礦井提升機(jī)ASCS直流電控系統(tǒng)在立井絞車上的應(yīng)用

宮照海

【摘 要】提升機(jī)ASCS直流電控系統(tǒng)高壓采用高端真空換向器，轉(zhuǎn)子調(diào)速回路采用20級編碼啟動專利技術(shù)；成熟的低頻電源裝置，最新西門子S7-300型PLC控制器；上位計算機(jī)顯示運(yùn)行參數(shù)；實(shí)現(xiàn)了提升機(jī)的網(wǎng)絡(luò)化管理。

【關(guān)鍵詞】直流電動機(jī)；可控硅變流；全數(shù)字調(diào)節(jié)PLC控制；上位機(jī)監(jiān)控

0.引言

提升機(jī)在礦井中擔(dān)負(fù)著升降人員、提升礦物、運(yùn)送材料以及升降設(shè)備、工具等項(xiàng)任務(wù)，它是溝通礦井地面與井下的運(yùn)輸設(shè)備，是礦井的重要設(shè)備之一，對礦井生產(chǎn)起著非常關(guān)鍵的作用。

礦井提升機(jī)有交流拖動和直流拖動兩種，是電力傳動技術(shù)的典型應(yīng)用。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，隨著計算機(jī)控制技術(shù)和電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，在提升機(jī)拖動系統(tǒng)中，采用“電動機(jī)+可控硅變流+全數(shù)字調(diào)節(jié)+PLC控制+上位機(jī)監(jiān)控”的全數(shù)字控制方式已成為一種發(fā)展趨勢。提升機(jī)采用全數(shù)字控制技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）硬件結(jié)構(gòu)簡單，故障點(diǎn)少，可靠性高。

（2）可控精度高，工作穩(wěn)定性好。

（3）故障自診斷能力強(qiáng)，大大降低了使用維護(hù)成本。

（4）具有較高的可購置性，擴(kuò)展方便，運(yùn)行靈活性高。

（5）可與其他系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化管理。

（6）運(yùn)行效率高，能耗低。

礦井提升機(jī)采用全數(shù)字控制技術(shù)，綜合了電機(jī)、電力電子、自動化、計算機(jī)控制等多種學(xué)科，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大變化，硬件大大簡化，軟件實(shí)現(xiàn)的功能不但越來越復(fù)雜，而且日新月異。下面結(jié)合益新礦2JK5×2.3絞車所用的直流ASCS系列PLC電控系統(tǒng)說說直流電控系統(tǒng)在絞車上的應(yīng)用。

益新礦2JK5×2.3絞車原來所采用的JKMK/J型電控系統(tǒng)。高壓電路采用仿蘇CG5型換向器，轉(zhuǎn)子調(diào)速10級交流接觸器（CJ12-600A/380V）切換外加電阻，邏輯控制電路為繼電器接觸器組成的有觸點(diǎn)邏輯系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)分立元件連接復(fù)雜，出事故不易查找，安全保護(hù)單線控制，后備保護(hù)不齊全，可靠性差，觸點(diǎn)、觸頭空氣氧化接觸不良和電弧燒傷故障率高；轉(zhuǎn)子調(diào)速性能差，沖擊電流大，機(jī)械碰撞及磨損嚴(yán)重，同時縮短了電機(jī)減速器、接觸器外加切換電阻等設(shè)備壽命；高壓換向器絕緣老化，遇陰雨潮濕天氣，短路放炮，嚴(yán)重威脅礦井提升安全。將這種電控系統(tǒng)進(jìn)行改造已勢在必行。

近年來，PLC可編程序控制器得到了驚人的發(fā)展，技術(shù)趨于成熟，性能優(yōu)越可靠。老絞車經(jīng)改造后，將老式電控改造為直流ASCS全數(shù)字調(diào)控電控系統(tǒng)，技術(shù)特點(diǎn)如下：

（1）高壓電源開關(guān)，高壓換向器真空化。高壓換向器設(shè)置正、反之間，高低壓之間機(jī)械電氣閉鎖，結(jié)構(gòu)科學(xué)合理。真空化消弧特性好，絕緣狀態(tài)高。高壓換向器閉鎖消除了高低壓間、正反向間短路事故。

（2）轉(zhuǎn)子調(diào)速回路，采用可控硅20級編碼啟動專利技術(shù)，一是實(shí)現(xiàn)無觸點(diǎn)切換，避免觸頭拉弧燒損和噪音，二是啟動特性曲線平滑，沖擊電流小。

（3）低頻電源裝置，技術(shù)成熟，運(yùn)行安全可靠。低頻拖動平穩(wěn)，減少了對裝載、卸載系統(tǒng)裝備的機(jī)械沖擊。

（4）最新西門子S7-300型PLC控制器，取代原來的繼電器接觸器的有觸點(diǎn)邏輯控制方式，實(shí)現(xiàn)數(shù)字程序化控制，簡化了控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。設(shè)置雙PLC實(shí)現(xiàn)了兩線制保護(hù)。

（5）上位計算機(jī)顯示提升機(jī)運(yùn)行狀況，各運(yùn)行參數(shù)、保護(hù)狀態(tài)直觀明了，便于查找事故和維護(hù)，提升機(jī)實(shí)時監(jiān)控運(yùn)行。

（6）有擴(kuò)展功能，可與局域網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理。

1.ASCS電控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征

1.1 ASCS電控系統(tǒng)設(shè)備總體結(jié)構(gòu)

ASCS系列電控設(shè)備總體結(jié)構(gòu)包括：高低壓配電、變壓器、變流柜、PLC控制柜、全數(shù)字調(diào)節(jié)柜、操作臺、監(jiān)控系統(tǒng)等組成。

1.2 PLC柜結(jié)構(gòu)及工作原理

1.2.1 PLC柜主要技術(shù)參數(shù)

（1）供電電源：一路為單相200VAC，另一路為三相380VAC。

（2）內(nèi)含兩臺PLC，輸入/輸出信號為：

A、16路（可擴(kuò)展）模擬量輸入，電壓范圍±10V。

B、128路（可擴(kuò)展）直流24V/0V開關(guān)量輸入。

C、32路（可擴(kuò)展）繼電器輸出（接點(diǎn)容量為220V，5V）。

D、8路（可擴(kuò)展）模擬量輸出，電壓范圍±10V。

1.2.2 PLC的原理

最初研制生產(chǎn)的PLC主要用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由繼電器接觸器構(gòu)成的控制裝置，但這兩者的運(yùn)行方式是不相同的：

繼電器控制裝置采用硬邏輯并運(yùn)行的方式，即如果這個繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點(diǎn)在繼電器控制線路的那個位置上都會立即同時動作。

PLC的CPU則采用順序邏輯掃描用戶程序的運(yùn)行方式，即如果一個輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該繼電器的所有觸點(diǎn)不會立即動作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時才會動作。

為了消除二者之間由于運(yùn)行方式不同而造成的差異，PLC采用了一種不同于一般微型計算機(jī)的運(yùn)行方式：掃描技術(shù)。這樣在對于I/O響應(yīng)要求不高的場合，PLC與繼電器控制裝置的處理結(jié)果上就沒有什么區(qū)別了。

1.2.3 PLC柜的工作原理

PLC柜由2臺PLC組成，采用SINMENS S7300。PLC通過輸入模塊接受外部的數(shù)字量/模擬量信號輸入，PLC接受到這些輸入信號后，將它們存放在CPU的輸入存儲區(qū)，CPU根據(jù)預(yù)先編好的程序，對輸入信號進(jìn)行運(yùn)算、處理，其結(jié)果存放在CPU的輸入存儲區(qū)，然后將這些處理結(jié)果通過輸出模塊輸出數(shù)字量/模擬量信號，控制繼電器的得電/失電或指示燈的開熄，從而達(dá)到邏輯控制的目的。PLC用于邏輯控制時，其功能相當(dāng)于多個無觸點(diǎn)繼電器的邏輯組合。PLC具有內(nèi)部定時器及內(nèi)部計數(shù)器功能，可以實(shí)現(xiàn)定時控制邏輯和脈沖計數(shù)。PLC軟件采用STEP7程序設(shè)計語言編寫，使用一根編程器和PLC，當(dāng)程序編寫完成后，通過編程口將程序下載到PLC的CPU RAM程序存儲區(qū)中，則PLC可脫離編程器而獨(dú)立運(yùn)行CPU中的程序，以實(shí)現(xiàn)各種不同的控制目的。

2.ASCS輔助裝置

2.1上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

上位機(jī)用于監(jiān)控提升系統(tǒng)的實(shí)時運(yùn)行狀態(tài)，即時反映故障發(fā)生情況，保存故障信息。它可顯示罐籠位置、提升速度及速度圖、高低壓供電回路、液壓制動系統(tǒng)和故障信息等畫面。反映提升機(jī)所有的運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)以及故障類型和故障發(fā)生時間，使司機(jī)對提升機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)一目了然，從而實(shí)現(xiàn)安全、高效地操作提升機(jī)。

該監(jiān)控系統(tǒng)共設(shè)有7個主要畫面，分別是：提升系統(tǒng)、高低壓供電系統(tǒng)、液壓制動系統(tǒng)、速度圖、故障信息歷史記錄、電控系統(tǒng)原理圖及歡迎畫面。

2.2輔助裝置

ASCS輔助裝置主要是外圍傳感器件，具體有井筒開關(guān)、測速機(jī)、編碼器等。

井筒開關(guān)：選用磁性非接觸開關(guān)，分別設(shè)置在井筒中過卷、齊平、同步、減速點(diǎn)等位置。

測速機(jī)：選用與軸編碼器一體化的進(jìn)口產(chǎn)品，安裝在驅(qū)動輪上或電機(jī)側(cè)。

編碼器：一般安裝三個編碼器。軸編碼器PGI信號進(jìn)入行控，軸編碼器PG3信號進(jìn)入主控PLC2，作為兩路完全獨(dú)立的行程和速度檢測信號，行控PLC3實(shí)現(xiàn)速度控制，PLC2、PLC3分別實(shí)現(xiàn)有關(guān)行程和速度的監(jiān)視保護(hù)。通過網(wǎng)絡(luò)通訊，PLC2和PLC3進(jìn)行行程和速度參數(shù)的相比較，實(shí)現(xiàn)鋼繩滑動監(jiān)視及PG1和PG3的相互監(jiān)視。

3.結(jié)語

ASCS直流電控系統(tǒng)通過在鶴崗分公司益新煤礦副井絞車幾年來的應(yīng)用，取得了很好的效果，礦井提升機(jī)采用該控制系統(tǒng)故障率小，可靠性高，安全性好，提高了運(yùn)行效率，同時保證了提升機(jī)安全可靠的運(yùn)轉(zhuǎn)。