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摘要：针对大型矿用提升机电气控制系统的工作特点及控制要求，提出了一种基于变频调速提升机电控系统，对大型提升机电控系统提出了新的设计方法，并对其传动系统的功能、选型配置及电控回路结构做了介绍；对其自动控制系统的功能、硬件结构、软件设计进行了阐述。实际应用结果表明，该设计完全达到生产要求。
关键词：提升机；变频调速；电控系统；
提升机大型化的发展，在其传动形式、自动化和智能化上都呈现出了多样化的发展趋势，如何保证提升机既能稳定运行，又能降低能耗和钢耗是人们一直致力研究的方向，尤其对于超大功率提升机的控制。随着电力电子技术、微电子技术的发展，交流变频技术以其卓越的调速性能、显著的节能效果而被广泛应用到国民经济各领域，也给传统的提升机控制系统注入了新的活力，采用变频器驱动提升机电控系统的开发和研究也备受人们关注。由中信重工机械股份有限公司推出的变频调速提升机电气控制系统的设计方案，不仅实现了提升机的重载软启动、调速运行、平滑停车、板结检测和去除物料板结等功能，还实现了整个磨矿系统的过程控制、工艺流程显示、设备运行状态的监测及报警、故障信息的查询等功能，在确保大型提升机平稳运行的同时，达到了降低能耗的目的，这也正是大型提升机控制发展的新方向。
1提升机电控系统的组成
提升机电控系统主要分为传动系统和自动化控制系统两部分：传动系统电路主要是完成从进线端到电动机的合理配电，确保电动机启动过程以及正常运行过程中安全平稳，满足企业生产需求；自动化控制系统则是根据系统工艺控制要求，使执行层设备完成相应的工艺操作和执行动作，并具有对设备实时监控、保护设备安全的功能，以确保设备安全高效地运行。
2传动系统的设计
2.1传动系统的功能设计
（1）重载软启动功能提升机属于长期工作设备，低转速恒转矩负载，必须具有较高的过载能力及启动转矩，可实现电动机重负荷启动的功能。
（2）平滑停车功能能使提升机很平滑地进入停车位置，在该位置转速和转矩都为零，不会产生提升机筒体摆动现象，从而造成小齿轮和大齿圈的打齿撞击。
（3）自动定位功能可以根据现场工艺情况任意设置筒体的旋转角度，进行自动定位控制。
（4）双驱负载平衡功能变频器采用主从控制，主机采用速度控制环，从机采用转矩控制环，从机跟随主机做转矩控制，实现提升机启停整个速度区间内2个电动机轴之间的负载平衡功能。
（5）爬行功能使提升机低速运行，方便操作人员目测筒体状况，一般为提升机实际转速的5%~10%。
（6）板结检测功能板结检测系统通过分析筒体的旋转角度和电动机的动态转矩，经过板结检测算法来判断筒体内物料是否产生板结，若检测到板结，变频器会自动切换到防板结模式运行。
（7）防板结抖开功能检测到物料板结后，启动防板结模式，变频器采用输出转矩叠加的方式，让筒体和板结的物料产生剪切力，抖开板结的物料，防止板结物料下落砸伤筒体或衬板。
2.2传动系统主回路结构
提升机的传动装置采用2个低速无刷励磁同步电动机直连2个小齿轮轴组来共同驱动大齿轮，从而带动提升机筒体旋转。中压开关柜提供现场13.8kV进线电源给整流变压器，整流变压器的副边供电源给变频器输入侧，变频器经过内部二极管整流和IGCT逆变后再经过无负荷隔离开关，同时驱动2台额定电压为3050V的无刷励磁同步电动机运行，而励磁控制器由变频器输出信号控制。变频运行状态下，操作人员可根据实际的工况实时调节提升机转速。
2.3传动系统的选型配置
（1）中压开关柜的主回路断路器必须满足整流变压器原边额定电压和额定电流的要求。
（2）主回路断路器必须配备电流互感器和保护继电器，来保护变压器和变压器一次侧电缆，并且能够响应变压器一次侧绕组或一次侧进线电缆的短路故障，同时能承受变压器的冲击电流，响应变压器二
次侧绕组、二次侧电缆和变频器输入整流桥的短路故障，以及变压器和电缆的长时间过载。鉴于此，断路器选用电压为17.5kV的ABBVD4真空断路器以及ABBRET670智能微机综保。另外从安全角度考虑，中压开关柜内断路器的合与断必须由变频器来操作，通过变频器与中压开关柜之间的联锁功能来保护变频器，一旦变频器发生故障，中压开关柜立即断开电源。变频器的输出频率从0~50Hz可调，变频器功率的选择要满足提升机的初始启动转矩，确保启动成功，同时满足在10%基速情况下过载能力达到169%额定转矩，且允许每10min内过载运行20s的要求。
3自动化控制系统的设计
3.1自动化控制系统的功能要求
（1）多样化的工作模式可根据现场提升机操作柜上的就地/远程选择开关来选择提升机的操作模式，还可根据现场辅机操作柜上的手动/自动选择开关来选择辅助设备的操作模式。一般情况下，辅机系统组启和组停时选择自动模式，检修期间选择手动模式。
（2）低压电动机的控制与保护为了实现对低压电动机过载、过热、缺相、接地和欠载保护，选用了拥有电动机故障检测和诊断功能的智能MCC。它具有性能可靠、维护方便等特点，广泛应用于各种过程控制中，同时可作为PLC的现场执行器。
（3）远程分站I/O的选用为了使整个自动化控制系统趋于模块化，改变了传统控制设计的习惯，使用了远程分站I/O，提高了电气设计的灵活性、可应用性和高效性。
（4）实时监控和故障报警记忆功能通过人机界面可以实时监控提升机运行数据，一旦提升机在运行中出现故障报警，可通过故障报警记忆功能迅速找出原因，并能根据故障性质及时排除故障，保证磨矿段的连续生产，大大提高电控系统的可靠性。
（4）急停按钮的配备电控柜上和重要设备旁均设有故障急停按钮，当设备或过程控制出现异常情况时，可按下急停按钮迅速切断所控工艺段所有设备的总动力电源，以保证人身、设备的安全。所有故障信号均进入PLC，PLC应对故障信号做出反应，立即发出声光指示灯报警，并在监控机上弹出故障按钮的位置提示，同时向相关系统发出报警信息。
3.2硬件设计
根据工艺要求，提升机自动化控制系统由中央控制室的上位机监控系统和4个现场控制站组成，整个控制系统采用由工控机和以罗克韦尔公司生产的PLC为核心控制器构成的分散集中控制系统。该控制系统集控制、数据采集为一体，完成整个磨矿段的过程控制、工艺流程显示、设备运行状态监测及故障报警。为了实现与整个磨矿集散自动化系统（DCS）的无缝对接，选用了支持开放式工业以太网的EtherNet/IP协议，该协议具有大吞吐量、高性能实时控制等特点。
3.3软件设计
（1）中间控制层PLC程序设计根据提升机生产、安全、系统工艺控制要求以及硬件部分的设计和选型，对提升机控制系统的软件部分进行设计。其控制工艺流程如图3所示。当提升机启动命令发出后，应先启动提升机润滑系统、电动机润滑系统和电动机风机设备，并检测油流、压力、液位和温度等信号是否正常，如果出现报警或故障信息，操作人员可按照触摸屏上的指示进行报警或故障排除。
（2）上位机画面部分设计该部分主要对提升机系统主画面、油站系统画面、报警画面及故障画面等进行设计，通过监控画面可以对提升机运行的各部分数据、运行状态、报警故障等信息进行显示，为操作人员及技术维护人员提供一定的数据支持，对设备运行状况进行分析判断。
结语
综上所述，通过实际运行证明，变频调速提升机电控系统具有节能减耗、运行稳定、易于维护和安全可靠的特性，为用户大大缩减了维护时间和成本。
参考文献
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