基于Control Builder M多水平提升副井位置值計算優(yōu)化

【摘要】現(xiàn)代礦山采用多繩摩擦式提升機，為了提高位置測量的精度，需要通過跑全程完成提升機滾筒直徑值校驗和位置值的同步校正，本文以應(yīng)用廣泛的ABB提升控制系統(tǒng)為例，列舉了這種計算方式在多水平提升副井應(yīng)用的缺點，并提出優(yōu)化方案。

【關(guān)鍵詞】多水平提升；位置測量；滾筒直徑值；同步校正

安徽開發(fā)礦業(yè)有限公司1#副井為多水平井提升副井，該副井深度為641.75m，有6個水平：1水平井口、2水平-325m、3水平-425m、4水平-525m、5水平-571m、6水平-606m。該副井提升機為多繩摩擦提升機，采用ABB公司生產(chǎn)的整套直流提升控制系統(tǒng)，控制器為AC800M PLC。由于生產(chǎn)需要，罐籠運行至5水平-571m和6水平-606m的次數(shù)非常少，正常生產(chǎn)后，經(jīng)常發(fā)生位置差故障引起緊急停車，給副井提升帶來了安全隱患。針對該問題，筆者從位置測量計算原理入手，深入分析故障產(chǎn)生的原因，提出了優(yōu)化方案。

1.系統(tǒng)介紹

ABB公司的直流提升控制系統(tǒng)由主控系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)組成，主控系統(tǒng)完成對提升機運行控制，監(jiān)控系統(tǒng)對提升系統(tǒng)運行狀況進行實時監(jiān)控但不參與控制。Control Builder M為ABB公司AC800M PLC編程軟件，AC800M PLC通過CBM軟件實現(xiàn)各種控制應(yīng)用。位置差故障原因：主控系統(tǒng)測量的位置值和監(jiān)控系統(tǒng)測量的位置值進行比較，若差值大于設(shè)定值，說明位置測量功能出現(xiàn)過大誤差，就會產(chǎn)生位置差故障，引起提升機緊急停車。

2.主控系統(tǒng)位置測量原理

2.1 位置值計算

在提升系統(tǒng)中，精確的位置測量是保證系統(tǒng)安全和控制性能的重要條件，因此ABB提升控制系統(tǒng)中不僅有兩個脈沖編碼器（電機側(cè)編碼器信號進主控系統(tǒng)，滾筒側(cè)編碼器信號進監(jiān)控系統(tǒng)）用于位置測量，還有自動修正位置測量偏差和同步狀態(tài)保護功能。ABB提升控制系統(tǒng)用于位置檢測的傳感器為瑞典萊納林德有限公司生產(chǎn)的增量型編碼器。

主控系統(tǒng)位置測量：在ABB主控程序中，有一個位置計數(shù)器FrPosCounter單元，見圖1，該單元利用電機側(cè)編碼器的脈沖數(shù)計算位置值，計算公式為：

脈沖數(shù)×每個脈沖對應(yīng)的長度（m）

=位置值（m） （1）

圖1 程序中的位置計數(shù)器

2.2 滾筒直徑值計算

每個脈沖對應(yīng)的長度（m）是通過滾筒周長除以滾筒轉(zhuǎn)動一周編碼器發(fā)出的脈沖數(shù)得來，而滾筒周長由滾筒直徑值決定，滾筒直徑值是影響位置值計算的一個極為重要的參數(shù)，正確地計算出滾筒直徑值是提升系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要基礎(chǔ)。滾筒直徑會因襯塊的不斷磨損而發(fā)生變化，所以ABB電控系統(tǒng)對滾筒直徑值有自動實時計算功能，對滾筒直徑值不斷修正，以計算出精確的位置值。

滾筒直徑值的計算分兩步，首先以上同步開關(guān)與下同步開關(guān)之間的距離為計算距離，計算出滾筒直徑值，再對計算出的直徑值進行鑒別，計算結(jié)果在正常范圍內(nèi)（滾筒直徑值理論值±0.05m），則以4次計算值為基數(shù)求平均值，將求出的平均值作為滾筒直徑值。

滾筒直徑值計算原理簡介：上同步開關(guān)與下同步開關(guān)的位置為實際測量值，人工設(shè)定后系統(tǒng)不能自動修改，兩個位置值做差后取絕對值用于滾筒周長計算。罐籠運行至上同步開關(guān)動作時，系統(tǒng)記錄下當(dāng)時脈沖編碼器脈沖數(shù)值1，當(dāng)罐籠運行至下同步開關(guān)動作時，系統(tǒng)記錄下當(dāng)時的脈沖編碼器脈沖數(shù)值2，滾筒轉(zhuǎn)動一周編碼器發(fā)出的脈沖數(shù)PulleyPpr.滾筒周長計算公式為：

PulleyPpr×

=滾筒周長 （2）

得到滾筒周長值后，用該值就可算出滾筒直徑值，計算公式為：

滾筒直徑= （3）

圖2 滾筒直徑值計算程序

2.3 位置值同步

正確的深度指示是提升機安全可靠穩(wěn)定運行的保證，為了消除編碼器在提升機運行中所產(chǎn)生的偏差，就需要對提升容器的位置值進行同步校正。1#副井ABB主控系統(tǒng)，下列情況自動對位置值進行同步校正：

（1）當(dāng)罐籠到達井口、井底停車位置時；

（2）當(dāng)罐籠向上運行至上同步開關(guān)位置（上同步開關(guān)安裝與罐籠側(cè)，離井口12.78m）；

（3）當(dāng)配重向上運行至下同步開關(guān)位置（下同步開關(guān)安裝與配重側(cè)，離井口7.75m）。

井口同步：當(dāng)提升機正常運行，罐籠到達井口時，主控系統(tǒng)會自動將井口的位置值0m賦值給罐籠的位置值，以消除位置偏差。

井底同步：當(dāng)提升機正常運行，罐籠到達井底時，主控系統(tǒng)會自動將井底的位置值-641.75m賦值給罐籠的位置值，以消除位置偏差。

上同步開關(guān)同步：當(dāng)提升機正常運行，罐籠向上運行至上同步開關(guān)位置，上同步開關(guān)動作，給控制系統(tǒng)一個同步信號，主控系統(tǒng)會自動將上同步開關(guān)位置值-12.78m賦值給罐籠的位置值，以消除位置偏差。

下同步開關(guān)同步：當(dāng)提升機正常運行，罐籠向下運行，配重向上運行至下同步開關(guān)位置，下同步開關(guān)動作，給控制系統(tǒng)一個同步信號，主控系統(tǒng)會自動將下同步開關(guān)位置值-7.75m賦值給配重的位置值，以消除位置偏差。

3.主控系統(tǒng)位置測量原理

監(jiān)控系統(tǒng)位置值測量：提升機滾筒側(cè)安裝了一個編碼器，編碼器的脈沖信號接入到監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)使用脈沖數(shù)進行位置值計算，位置值計算公式為：

脈沖數(shù)×每個脈沖對應(yīng)的長度（m）

=位置值（m） （4）

當(dāng)罐籠向上運行至上同步開關(guān)位置時，上同步開關(guān)動作，監(jiān)控系統(tǒng)將-12.78m賦值給罐籠的位置值，以消除運行偏差；當(dāng)罐籠向下運行至下同步開關(guān)位置時，下同步開關(guān)動作，監(jiān)控系統(tǒng)將-634.00m賦值給罐籠的位置值，以消除運行偏差；

配重的位置值（PositionSkipY）由井深值（-641.75m）減去罐籠位置值（PositionSkipX）得出。

4.原因分析

由ABB主控系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)位置計算原理可知，產(chǎn)生位置差的原因有如下情況：（1）長時間未對滾筒直徑進行計算校驗，滾筒直徑值偏差過大；（2）編碼器的連接有問題，未能正確檢測電機或滾筒的運轉(zhuǎn)情況；（3）長時間未進行同步開關(guān)的位置同步。

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，電機側(cè)和滾筒側(cè)的編碼器連接正常，能夠正常檢測電機和滾筒的運轉(zhuǎn)情況。該礦正常生產(chǎn)后，提升機運行到5水平和6水平的次數(shù)很少，由于長期不運行至6水平，滾筒的直徑值長時間未進行計算校驗。罐籠也到不了下同步開關(guān)位置，主控系統(tǒng)配重的位置值無法同步校正，但監(jiān)控系統(tǒng)的配置位置值是由井深值（-641.75m）減去罐籠位置值得出，當(dāng)罐籠向上運行至上同步開關(guān)，上同步開關(guān)動作，罐籠位置值同步校正時，也相當(dāng)于給罐籠位置值也進行了同步校正。隨著運行時間的增加，主控系統(tǒng)配重位置值偏差不斷累積，與監(jiān)控系統(tǒng)配重位置值差值也越來越大。當(dāng)差值大于設(shè)定值（5m）時，產(chǎn)生位置差故障，引起提升機緊急停車。

5.解決方案

當(dāng)罐籠向上運行至上同步開關(guān)時，主控系統(tǒng)對罐籠位置值同步校正同時也對配重位置值的同步校正，以消除配重位置值的偏差，從而減小主控系統(tǒng)配重位置值與監(jiān)控系統(tǒng)配重位置值的差值。配重位置同步值賦值為：井深值（-641.75m）-罐籠位置同步值（-12.78m），使得主控系統(tǒng)配重位置同步值與監(jiān)控系統(tǒng)配重位置同步值相同。同時規(guī)定每周提升機空跑四趟全程修正滾筒直徑。

圖4 主控系統(tǒng)上同步開關(guān)同步校正程序

方案實施后，收到了非常好的效果，位置差故障沒有再發(fā)生，提升機安全穩(wěn)定性得到了大大提高，同時每天少跑8-9趟全程，節(jié)省了可觀的電能和時間。

6.結(jié)論

對于深度較大的礦井，位置偏差尤為突出，通過在合適位置進行同步校正，可以將提升機運行產(chǎn)生的位置偏差大大減小，為提升系統(tǒng)的安全可靠性提供保障。

參考文獻

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