某鐵礦使用的鉆機型號為KV-250型,其設(shè)備主要技術(shù)性能為:鉆孔直徑d=250mm;鉆孔深度l=17m;鉆進速度V=0.08～0.4m/min;鉆桿直徑d=219mm;鉆機重量m=88 t。回轉(zhuǎn)系統(tǒng)采用50kW 直流電動機,行走/提升系統(tǒng)為75kW交流電動機;轉(zhuǎn)桿加壓采用滑差電機調(diào)速方式。 
    該設(shè)備在運行過程中,因經(jīng)常發(fā)生堵轉(zhuǎn)、卡轉(zhuǎn)等現(xiàn)象,也不能根據(jù)巖石狀況進行轉(zhuǎn)速調(diào)整,經(jīng)常發(fā)生電氣及機械故障,大大降低了設(shè)備使用效率。
    
    經(jīng)了解,影響牙輪鉆機正常運行主要原因是: ①系統(tǒng)振動幅值分布較廣,振動加速變化大; ②現(xiàn)場粉塵大,并具有一定的腐蝕和導(dǎo)電性; ③誤操作,引起堵鉆。
    為了提高牙輪鉆機運行的可靠性,我們采用了回轉(zhuǎn)和提升/行走兩套分別獨立的控制系統(tǒng),為了增加回轉(zhuǎn)電動機的富余度,采用了功率為60kW的交流變頻電機,以提高鉆孔進度和運行可靠性。原系統(tǒng)沒有采用調(diào)速控制系統(tǒng),為保證設(shè)備正常運行,采用60kW交流變頻調(diào)速電機,并用交流變頻調(diào)速系統(tǒng)替代滑差電機調(diào)速。
    為了準確地確定鉆孔位置,控制和提升行走系統(tǒng)采用兩個單獨的PLC加變頻器提升/行走系統(tǒng)設(shè)置了能量定位制動系統(tǒng)。
    原加壓電機為滑差電機,其電機調(diào)速特性較軟,遇到硬度較高的礦巖會造成加壓力度不夠,不能發(fā)揮變頻調(diào)速的原有效能改成變頻調(diào)速后,其轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩有較大提高。
    軟件采用模塊化設(shè)計,結(jié)合人工操作完成系統(tǒng)運行。通過調(diào)速手輪可實現(xiàn)電機的快、慢轉(zhuǎn)調(diào)節(jié),如回轉(zhuǎn)系統(tǒng)卸桿控制過程,當(dāng)回轉(zhuǎn)的正、反轉(zhuǎn)控制轉(zhuǎn)換開關(guān)打到反轉(zhuǎn)時,如果變頻器正常,外部系統(tǒng)正常, PLC會給變頻器一個反轉(zhuǎn)指令,并且給變頻器一個采用第二加速時間命令,第二加速時間短,加速快,能實現(xiàn)卸桿功能。當(dāng)外部系統(tǒng)有故障或變頻器有故障,通過輸入點輸入到PLC, PLC根據(jù)程序運行結(jié)果,輸出一個停止運行或復(fù)位信號給變頻器,變頻器就會停止運行, PLC同時輸出報警信號。圖1為控制系統(tǒng)方框圖。

    在設(shè)計選型方面,我們采用了日本安川公司的VS-616G7系列四象限矢量控制型變頻器,并根據(jù)鉆機的振動特性,對變頻器提出特別的制作要求,安川公司按我公司要求定制;可編程控制器采用三菱公司FX系列可編程控制器;變頻電機采用法國施耐德公司的低壓電器,以此組成整個控制系統(tǒng)。
    該系統(tǒng)已運行半年多,與原來的性能比較,有了較大的改進:
      （1） 鉆孔進度約提高35%～45%左右;
      （2） 調(diào)速特性大為改善,并有較寬的調(diào)速范圍,對鉆機鉆孔定位、接桿、接鉆頭等操作帶來很大方便;
      （3） 可減少了加減速過程對鉆機帶來的沖擊;
      （4） 變頻器有低速力矩補償功能,采用矢量控制,有良好的啟動特性;
      （5） PLC和變頻器控制功能集合,可方便實現(xiàn)斷鏈保護、低空氣壓力保護、卸杠功能,行走下坡防下滑功能;
      （6） 通過變頻參數(shù)設(shè)置,可以實現(xiàn)缺相保護、三形不平穩(wěn)保護、過電壓保護、過電流和過載等保護功能;
      （7）系統(tǒng)運行模塊化設(shè)計結(jié)構(gòu)清楚,故障低,維修方便;
      （8）采用矢量變頻調(diào)速系統(tǒng),具有啟動轉(zhuǎn)矩高、電機控制平穩(wěn)、調(diào)速寬度大、制動定位準確,適合牙輪鉆機運用;
      （9） 交流變頻調(diào)速系統(tǒng),電機控制平穩(wěn),調(diào)速寬度大,比原電機節(jié)電20%～25%左右;
      （10） 在變頻調(diào)速系統(tǒng)中使用了PLC,使該設(shè)備具備了通訊接口,通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可將設(shè)備運行資料傳送到企業(yè)管理網(wǎng)平臺,為企業(yè)管理升級打下基礎(chǔ)。