兩種全數(shù)字提升機(jī)電控系統(tǒng)在礦井的應(yīng)用

【摘要】隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是礦山機(jī)電技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使煤礦機(jī)電裝備自動(dòng)化控制在礦井廣泛應(yīng)用，提高了機(jī)電使用效率，大幅提高煤礦生產(chǎn)效率。本文主要闡述了全數(shù)字直流提升機(jī)電控系統(tǒng)和全數(shù)字交—交變頻提升機(jī)電控系統(tǒng)的應(yīng)用等問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】全數(shù)字提升機(jī)；電控系統(tǒng)；應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是礦山機(jī)電技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使煤礦機(jī)電裝備自動(dòng)化控制在礦井廣泛應(yīng)用，提高了機(jī)電使用效率，大幅提高煤礦生產(chǎn)效率，本文主要闡述兩種數(shù)字提升機(jī)在礦井的應(yīng)用。

1、全數(shù)字直流提升機(jī)電控系統(tǒng)

主控系統(tǒng)一般采用可編程序控制器，其軟件主要完成提升機(jī)運(yùn)行的順序邏輯控制、算術(shù)計(jì)算、比較及通訊等功能。一些提升機(jī)的主控系統(tǒng)還完成了提升機(jī)的行程控制功能，因其行程控制實(shí)時(shí)性要求較高，因此，此類(lèi)型的主控系統(tǒng)對(duì)可編程序控制器有很高的要求。按提升機(jī)電控系統(tǒng)控制功能的具體要求，應(yīng)選擇不同類(lèi)型的PLC。

傳動(dòng)控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)提升機(jī)速度、電流雙閉環(huán)控制、邏輯無(wú)環(huán)流換向控制等功能，以及變流器的監(jiān)測(cè)和保護(hù)功能。

監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)采集與主軸直聯(lián)的旋轉(zhuǎn)編碼器信號(hào)、井筒開(kāi)關(guān)信號(hào)及其余運(yùn)行信號(hào)，對(duì)提升機(jī)行程、速度等重要參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視，完成過(guò)卷、等速度段超速、減速段連續(xù)速度保護(hù)、定點(diǎn)速度保護(hù)等保護(hù)功能，起到主控系統(tǒng)、傳動(dòng)控制系統(tǒng)等保護(hù)的熱冗余后備保護(hù)。

液壓制動(dòng)控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)故障安全優(yōu)先要求提升機(jī)系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，完成工作制動(dòng)和緊急制動(dòng)等控制。根據(jù)制動(dòng)控制原理不同，緊急制動(dòng)應(yīng)分為恒減速制動(dòng)和恒力矩制動(dòng)（二級(jí)制動(dòng)）。前者是在制動(dòng)過(guò)程中控制系統(tǒng)按減速度閉環(huán)調(diào)節(jié)液壓制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)油壓實(shí)現(xiàn)減速度不變的控制；而后者是根據(jù)預(yù)先設(shè)置的油壓和時(shí)間進(jìn)行緊急制動(dòng)。恒力矩制動(dòng)過(guò)程中減速度與實(shí)際負(fù)載的狀態(tài)相關(guān)，適合負(fù)載基本恒定的主井提升系統(tǒng)；恒減速制動(dòng)可依負(fù)載調(diào)整制動(dòng)力，適合有人員提升的副井提升系統(tǒng)。

井筒信號(hào)系統(tǒng)是提升機(jī)行程控制與保護(hù)的重要部分，分別在井筒中不同位置設(shè)置同步校正開(kāi)關(guān)、定點(diǎn)速度檢測(cè)開(kāi)關(guān)和過(guò)卷開(kāi)關(guān)等，以使控制系統(tǒng)獲得提升容器在井筒中的確切位置，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)量行程。

數(shù)字控制技術(shù)與一般的提升機(jī)電控系統(tǒng)相比，在安全回路中增加了一套軟件安全回路，即系統(tǒng)分別有硬件和軟件兩套安全回路，前者的回路由繼電器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，而后者的回路由主控系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)，主控系統(tǒng)的信號(hào)以繼電器常開(kāi)觸電形式傳入硬件安全回路中，因此，硬件安全回路是提升機(jī)電控系統(tǒng)中最終保護(hù)環(huán)節(jié)，其設(shè)計(jì)滿(mǎn)足“故障安全優(yōu)先系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)要求，可以確保提升機(jī)的安全可靠運(yùn)行。

目前，全數(shù)字直流提升機(jī)在我國(guó)煤礦應(yīng)用較為廣泛。

2、全數(shù)字交—交變頻提升機(jī)電控系統(tǒng)

全數(shù)字交—交變頻提升機(jī)近些年來(lái)發(fā)展很快，目前煤礦主要使用的是SIEMENS公司和ABB公司生產(chǎn)的交—交變頻提升機(jī)。某煤礦主井提升系統(tǒng)主要采用國(guó)內(nèi)最大的40t箕斗，由2x3000kW雙電機(jī)拖動(dòng)。其電控系統(tǒng)是具有國(guó)際先進(jìn)水平的大型、全數(shù)字交-交變頻同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。在世紀(jì)初投入使用以來(lái)，運(yùn)行穩(wěn)定，性能良好，取得了較好的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。

2.1提升機(jī)電控系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由整流變壓器、勵(lì)磁變壓器、自動(dòng)化控制計(jì)算機(jī)，主控PLC系統(tǒng)，閘控PLC系統(tǒng)、操作臺(tái)，交—交變頻全數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)、裝卸載站控制裝置、液壓站等電機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成。

自動(dòng)化控制計(jì)算機(jī)采用德國(guó)SIEMENS公司的SIMAllCS7系統(tǒng)PLC產(chǎn)品S7-400，通過(guò)口網(wǎng)與傳動(dòng)控制系統(tǒng)和裝（卸）載站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。主要由主控PLC系統(tǒng)、監(jiān)控PLC系統(tǒng)、閘控PLC系統(tǒng)、操作臺(tái)構(gòu)成。

交—交變頻傳動(dòng)系統(tǒng)：

（1）交—交變頻同步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)主回路接線如圖1所示。

交—交變頻器由三臺(tái)電網(wǎng)自然換流可逆三相橋式整流裝置組成，采用邏輯無(wú)環(huán)流三相有中心點(diǎn)接線方式，由三臺(tái)整流變壓器供電，輸出端采用星點(diǎn)連接。

（2）交—交變頻同步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，采用SIEMENS公司的SIMADYN-D多功能控制裝置，與上位PLC實(shí)現(xiàn)通訊，完成提升機(jī)的行程控制和速度控制。

交—交變頻同步電機(jī)控制系統(tǒng)采用磁場(chǎng)定向矢量控制。其原理基于直流電機(jī)良好的轉(zhuǎn)矩控制原理，將交流電機(jī)通過(guò)坐標(biāo)變換等效為直流電機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)與直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)相同的調(diào)速性能。

2.2自動(dòng)化控制PLC系統(tǒng)

提升機(jī)系統(tǒng)的操作和控制一定要具有安全性及可靠性，本項(xiàng)目的自動(dòng)化控制采用2套PLC系統(tǒng)（主控PLC系統(tǒng)和監(jiān)控PLC系統(tǒng)）完成提升機(jī)的工藝控制；閘控PLC系統(tǒng)與ABB的抱閘控制裝置共同實(shí)現(xiàn)制動(dòng)功能；通過(guò)操作臺(tái)控制提升機(jī)的運(yùn)行。

主控PLC控制系統(tǒng)（PLCI）。主控PLC控制系統(tǒng)采用SIEMENS公司SIMATICS7系統(tǒng)。主要完成提升過(guò)程邏輯控制和保護(hù)，完成重要故障的顯示和報(bào)警，成對(duì)液壓站的控制等功能。

安全電路采用冗余結(jié)構(gòu)，同時(shí)采用PLC與繼電器兩種并行控制。安全回路中串入主控PLC系統(tǒng)判定的系統(tǒng)故障，監(jiān)控PLC系統(tǒng)判定的系統(tǒng)故障，確保系統(tǒng)的安全可靠性。

按照故障性質(zhì)，有不同形式的停車(chē)方式：緊急停車(chē)、事故停車(chē)。若出現(xiàn)故障，不可開(kāi)車(chē)，故障解除后，經(jīng)復(fù)位后才可使安全回路正常。

2.3拖動(dòng)系統(tǒng)的行程控制

礦井提升機(jī)在工藝上是在兩定點(diǎn)之間運(yùn)行，控制系統(tǒng)的控制效果體現(xiàn)在對(duì)位置（行程）的控制上。提升機(jī)的安全性也要求電控系統(tǒng)具有性能優(yōu)良、安全可靠的行程控制。本系統(tǒng)采用位置閉環(huán)控制技術(shù)以確保提升箕斗在預(yù)定地點(diǎn)準(zhǔn)確停車(chē)。

拖動(dòng)系統(tǒng)的行程控制功能具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

根據(jù)設(shè)定的速度限幅、加速度、減速度和加速度導(dǎo)數(shù)為調(diào)節(jié)器形成給定曲線，所以，是最優(yōu)時(shí)間運(yùn)行。通過(guò)三個(gè)積分器，行程控制功能包產(chǎn)生理想的行程控制設(shè)定曲線。在手柄操作方式下，速度、加速度、減速度和加速度導(dǎo)數(shù)被限定在設(shè)定的限定值內(nèi)，能夠確保在任何操作方式下，提升機(jī)能可靠、安全運(yùn)行。同時(shí)，行程控制功能包在不連接機(jī)械時(shí)也能夠?qū)π谐炭刂七M(jìn)行測(cè)試。