度绞车滚筒产生异响的解决措施

当JDD4-22型矿用调度绞车的滚筒发生异常时，维修人员要对其进行以下2各方面的检查和预防：①当绞车滚筒在运行的过程中产生异响，操作人员就必须要立马停止绞车的运行，对绞车进行详细的检查，并根据检查的结果，对滚筒产生的异响问题进行处理;②绞车连接杆件的松动与断裂，会使其发生位置的移动和振动，以及滚筒筒壳强度的不够，也将会导致绞车变形，因此，面对这一系列的问题，就必须要对绞车的滚筒进行更换和加固，对筒内进行补焊的工作。当绞车滚筒的异响程度较低时，只需要对绞车的负载进行减少，异响程度较高时，就必须要对绞车的滚筒进行及时的更换，避免故障的不断增加。

2.2JDD4-22型矿用调度绞车钢丝绳排列不整齐的解决措施

绞车滚筒钢丝绳的排列不整齐，绞车在运行的过程中就会导致钢丝绳的堆积，从而对绞车的护绳板造成损坏，当钢丝绳堆积的高度超过绞车滚筒的高度时，钢丝绳就会出现在筒外并滑落，轻则将会导致绞车断丝的现象，重则就会导致绞车的钢丝绳断裂，绞车不受操作人员的控制，为工作人员的安全带来严重的威胁。因此，面对这一系列的问题，就需要维修人员根据情况的大小，采取相对应的解决措施。如果是绞车在安装过程中出现的问题，操作人员就必须要及时的上报，并要求机修人员对其进行修理;如果是操作人员在操作的过程中，出现操作不当，而引起钢丝绳排列的不当，就要对工作人员的进行培训，规范工作人员的操作方法，从而减少故障的发生。另外，在对绞车安装的过程中，安装人员必须要具备专业的技能以及丰富的经验，按照相关的规定对绞车进行安装和保养，从而确保绞车的正常运行。同时，在绞车使用的过程中，机修人员要对绞车进行定期的检查，并对发现的问题及时处理，从而为绞车滚筒钢丝绳排列整齐提供一定的保障。

2.3JDD4-22型矿用调度绞车减速器产生问题的解决措施

绞车在运行的过程中，如果绞车的减速器发生异响和振动，并没有对其进行及时的预防和处理，就会给绞车的运行带来严重的后果。因此，当绞车的减速器产生振动和异响时，机修人员就必须要对减速器齿轮之间的间隙进行适当的调整，使其处于正常的位置，并根据振动、异响程度的大小，更换减速器的齿轮、使用适合的润滑油;如果减速器内部出现了其它的物质，就必须要立即停止绞车的运行，将杂物进行排除，进而对绞车运行过程中出现的故障进行避免。

2.4JDD4-22型矿用调度绞车制动闸发热的解决措施

绞车在运行的过程中由于受到许多因素的影响，导致绞车的制动闸出现发热的现象，面对这种情况，就需要对其进行以下2个方面的调整：①在绞车制动闸操作的过程中，要对操作的方法进行不断的研究和探索，并总结操作的经验，从而提高工作人员的操作水平;②在进行重物下放时，要对其严格地控制，不能操作过猛和频繁，并定期进行检查和维护，为绞车的安全运行提供可靠的保障。

3、结语

绞车控制 篇7

煤矿辅助运输是整个煤矿运输系统不可或缺的重要组成部分。目前, 国内大多数煤矿的辅助运输设备以小绞车、小蓄电池机车等为主, 辅助运输系统采用多段分散的传统运输方式, 不能实现从地面或井底车场到采区工作面端头的直达运输[1]。无极绳牵引绞车是用于煤矿井下巷道的以钢丝绳牵引的普通轨道运输设备, 适用于在长距离、大倾角、多变坡、大吨位工况条件下的工作面顺槽、采区上 (下) 山和集中轨道巷等系统行驶线路内材料、设备的直达运输, 是替代传统小绞车接力、对拉运输方式, 实现重、轻型液压整体支架和矿井各种运输的一种比较理想的运输装备。随着无极绳绞车电动机功率的增大, 直启或可控硅降压软启等启动方式已不能满足大负荷变速控制的应用需要, 因此需开发专门的无极绳绞车变频控制系统[2]。

1 系统功能

控制功能:实现无极绳绞车的启停、急停控制, 轻载、重载控制, 变频调速控制及上行、下行控制;

保护功能:包括上过卷、下过卷、超速、低速、过压、过流、堵转等保护, 保证绞车在出现故障的时候能够立即停车。

显示功能:提供全面、直观的双重显示功能, 包括操作台上的指示灯、数码管和液晶屏的显示。液晶屏显示分为两部分:一方面显示与操作台指示灯和数码管同样的状态信息;另一方面显示绞车的运行轨迹、当前位置和速度, 并在上坡、下坡、岔道等关键点处设置提醒标志, 提示工作人员发出相应的加速、减速、停车等命令。

语音提示功能:当绞车运行到上坡、弯道等关键点前方的一定位置时, 系统会自动发出语音提示信号, 提醒操作人员进行相应的加、减速控制, 以保证绞车以安全的速度通过这些关键点。

应急运行功能:系统具有正常运行和应急运行两种运行方式。应急运行是在PLC或者变频器出现故障且暂时无法恢复的情况下, 为了保证不影响绞车工作而采取的一种运行方式, 可通过直接控制磁力启动器来实现绞车的启停及正反转。

2 系统组成及原理

无极绳绞车变频控制系统主要由无极绳绞车操作台、矿用隔爆兼本质安全型交流变频器、矿用本安型速度传感器、信号急停控制箱、矿用本安型过卷开关、斜井无线通信/信号基台组成, 如图1所示。

照明综保为操作台提供127 V工作电源。操作台采集变频器、各传感器、漏泄系统、打点系统的状态信号, 并对这些信号进行处理, 根据处理结果对变频器进行控制, 从而控制无极绳绞车的启停、换向、调速、抱闸。同时在操作台和液晶屏上实时显示采集到的信号, 液晶屏显示的信息与操作台显示的信息互为备份。

在绞车运行前, 操作人员按下操作台上的“预告”键可进行启车前语音提示。当绞车运行到上坡、下坡、岔道、弯道等关键点处时, 系统会自动降低绞车运行速度, 保证绞车安全通过这些关键点;通过关键点后, 系统自动恢复绞车原来的速度。

系统使用的传感器主要有速度传感器、位置传感器和过卷开关。速度传感器为PLC提供绞车运行速度和距离信号;位置传感器安装在绞车运行的起始位置上, 绞车运行到该位置时位置传感器清零, 防止产生累计误差, 导致错位停车;过卷开关实现对绞车的过卷保护功能, 一旦PLC检测到该信号, 则立即使绞车停车, 以防发生意外[3]。

3 系统现场应用

甘肃华亭煤电股份有限公司下辖的华亭煤矿某工作面巷道总长为1 200 m, 最大上坡坡度为9°。该矿采用国内首套双绳牵引无极绳绞车 (采用160 kW变频电动机) 及无极绳绞车变频控制系统来实现工作面38 t液压支架的整体搬迁。绞车运行时, 无极绳绞车变频控制系统的显示界面如图2所示。

运送液压支架时, 操作台工作在重载模式下, 电动机频率可达50 Hz, 绞车运行速度为0.8 m/s, 通过操作台手柄可控制绞车运行速度。在平巷运行时电流为50～60 A, 运行到最大坡度时电流达到100 A。在系统控制下, 绞车能够平稳启动。在上坡、下坡、弯道等关键点处, 系统能够自动减速, 保证绞车顺利通过。绞车在运行过程中有泄漏通信急停、打点急停、过卷保护多种措施, 在出现问题时能够及时停车, 保证绞车安全运行。

无级绳绞车空车返回时, 操作台工作在轻载模式下, 电动机频率可达100 Hz, 绞车运行速度为1.6 m/s。

采用无极绳绞车变频控制系统后, 该矿在不到

1个月的时间内完成了120多个液压支架的整体搬迁, 大大缩短了液压支架的运输时间, 提高了工作效率。

4 结语

介绍了矿用无极绳绞车变频控制系统的功能、组成原理及其在华亭煤矿的应用。应用结果表明, 该系统可以有效、可靠地实现对无极绳绞车的启停、调速控制, 提高工作效率。

参考文献

[1]李慧, 陈兴江, 陈斐.一种矿用无极绳连续牵引绞车综合保护装置[J].工矿自动化, 2010 (6) :120-122.

[2]马智民.一种新型稳车变频调速集控系统的设计[J].工矿自动化, 2009 (8) :116-118.

绞车控制 篇8

液压绞车因具有防爆性能优越、价格合理等优点, 目前在皖北矿区立井开拓方式的矿井中得到广泛应用, 其运行状况、运行效率直接影响矿井安全高效生产。

1 现状分析

目前皖北矿区所使用的液压绞车主要由绞车司机进行手动操作, 绞车司机通过操作减压式先导阀改变泵的排量达到控制绞车的速度。因该液压系统自身受参数慢时变、非线性、变量泵调节死区等影响, 导致进入液压马达的流量不稳定, 易造成调速精度低平稳性差等缺点。另外, 由于液压绞车为手动操作, 绞车司机在操作过程中的操作行为、操作熟练程度等也影响绞车运行速度及运行质量, 尤其在停车点和减速段等极易引起压力冲击和震荡, 危及煤矿安全。

2 液压绞车电液比例控制系统组成

针对目前防爆液压绞车存在的平稳性差、调速精度低、驱动与制动协同性差、自动化水平低等问题, 在原有JKY型液压绞车的液压系统基础上, 提出增加电液比例控制阀、操纵手柄、旋转编码器、控制器等部件, 组成具有结构简单、操作灵便、安全可靠的具有防爆功能的绞车液压电液比例制动系统控制装置, 以形成对矿用液压绞车的速度、制动力等可以精确调节及运行状态进行实时监控的操作系统。该系统由电液比例驱动、电液比例制动、补油及热交换和调绳4个子系统组成。

3 液压绞车电液比例控制系统工作原理

防爆液压绞车电液比例控制系统如图1所示。

该系统的驱动系统是液压绞车的重要组成部分, 防爆液压绞车电液比例驱动系统针对以往的电液驱动系统中因自身具有的参数变换慢时, 经常出现的变量泵调节存在死区影响液压马达流量不稳定、液压马达调速精度低等问题, 在元驱动回路上增加驱动手柄、控制器、放大器、电磁换向阀、电液比例减压阀、旋转编码器等元器件而形成的新系统。该套系统可替代以往的减压式先导阀, 达到精确调节泵流量的作用。

电液比例减压阀通过电磁方向阀与比例油缸相连接;驱动手柄可输出0~10 V电压信号给控制器, 驱动手柄作为一种自带双向开关, 可分别与电磁转向阀的左右电磁铁相连接, 以达到控制电磁转向的作用, 改变油缸活塞杆的输出方向, 从而达到液压马达具有双向旋转的功能。

在自动控制模式下, 驱动系统处于闭环, 控制指令来自于控制器, 且为梯形信号, 而驱动手柄仅起开关作用[1], 如图2所示。

在手动控制模式下, 驱动系统处于开环, 控制器不参与控制仅起联通作用, 控制指令来自于驱动手柄。其工作原理如下:驱动手柄扳动某一角度, 在控制液压马达旋转方向的同时, 控制信号通过控制器向放大器输入一定的电压, 电液比例减压阀根据所接受电压的大小来调节比例减压阀出口压力, 控制变量泵的排量, 控制马达的转速, 且驱动手柄扳动角度越大, 液压马达的转速越高。如图3所示。

制动泵站为制动回路提供独立油源, 电液比例溢流阀接制动泵的出口, 防爆液压绞车电液比例制动系统控制原理如图4所示。具体工作原理如下:当液位手柄处于左位时, 制动液压油通过转向阀进入盘闸, 绞车司机按下制动手柄, 向放大器输出信号, 通过比例溢流阀调节溢流压力, 控制盘闸内的液压压力, 以此起到调节马达制动力的作用。

如重载启动时, 延迟并缓慢松闸, 可防止“坡起负载瞬时下滑”现象。特别是重载下放, 将使马达带一定制动力运行, 可防止超速下放;停车时, 延迟并缓慢紧闸, 可避免“停车时系统压力冲击”现象。

4 项目研究的意义

自2013年起, 祁东煤矿与中国矿业大学联合开始项目攻关, 开展对液压绞车的电液比例控制系统与状态监测的研究, 提高了煤矿液压绞车的自动化控制水平, 降低了绞车司机的劳动强度, 保障绞车安全可靠高效地运行, 实现了防爆液压绞车的电液比例闭环控制, 彻底改变目前祁东煤矿液压绞车的手动控制方式, 从根本上提高了液压绞车的调速特性和控制自动化水平。该系统实现了绞车的制动压力可调, 增强了驱动与制动的协同性, 彻底避免“坡起负载瞬时下滑”与停车制动时系统压力冲击现象。

此次开发的绞车控制器及状态监测系统, 实现了防爆液压绞车的测控一体化。此次针对液压绞车的改造, 具有改造成本小、改造周期短等特点, 且新旧系统并存、互不干扰, 增加了控制余度, 安全系数大大提高。

摘要：通过对液压绞车实用过程中存在的问题进行系统分析, 提出增加电液比例控制阀、操纵手柄、旋转编码器、控制器等部件, 组成具有结构简单、操作灵便、安全可靠的具有防爆功能的绞车液压电液比例制动系统控制装置, 以形成对矿用液压绞车的速度、制动力等可以精确调节及运行状态进行实时监控的操作系统。该系统在祁东煤矿的成功应用, 对提高液压绞车的安全运行、保障矿井安全生产起到了积极作用。

关键词：防爆液压绞车,电液比例控制系统,电液比例驱动系统,调绳系统

参考文献

绞车控制 篇9

绞车是一种通过卷筒缠绕钢丝绳或链条来牵引或提升重物的起重设备, 由于具有重量轻、体积小、起重量高、移动方便等优点, 而被广泛应用于煤矿生产的人员升降、矸石运输、设备转移、以及矿渣填充等作业中, 并因牵引力大、适用性强的特性, 极大地减轻了在矿井作业中工作人员的劳动强度。调查表明, 目前我国煤矿绞车在实际使用中的问题主要集中在以下两个方面:首先, 费用过高、能耗过大是煤矿绞车运行的明显缺陷, 由于传统绞车常利用串联电阻进行调速操作, 而串联电阻系统的耗电量高, 其能耗成本接近设备运行整体成本的80%, 但耗电量中有很大一部分都由于井下轨道实际负载的变化而损失了;另一方面, 调速电阻的控制需要技术人员在掌握其工作原理的基础上, 根据经验对各种运行情况进行判断, 而由于误判造成的钢丝绳被拉断、翻矸斗过卷或拉翻等问题均较为常见, 加之串联电阻电路的接点多, 往往会造成与行程开关配合困难的问题, 导致不动作、误动作等问题的发生, 造成运输过程的安全生产得不到保障。此外, 为确保设备运行的安全性与稳定性, 通常要求绞车维修养护人员的数量多、技术高, 这又使人力资源成本进一步提高。可见, 串联电阻等传统的电控方式既不利于矿山生产安全性和经济性的实现, 也不符合国家节能降耗的“绿色煤矿工业”的发展思路。而要改变这一现实, 达到优化系统、节能增效和净化环境的效果, 将PLC变频技术作为首选, 对绞车电气控制系统进行节能改造势在必行。

1 PLC电控系统的组成

组成PLC电控系统的单元主要有:电源模块、中央处理器 (CPU) 、外部设备编程器、存贮器、以及包括扩展接II与外部设备接口在内的输入/输出接口, 并由电源总线、数据总线、地址总线与控制总线将各单元相连接, 外部则配置相应的控制对象与控制装置。PLC电控系统可因其结构的柔性而分为固定式 (包括CPU板、I/0板、显示面板、内存块、电源等) 与组合式 (包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块等两种, 前者是一个不可拆卸的整体, 而后者可以根据实际需要按一定的规则进行组合, 可扩展性更高, 因而也具有更加广泛的应用空间。

目前, 我国煤矿绞车所选用的PLC变频控制系统多选用660V、50Hz的电源, 电压的波动范围控制在±10%, 允许的频率波动范围通常为±2.5%。根据实际运行需要, 可将输出功率设置在200k W, 并确保0~50Hz的输出频率, 从而保证绞车作业能安全、高效地进行。系统应为实际生产中不同的运行环境设置保护功能, 以解决设备的过流、过压、欠压等常见问题, 且应以自动转矩提升功能的设置, 确保处于低频运转的绞车能够满足额定转矩的规定要求。

电气控制可采用双PLC全数字控制系统, 两套PLC与硬件电路互相冗余, 完成绞车的提升控制与数字监控系统, 并同时在PLC故障时能够分别完成临时应急提升。其中防止过卷装置、过速装置、限速装置和减速功能保护应设置为相互独立的双线形式。系统的声光信号与控制回路应具有闭锁功能, 并以30天作为标准, 保留信号发出的次数以及时间记录。检修时将绞车运行速度设置在0.3m/s~0.5m/s为宜, 并应可调整为手动操作状态。为确保检修工作的顺利进行, 操作台还应设置深度、速度、电压、电流、油压温度等指示, 以确保工作人员获得的数据全面、准确、直观。

2 电控系统的运行过程

绞车的启动要求满足开车信号、开车方向、速度给定信号、与使能信号都具备的条件, 并打开工作闸。而电控系统的控制原理正是基于这一要求, 其运行过程由初始化开始, 主要包括允许同步位的设置, 绞车正转、反转、以及运行等关键位的设置, 进行一系列的计算, 如上、下同步点的脉冲数, 油压零位等。其次, 系统开始逻辑操作和集中控制, 并判断安全回路是否正常。若软件安全回路出现错误, 系统将利用安全闸断开液压站的电源, 使其无法无法开机。

如判断为轻故障, 则施工作闸, 且发不出开车信号和使能信号, 设备同样处于不能开机的状态。若安全回路一切正常, 则检查是否收到开车信号。在有开车信号、开车方向且硬件安全回路正常的条件下, 开工作闸信号分为三种情况: (1) 手动和检修方式下, 工作闸手把不为零位; (2) 半自动方式下选上/下按钮和选择提升/下放; (3) 自动方式下的确定按钮。在有开车信号和硬件安全回路正常的条件下, 速度给定信号也分为三种情况: (1) 手动和检修不提人方式下, 主零手把后拉并选择提升或主零手把前挂并选择下放; (2) 检修且为提人方式下直接输出; (3) 半自动方式和自动方式下, 没有停车按钮且绞车速度>0.6 m/s。使能输出信号送到变流器柜, 变流器根据它才允许主电流输出, 启动绞车。绞车启动后, 将按照既定的速度曲线运行。再次, 应判断是否到同步点并判断是否校正系数, 此时系统开始执行灯显示、灯测试等程序。并把前面所作的工作, 输出到指示灯, 为操作和维护人员工作和维护作指示。最后, 系统将判断是否到定时中断时间。如到则执行程序完成轴编码器的计算速度后返回, 如未到则重新开始。

3 PLC的应用对绞车运行状态的改善效果

从将上述技术应用于煤矿绞车电控改造的实际效果来看, PLC变频技术主要在以下几方面具有突出的优点:首先, 新系统大大降低了绞车的运行成本。变频技术使运输循环中调速运行时间所占的比例相对增加, 直接降低了设备运行的能源成本35%以上, 并因减少电流冲击而降低了设备的故障率, 有效减少了设备的更换、维修及时间成本。其次, 绞车负载随电机转速而变化, 而变频技术具有精确的负载控制功能, 可以确保负载量与设备输出相匹配, 因此, 绞车电气控制的精确程度也得到了大幅提高。此外, 通过对设备停启、加减速的控制, 设备机械部件与电气元件所受到的冲击都得到了缓解, 煤矿运输系统运行的安全性和可靠性也得到了进一步的提升。

4 结束语

作为我国煤矿工业技术革新的重要标志之一, PLC变频技术在煤矿绞车电气控制中体现出的种种成效都说明了进行设备节能改造的必要性和可行性。改进中应将变频系统的性能与煤矿生产的具体情况相结合, 根据实际运输需要对PLC模块进行灵活组合, 使其充分发挥与作业条件相匹配的先进控制功能。相关技术人员应认真研究PLC变频的工作原理与技术特点, 将之逐步应用于矿山风机、水泵等其他设备的电气控制中, 为实现我国煤矿工业技术的全面发展贡献力量。

参考文献

[1]田玉丽, 刘东晓.平煤集团六矿矸石山绞车电控系统的改造[J].煤矿机械, 2010 (3) .

[2]范正翘.电力传动与自动控制系统[M].北京航空航天大学出版社, 2003.

[3]马修成.基于变频技术的煤矿机电设备应用分析[J].中国新技术新产品, 2009 (10) .

绞车控制 篇10

1 绞车系统结构

采用自动送钻工作方式,绞车的动力由一台AC-DC-AC交流变频器驱动的功率为的交流电机提供。绞车系统与自动送钻系统的机械结构如图1所示。绞车系统包括滚筒、自动送钻电机、大绳、天车、游车、井架和大钩。滚筒在井架平台旁边下方;天车在井架顶端,有5个定滑轮;游车有5个动滑轮,底部与大钩相连;大绳一头固定在滚筒上,在滚筒上缠绕数圈后,绕过天车上的5个定滑轮与游车上的5个动滑轮,最后另一头固定在死绳拉力传感器上。

绞车系统的附属安全部件包括液压盘式刹车、电磁涡流刹车、滚筒编码器、死绳拉力传感器和天车防碰器。安全制动系统有两个:液压盘式刹车和电磁涡流刹车。液压盘式刹车的原理是每个刹车片后有一个弹簧,弹簧前与一个刹车液缸相连,当系统提供6.3MPa液压时,刹车液缸向后,刹车片不与刹车盘接触,此时不刹车;随着液压的减小,刹车片开始与刹车盘接触,即开始制动,当系统液力减小为0时,弹簧全部伸展,此时刹车力很大[1]。液压盘式刹车的应用是和它的优越特性分不开的,它具有盘式刹车的操作手感好等许多特点,在设计中考虑到了液压控制系统施加的力和刹车力矩之间的比例关系,增加了刹车系统和增力机构之间的关系。电磁涡流刹车无摩擦、使用简便且维护工作量小,低速仍有较大制动转矩,是石油钻机理想的辅助刹车。目前国产电磁涡流刹车的配套电源多为SCR元件的半控整流桥方式,而进口电磁涡流刹车则采用直流PWM方式,但二者最终都是依靠控制励磁电流大小来调节刹车转矩的[2]。

2 自动送钻系统

2.1 简介

当选择自动送钻工作方式时,司钻可从触摸屏上设定下钻钻压,经程序处理及PID整定后,输出到自动送钻电机,钻压通过传感器反馈到控制装置,与给定速度比较后再输出到PID调节器,形成闭环控制(图2)。调节器根据偏差值的大小,按照PID控制规律运算得到输出值u,此值就是压力阀的输入电压,比例压力阀根据此电压调整进入刹车液缸的油压力,以便调整刹车力,从而减小偏差值,直至等于SV。

所谓“自动送钻”就是使钻头以恒定的钻压向下前进,钻压=最大悬重-当前悬重,而最大悬重是一定的(游车+大钩+钻杆数×360kg),只需从死绳拉力传感器中得到当前悬重,就可以算出钻压,然后自动送钻电机会在程序的控制下进行起、下钻作业。自动送钻系统流程如图3所示。

2.2 软件准备与系统连接

为了实现自动送钻,首先建立自动送钻变频器与PLC之间的通讯,它是通过Profibus总线和通讯程序连接的。需要给变频器设置一个总线地址,并且规定一段空间用来存放从变频器传上来的数据,因此在编写程序时,定义一个数据块(DB块),以便存放数据和变量。接下来实现变频器在软件中的控制。在这些信息通过Profibus 在变频器和PLC的CPU之间传输时,这个DB块是变频器信号进入程序的第一站,并把它们变成程序中的变量,而后就可以根据工艺要求编写程序并在程序中引用这些变量。在连接时,要非常注意Profibus线屏蔽层的连接,因为屏蔽层直接连在总线连接器上,如果屏蔽层的金属丝在总线连接器里发生短路,将直接造成总线连接器和变频器通讯板的烧毁。

3 游车位置的控制

3.1 绞车结构分析

在生产中,必须防止运动中的游车下砸到钻井平台或上行撞到天车后掉下反砸到钻井平台,造成人员伤亡和设备损坏。所以在程序中设定了停车上、下限和防碰上、下限,并以游车的上延为参考零点,具体尺寸如图4所示。从图中可以看到,钻井台面到天车的距离是42m,游车在运动时不能撞到天车和台面,所以设天车下延和台面分别为停车上下限;游车从正常运行到停下来有一个减速过程,再设两个防碰上下限;由于以游车的上延为参考零点,所以设防碰上限为2m;游车加大钩长5m,即防碰下限为7m。这时需要知道游车的实时位置,才能对游车进行控制。游车的位置是通过数绞车上的大绳层数得到的。已知大绳直径为32mm,绞车滚筒长为1 171.5mm,即一层大绳有36圈,而对第1层大绳来说,其直径应为滚筒直径D0+大绳直径D1,即644mm+32mm。

3.2 软件实现过程

通过对游车位置的分析计算可得到:

S计算=2037S实际 (1)

在程序中,计算值与实际值之间的系数是2 037,实现了程序的准确性和可实现化。在软件中,也是根据这一方法做的,具体软件实现过程为:Cm代表每层圈数,为了调整计算精度,计算前都要把整型数据变成双整型数据,给每层圈数值乘以64,CmD就等于把每圈绳64等分对每一等分进行计算,这样就把计算精度提高了64倍,就是提高了精度的每层圈数;然后就是计算系数,其中L为绳系值,也就是大绳从天车上的定滑轮到游车上的动滑轮绕了多少圈,为了放大精度在分子上给绳径D1和筒径D0分别乘以1 000,但为了防止运算溢出再分母上绳系值乘以10,这样各层的每转绳长系数Kn为:

undefined (2)

有了以上这些准备,就可以计算各层的每转绳长系数Kn,由于从第2层开始每层直径增加了约1.732倍,所以从第2层开始计算系数时,需加上前一层的基数D11732。判断绳缠到第几层数据的求法为:对于第1层,直接把每层圈数Cm转化成双整型,再乘以64,就得到放大了64倍的第1层的圈数J1D,而第2层就要加上上一层的圈数J1后,才能放大成第2层的圈数J2D,J1D和J2D将和输入的圈数作比较,用来判断现在滚筒已经滚到了第几层,从而为计算出游车的位置做好准备,计算基准圈数。Z0表示当前层数,它减去1再乘以每层圈数Cm就得到当前的满层圈数A5,A5再加上当前圈数Cset就得到当前的所有圈数CA0D,通过程序设计实现(Z0-1)C1+Cset=C0的功能。根据滚筒编码器的每转脉冲数值PPC和64比出一个系数XI,相当于把每转脉冲数值缩小了64倍,以便后边程序中计算圈数,用实时滚筒编码器的数值P_VALUE除以系数XI,得到扩大CB64倍后的圈数,然后再除以64将其还原,这个圈数再加上上面计算得到的基准圈数CA0,就是现在大绳已经缠到了第几层、第几圈,知道了这个数据,将它扩大64倍,用这个圈数与上面求得的判断绳缠到第几层的依据数据JnD进行比较,就可知道现在绳缠到了第几层、第几圈,这个数值与上面求得的各层的每转绳长系数Kn相乘就得到实时绳长,假设判断CAJ1,也就是绞车滚筒只缠到了第1层,然后乘以第一层的每转绳长系数,就得到了实时绳长SDJS,当然,对于大于一层的情况要先判断大绳到底已经缠到了第几层,假设J1CAJ2,也就是大绳已经缠到了第2层,然后减去整数圈,算出最外面一圈的绳长SDP,再加上里面的整数层的绳长S1_S,就得到实时绳长SDJS,每当按下游车高度计算按钮或绳系计算按钮时,设计一个程序将上一次停车时的绳长SDJS转变成本次的基准绳长SD0,再减去本次实时的绳长,就是本次的游车位置数据SD,并将它通过#SD_OUT输出到外部端口显示在触摸屏(HMI)上,供司钻参考。

4 绞车防碰系统

4.1 防碰系统的分析

4.1.1 游车安全的数学分析

通过上面的程序处理,可以确定游车的实时位置,但最终目的是在游车运行高度超过安全范围时,程序自动启动安全措施,避免事故发生,并给操作人员以提示。为了保证绝对安全,留够足够的安全距离,以绞车滚筒最大转速n=1 470r/min来计算,同时在自动送钻变频器里人为设定减速时间T=5s,就能算出绞车以最大速度减速停下来所需要的转数R0:

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为了方便CPU在处理数据时程序和变频器参数的输入,对速度作以标定,即把最大速度n=1 470r/min转化为一个数值——16 384,这样从变频器读上来的速度也是一个数值v。

根据游车减速原理可得速度v减至停车所需的圈数为:

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因为游车的绳系已知,即滚筒到游车的减速比i已知,折算到滚筒上,P0为每转脉冲数,就得到绞车从当前速度减速到0所经过的脉冲数:

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4.1.2 防碰位与停车位的提出和解决

一般在生产实际中游车最多只能走到某一位置(停车位),再继续运动下去就会发生事故,但是不知道以当前的速度,从哪里开始减速游车才能安全地停下来。该问题的数学理论方案为:在游车开始运动时有一个相对零位,并可用上一节所描述的方案求得从大绳在滚筒上的一端到这个相对零位的绳长S0,设定游车的停车位为ST,这样就可以求得相对停车位ST-S0,然后用上一节所描述的方案求得所在的层数,例如:S3

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再用PT减去从绳头到相对零点所经过的脉冲数,就可得到实际的从启动到停车一共要经过的脉冲数:

PT1=PT-P0[(Z0-1)C1+Cset] (7)

可以得到启动后经过多少个脉冲游车就得开始减速,即防碰位的脉冲数:

PJ0=PT1-PJ (8)

4.2 软件实现过程的计算思想

在防碰程序中使用上一节程序计算得到的数据及信号,可调用游车高度计算程序。通过判断游车的运行方向来选择计算防碰上限还是防碰下限,选择之后把F17模块的计算结果传递到本程序块的变量。例如,把井架上限位DRILL_UPLIM_I输出给高度设定值S_SET,这时,从调用F17模块模块,也就是游车高度计算模块中就会输出游车位置P_OUT,把P_OUT再转移给上停车位POUT_UP,并给系统5s的计算时间,即得到游车在上行过程中的上停车位,当然程序中上行和下行是互相置位的,所以不会发生上行过程中计算出下停车位或下行过程中计算出上停车位的情况,然后把绞车的实际值DWN_ACT_I通过接口程序模块读到程序中,用来计算使用,因为不管速度正负,需要的只是一个距离,所以给速度DWN_R取绝对值。

根据式(4)、(5)可以计算出游车在实时速度下的减速距离,因为自动送钻电机的最大速度为1 400r/min,减速时间设定为5s,绞车滚筒到游车的减速比为10,所以R0=2 389,为了留够足够的安全裕量取R0=3 000,因此可以得到减速距离对应的脉冲数DECELP_D,在作出防碰判断之前,还需确定上停车位、上减速位以及上防碰限位。首先用模块算出的游车高度值HIGH_0与在接口模块中设定的上限位#FP_UPLIM_I进行比较,如果游车高度值HIGH_0大于设定的上限位#FP_UPLIM_I,而且处于防碰运行状态,则输出一个中间变量——防碰上限位输出UP_LIM_0,然后再用编码器的实时数值P_VALUE_I与上面计算得到的上停车位P_OUT_UP的脉冲数进行比较,如果编码器的实时数值大于或等于模块算出的上停车位的脉冲数#POUT_UP,而且处于防碰运行状态,则输出一个中间变量——上停车位输出,同时,用上停车位的脉冲数P_OUT_UP减去上面计算得到的减速距离#DECELP_D,就得到减速位脉冲数#UP_DECELD,用编码器的实时数值与减速位脉冲数#UP_DECELD进行比较,得到一个中间变量——达到上减速位UP_DECEL_0,同时可以用同样的方法计算下限位输出、下停车位输出及下减速位的脉冲数。不过在计算下减速位时要用下停车位的脉冲数加上计算得到的减速距离#DECELP_D。在得到防碰上、下限位后,可以让程序在得到防碰上、下限位两个信号中任意一个信号时输出一个信号——达到限位,并在接口模块中提示给司钻。当然从防碰上、下限位开始游车将慢慢停下来,当司钻需要重新使游车运动时,就需要断掉“达到限位”这个信号,所以给这个程序段中加以个“防碰释放”信号的常闭点,这样司钻就可以在需要的时候断开限位信号,开始使游车运作。

4.3 机械防碰

和任何电气控制信号相比机械防碰永远是最可靠的。由于停车需要一个过程,所以把机械防碰放在防碰限位的位置,即当游车达到防碰限位时,程序因为某些原因没有得到达到上、下限位的信号,而机械防碰信号则肯定会把信号送进程序,保证游车在防碰限位时开始减速。当调节好防碰上限后,把一根铁丝的一头连接在天车的轴上,另一头连在天车防碰器上,铁丝绷紧,当某次游车运行的高度达到上防碰限位而未减速时,铁丝就会被拉断;这时,天车防碰器的重锤就会落下,会把通往液压盘式刹车的气源关掉,刹车片失去阻力后就会立即刹车,另一方面会闭合一个常开触点,把机械防碰信号送到PLC,通过接口程序点亮控制面板上的指示灯,司钻看到灯后,就知道机械防碰已经运行。

5 系统硬件组成与通信建立

钻机控制系统以西门子高性能的PLC为控制核心,通过现场总线控制技术把数字化设备组成PROFIBUS-DP网络,实现变频器、智能远程司钻监控、人机界面、自动送钻、一体化仪表系统及电子防碰等控制系统间的高速通讯,上位机实时监控、储存各个系统的运行状态并提供故障时的诊断报文。为了实现对游车位置的控制并保证安全性,就需要相应的硬件支持。选择SIEMENS的PLC,电源模块选5A电源,CPU选S7-300CPU315CPU,1个16位数字量输入模块,1个16位数字量输出模块,1个MF350计数模块,1个倍加福的绝对值型编码器。编码器根据需要安装在特定的位置,在石油钻机中一般装在滚筒的轴心位置,以连轴节作软连接(连轴节是软弹簧,允许滚筒的轴线与编码器的轴线有一定的偏移),这可以减少安装及震动对编码器造成的冲击。

程序在S-7中编好之后,通过编程电缆从MPI口输入PLC,如果接有自动送钻电机的话,用Profibus连接变频器的通讯板和PLC的DP口,传送各种控制字和状态字,输入模块接上、下行信号,上、下防碰限位信号,上、下停车位信号,防碰释放信号以及机械防碰信号,而输出模块分别输出以上各信号的逻辑输出信号,350计数模块的3～10号端子分别连接编码器的8根线,滚筒编码器装在同轴的绞车上,由绞车带动旋转,并将脉冲信号通过350计数模块传回PLC。

6 触摸屏(HMI)画面的设计

把选好的电阻触摸屏和PLC连接在一起,使触摸屏进入系统。因为触摸屏用的是直流24V电源,所以需要一个小型变压器把220V交流电变流成24V直流电,供给触摸屏的电源接口。控制是通过Profibus通讯总线实现的,做好总线连接器后,把总线连接器和触摸屏上的D9串口连接即可实现在触摸屏上的控制,当然,这还依赖于控制画面完整、正确地下载到触摸屏里,这也是在Profibus通讯总线上完成的。在做好了触摸屏的硬件连接后,为了实现从触摸屏上能够控制整套系统,在软件WinCC flexible 2004中进行设计监控画面,如图5所示。

防碰下限位、上停车位、下停车位、滚筒直径、大绳直径和绳系设定这些需要设定的参数放在一起,使用一个确定键,这是因为这些值一旦在程序调试时设定之后,一般在打井过程中是不会更改的,所以使用一个确定键,而当前层数和当前圈数这两个参数在设定之后可能会在参考零点更改等情况下发生更改,把这两个参数放在一起,用一个确定键,以方便更改。表示游车高度的棒图在左侧以醒目的红色为底,防碰上、下限分别设为和并辅以精确的数字量输出在棒图底下。在做完画面后,给每一个输入输出框连地址,当一个框体和S-7中的某一个变量连接后,框体将随着变量的变化而变化,从而实现将软件中的信息显示在触摸屏上以便让司钻在第一时间了解到各种信息,并在触摸屏上作出操作。连接变量的具体操作过程为:如图6中在某一个输入输出框体上点击左键就会在下方弹出这个框体的属性栏,在变量选项中点击向下箭头就会弹出预先做好的变量表,在其中选择要连接的变量即可。做好画面后就可以把画面下到触摸屏里,在下载过程中使用的是带D9接口的交叉线,注意,如果触摸屏是第一次通电下载画面,将比较耗费时间,必须保证下载过程中触摸屏不掉电,否则将会对触摸屏造成硬件上不可逆转的损伤,造成触摸屏报废,但如不是第一次下载画面则无此种危险。

7 结束语

笔者对石油钻机的绞车系统作了具体的描述,对石油钻机系统中最难以控制的游车高度作了大量的数学理论分析、程序设计以及硬件连接和通讯连接,实践经验表明这种控制思想和方法是安全、可靠的,符合石油行业的工艺要求,并具有相当高的精确性,是一种比较先进的游车控制方法。但此种控制方法对通讯的依赖程度相当高,而Profibus总线是一种极易受电磁干扰的通讯方式,所以连接通讯时应注意总线连接器的屏蔽线是否压好,一旦屏蔽做不好,通讯系统将遭到彻底破坏,自动控制也就无从谈起。

参考文献

[1]刘晓琳.石油钻机盘式刹车工作钳钳型受力分析[J].石油机械,2002,28(3):1～8.

绞车控制 篇11

摘 要：北皂煤矿对副井绞车房安装了闸瓦间隙在线监测系统，并实现了该系统的远程监测和WEB网页发布，在调度指挥中心能实时在线监测到副井绞车闸瓦间隙的各项数据指标。我们将系统接入地面控制中心，并开发组态页面实现了数据的在线监视，系统可以在线监视提升机制动系统的重要部件的品质和寿命，以及各传感器的寿命，可以在线及时发现和更换已经寿终正寝的部件，避免安全事故的发生。

关键词：在线监测；系统接入；闸瓦磨损

中图分类号： TD7 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）12-140-2

1 在线监测系统概述

北皂煤矿副井绞车房使用的是SSB-130提升机盘形制动器在线监控系统，该系统是实现对提升机制动系统的运行进行全面在线自动跟踪和监控的自动化设备。提升机制动系统的制动效果与安全运行，与提升机盘形制动器在线运行的动静态特性数据密切相关。SSB-130提升机盘形制动器在线监控系统可以在线自动跟踪与监控盘形制动器的运行状态与动静态特性数据，以及在线监控盘形制动器运行中的缺陷。告知现场管理员及时采取检修措施，并可在线指导现场管理员及时对制动器进行调整，使提升机制动系统的运行状态保持最佳。

提升机制动系统的重要部件——闸瓦、闸盘和碟簧的品质（磨损、偏摆、疲劳）和寿命，以及压力、位移和油压偏摆传感器的寿命，与提升机制动系统在线运行的动静态特性指标密切相关。副井绞车闸瓦间隙在线监测系统可以在线监视提升机制动系统的重要部件的品质和寿命，以及各传感器的寿命，可以在线及时发现和更换已经寿终正寝的部件，避免安全事故的发生，也可预测尚可使用和运行的寿命，避免部件的过早更换造成浪费，并保证在线运行部件的品质符合安全运行要求。

副井绞车闸瓦间隙在线监测系统可以对提升机盘形制动器及其重要部件的运行与维护操作提供在线运行管理，建立管理数据库与查询，包括紧急制动汇总表、紧急制动顺序表、合闸数据越上限汇总表、合闸数据越下限汇总表、闸瓦磨损趋势曲线、碟簧疲劳趋势曲线、闸盘偏摆最大摆幅趋势曲线、闸瓦闸盘和碟簧更换与液压油换油记录汇总表，并存入数据库，供管理查询。

2 在线监测系统的工作原理

闸瓦间隙在线监控系统采用了高速和高精度的数据采集器、功能强大的工业控制计算机及高精度的碟簧压力传感器、接触式位移传感器、油压传感器、非接触式的偏摆传感器。

采集到提升机制动器合闸过程中的动态数据和制动器的工作状态，通过工业控制计算机的高速在线分析，获得监控制动器安全运行的合闸常规数据及其越限数据，紧急制动数据，松闸数据及其越限数据，并存入相关数据库，建立制动器运行数据的历时档案，并可以在线查询。

3 远程在线监测系统的集成

3.1 通过工业以太环网与现场PLC建立通讯

北皂矿副井绞车闸瓦间隙在线监测系统使用的PLC是西门子S7-300系列，西门子PLC使用SIMATIC NET通讯软件，读取过程复杂、数据量大而且大量占用网速和带宽。基于IFIX控制平台数据采集技术的研究与使用后，我们采用第三方OPC SERVER，即Kep server做OPC SERVER软件，Kep server既支持串口协议，又支持以太网协议，它的驱动程序可以覆盖每一个PLC系列，不需要开发任何驱动程序即可连接到任一设备，通过Kep server将海域进风井索道防水闸门的PLC数据进行统一读取，与其他系统整合，真正实现了自动化系统的无缝链接。

Kep server通过单一的OPC服务器接口使OPC多协议得到极大丰富，Kep server服务器的设计允许控制系统拥有快速通讯装置，由于它嵌入了多种插件驱动程序、组件和130多种通讯协议，并且支持1000多种设备，同时，服务器为所有驱动器提供清晰普遍的用户界面。无论使用何种驱动器，都能够不间断地通过合格的 OPC或系统界面来访问客户应用程序。

3.2 服务器OPC中节点的生成

基于iFIX控制平台结合OPC技术为基础数据采集技术，具有较强的通用性、开放性和可扩展性，在线监测系统生产厂家只要将相关设备和驱动程序封装成OPC服务器，对我方提供接口，我矿的IFIX组态软件客户端可以与OPC服务器进行通信而存取这些设备，这样我矿技术人员无需编写低层的驱动程序，通过Kep server的OPC Client 即可与之进行数据交互。

北皂矿开发人员自主开发、积极拓展副井绞车闸瓦间隙远程在线监测系统，开发新程序，并将它们纳入到综合自动化控制平台中实施副井绞车的远程监测，组态程序的制作、配点，都是我矿自主开发的。

3.3 综合自动化控制平台

通过IFIX综合自动化控制平台可以实现数据的采集、组态程序的设计，iFIX能够通过对来自现场的实时数据进行采集提炼，整合出对管理层有效的数据，并将数据实时传输至综合自动化控制平台，并经过数据交换，实现系统的远程监测，达到生产过程信息与管理信息的统一。采用IFIX客户端我们实现了副井绞车闸瓦间隙远程的在线监测。

3.4 副井绞车闸瓦间隙远程在线监测系统客户端主界面

在IFIX控制平台的副井绞车闸瓦间隙远程在线监测系统客户端主界面中，通过该画面可以清晰地看到系统包括分合闸状态、油压、左右侧滚筒偏摆量及各数据采集传感器等的工作状态和位置状态，并通过监测这些数值来确保设备的正常运转。

我矿自主制作的IFIX组态软件控制系统，可以轻松地在监控中心实现对副井绞车闸瓦间隙在线监测系统的远程监测。为检验系统的安全、稳定和可靠性，目前我们已经对该系统进行了一段时间的监测，通过监测，系统运行安全、稳定和可靠性，绞车闸瓦间隙的各项数据传输且显示正常，极大地提高了绞车运行的安全性。该系统使用方便、在线监测画面简单清晰，是一套适合现代化海滨煤矿安全生产的实时、管理高效的自动化控制系统，它的开发应用，将让我矿信息自动化水平提升至新的台阶。

4 集成后系统的主要功能

①自动跟踪与监控提升机的三种工作状态为：合闸自动跟踪、松闸自动跟踪和紧急制动自动跟踪。在提升机发生相应制动状态时，就会自动弹出相应状态的制动自动跟踪界面，当界面内的数据超出正常数据范围时，就会报警，这时检修人员就可以及时地进行检查和检修，防止了设备故障的发生。

②数据库数据查询功能，可供进行的数据库查询主要有如下9种：松合闸静态实时数据查询，松合闸静态历史数据追溯查询，松合闸数据越上限与越下限静态实时数据与历史数据查询，松合闸过程实时动态历程曲线数据查询，紧急制动数据查询，闸盘偏摆数据查询，闸瓦磨损、碟簧疲劳静态实时和历史数据库查询，闸瓦磨损、碟簧疲劳实时动态数据库查询，部件寿命静态实时数据库查询。

可供查询的数据为闸位移行程时间、液压油行程时间、一副相对闸的正压力差、一副相对闸的闸间隙差和贴闸油压、闸盘偏摆最大反向摆幅、闸盘偏摆初始位移、闸的闸瓦磨损、闸的碟簧疲劳等。

可供查询的时间曲线为各闸位移实时动态历程曲线，各闸碟簧压力实时动态历程曲线，各闸正压力实时动态历程曲线，A管与B管油压实时动态历程曲线，总制动力矩实时动态历程曲线，各闸位移、碟簧压力、正压力、油压实时动态历程组合曲线，闸盘偏摆实时历程曲线，闸盘偏摆最大幅逐日变化趋势曲线，闸瓦磨损逐日变化趋势曲线，碟簧疲劳逐日变化趋势曲线，合闸油压空行程时间逐日变化趋势曲线，残压逐日变化趋势曲线等。

5 项目总结及取得的效果

绞车控制 篇12

随着船舶岸电技术的普及应用,大型船舶在港口靠岸时,通过岸电电源来满足船舶照明等的用电需求。而岸电系统与船舶上受电装置间需通过电缆进行连接,通常采用定速永磁同步电动机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)作为电缆绞车进行驱动,来实现电缆双向快速收放[1]。同时海上收放电缆有别于陆上电机驱动负载,其重要一点在于电缆收放过程中张力不断变化,并呈现出非线性、时变和饱和性等的特征。为减少电缆所受的冲击力,实现电缆的快速、平稳收放,要求驱动电机对负载跟踪性能较强,调节时间短,对电缆实现恒张力控制。

文献[2,3,4]给出了多种对于PMSM的控制方式,其中直接转矩控制对转矩和磁链实现直接控制,较矢量控制更为直接有效,但缺点是其控制精度不高而造成转矩脉动较大。文献[5]引入了双模糊控制来改善直接转矩控制转矩脉动大的问题,使磁链轨迹圆度更好,但其缺点是动态响应速度较慢。文献[6]采用基于自抗扰控制的空间矢量调制方式,对转矩和磁链偏差进行补偿,但需要较为精确的控制模型。文献[7]直接以转矩为最终目标选择最优电压矢量进行直接转矩控制,省去了对磁链环的控制。本文结合实际提出了一种基于自适应模糊PID控制的空间矢量脉宽直接转矩控制(SVM-DTC)策略来驱动电缆绞车实现电缆恒张力控制,通过仿真及实验,检测在负载变化的情况下,该控制系统是否可以稳定控制驱动电机,进行恒张力控制。

2 电缆绞车驱动系统

电缆绞车装置是船舶与岸电快速连接技术的关键。与传统的电缆卷筒装置相比,电缆卷盘具有安装空间小、排缆可靠、成本低廉等优点。其主要由驱动机构、减速箱、电缆-环箱、电缆卷盘及电缆缓冲机构等部件组成,其装置模型图如图1所示。

船用电缆卷盘分为体积小、维修简单、转矩输出近似恒定的磁滞式电缆卷盘,同步性能好、电缆张力小的弹力式电缆卷盘,变转矩输出的力矩电机式电缆卷盘,重锤式电缆卷盘等。针对复杂海洋环境,要求电缆卷盘通用性强,适应能力好,排缆可靠。在大型船舶中,要求驱动电缆能够进行快速柔性连接,同时也应该具有安全的特性,保持电缆恒定张力,并能够维持最佳电缆长度,防止电缆出现松弛下垂或拉伸紧张情况。本文对比多种永磁同步电机控制方案,最终选择了利用自适应模糊构建PID的SVM-DTC控制策略,进一步提高了系统动态和稳态性能,达到控制电缆收放恒张力的目的。

3 自适应模糊PID的SVM-DTC原理

3.1 永磁同步电机数学模型

永磁同步电机转子上安装永磁体进行励磁,同时静止的定子侧通入电流也产生磁场,两者共同作用合成旋转磁场。隐极式转子主要由合金钢整体锻件而成,可认为交、直轴上自感相等。在电机参数计算时,将以a、b、c为坐标轴的三相静止坐标系经过Clarke变换,转化成以α、β为坐标轴的两相静止坐标系来描述电机参数[8],如图2所示。

图2中,ψs、ψf分别为定、转子磁链;δ为ψs、ψf之间的夹角,用式(1)~式(4)分别表示隐极式PMSM参数:

式中,us为定子电压;is为定子电流;Tem为驱动电机的电磁转矩;P为极对数;ψs为定子磁链;ψ为ψs幅值大小;θ为定子磁链角度;Rs为电枢等效电阻;α、β分别表示定子的α、β轴分量;a、b、c分别表示定子的a、b、c轴分量。

3.2 恒张力控制分析

当电缆绞车运行时,驱动电机运动方程为:

式中,TF为驱动电机负载电缆的转矩;T0为驱动电机的空载转矩;J为驱动电机转动惯量;ω为驱动电机转子角速度;TD为驱动电机的动态转矩。通常电缆张力较大,与之相比T0可忽略不计,在电机平稳运行过程中,驱动负载可以表示为:

式中,F为电缆张力大小;D为电缆卷直径。由式(7)和式(8)可知,在电机驱动电缆绞车稳速运行时,电缆的线速度和张力恒定。但在实际工程中,卷盘的卷径和转动惯量不断变换,势必造成电缆张力的变化。因此为保持电缆张力恒定,要求电机电磁转矩能迅速且准确地跟踪电缆张力变化,这时需考虑式(6)中动态转矩TD的补偿作用,即

式中,JP为电缆卷转动惯量;JM为储缆筒转动惯量;R为电缆卷半径;r为储缆筒半径;ρ为电缆的密度;b为电缆宽度。令D=2R,d=2r,则

联立式(9)~式(11)得:

式中,v为驱动电机转子线速度。

分析可知,掌握电缆绞车卷筒直径D和速度变化率dv/dt等动态变量,就可以在收放电缆过程中得出所需要的动态转矩补偿,通过调整驱动电机的电磁转矩,来控制收、放电缆过程中电缆的张力不变。可见对船舶电缆恒张力控制,就是对电缆绞车驱动电机转矩进行控制。

3.3 自适应模糊PID调节器

PID控制器简单易行且较为有效,其参数往往固定不变,无法适应系统的变化,但若结合模糊控制对于系统适应性强、鲁棒性好的特点[9],就可以组成自适应模糊控制,针对负载的变化快速调整电机,保持电缆绞车快速稳定运行。

图3为二维自适应模糊控制器的原理图。将参考转速与实际转速间差值E=n*-n作为误差,将差值以及差值变化率Ec=Ei-Ei-1作为两个输入,同时采用三个输出端口,将修正的ΔKp、ΔKi、ΔKd作为输出。给定原始参数为Kp0、Ki0、Kd0,控制器输出为T*。通过P、I、D数值合理的选定对控制器进行参数调整,使输出满足预定期望。

根据P、I、D选定数值以及专家经验得到Kp、Ki、Kd模糊规则,如表1~表3所示。

调节器根据负载以及转速的变化进行实时调整,得出最终校正参数为:

3.4 电压空间矢量控制

为得到可控稳定的电磁转矩,需要获得近似圆形磁场。逆变器通常采用PWM、SPWM、DPWM、SVPWM等调制方式,各种方式特点不同,应用于不同环境当中,但因SVPWM具有动态响应快、精度高等显著优点,因此被大量用于目前电机驱动上。

为了使电机运行时的磁链尽可能逼近理想的圆形磁链,减少电磁转矩的波动,SVPWM将永磁同步电机和由IGBT构成的三相桥式逆变器作为一个整体,控制逆变器桥臂通断来产生脉宽调制波[10]。三相桥臂共有8种不同的开通关断形式,图4为空间矢量分布图。任意时间内每个扇区内输出电压U都可以平行地投影到相邻的两个基本电压矢量上[11],这样可以得到每个矢量的作用时间,从而在空间内进行矢量合成对驱动电机进行控制。

倘若永磁同步电机由传统的逆变器进行控制和供电,检测其磁链的轨迹将呈现为旋转的正六边形磁场。这是因为在逆变器每个控制周期Ts内其工作状态间断变化,按开关方向依次形成6个不同的电压空间矢量,对应只出现6种工作状态。为了使电机的磁链轨迹更接近圆形旋转磁场,则需要改变逆变器的控制形式,在每个扇区中依次产生尽可能多的不同的电压空间矢量,对应更多工作形式,其构成如图5所示。

4 自适应模糊PID的SVM-DTC系统实现

采用SVPWM来进行控制时,依旧保持定子磁链幅值不变,控制转矩角来控制电磁转矩[12],其计算的关键就是预期电压矢量uα和uβ的大小[13]。在α、β坐标系中易得到:

式中,p为微分算子。考虑式(14)并结合图(2)得:

式中,uα、uβ为电压在定子α、β轴上的分量;ψref为定子参考磁链;Δθ为负载角增量;Ts为采样时间。SVM-DTC控制下的PMSM的原理如图6所示。将uα、uβ、Udc和Ts同时输入到SVPWM模块当中,输出三相逆变器的控制信号pluse。

5 仿真研究及实验分析

5.1 仿真研究

电缆绞车驱动系统仿真所使用PMSM具体参数如下:直流母线电压Udc=510V,定子电阻Rs=18.7Ω,电机直、交轴电感Ld=Lq=0.00835H,PWM调制周期Ts=0.0001s,转子磁链ψf=0.175Wb,给定参考定子磁链ψref=0.77Wb,极对数2P=4,电机转动惯量J=0.000025kg·m2。

电缆绞车驱动系统在不同转速条件下,给定恒定负载2N·m,对系统收放缆时的静态性能进行比较,结果如图7所示,根据图7可得仿真试验结果如表4所示。

由表4可以得出,相比于传统的DTC控制策略,SVM-DTC控制策略在电缆收放装置中精度更高,稳态性能更好。

5.2 实验分析

为测试自适应模糊PID的SVM-DTC系统的效果,本文在如图8所示的测试平台上进行实验分析,验证其动态性能。其中测试电机采用Lenze公司型号为MCS 19J20的永磁同步电机。

电缆绞车系统负载特性T具有非线性、时变、饱和性等特点,采用式(16)模型来模拟收放电缆时的动态特性,模拟多种情况下系统的控制性能,负载转矩T曲线如图9所示,图10为采用两种控制策略的转矩实验波形。

根据图10波形以及所得数据可知实验结果如表5所示。通过图10及表5可知,两种控制策略下动态响应速度都较快,但SVM-DTC控制下的驱动电机反应更快且精度更高,能有效减小转矩的脉动,波形更加平滑,保证了电缆恒定张力的控制,可获得更优秀的动态性能。将所得磁链绘图,如图11所示。可以看出,SVM-DTC控制下磁链轨迹更为圆滑,毛刺较少。

6 结论