云岡礦TKD 系列礦井提升機(jī)的PLC 改造

謝俊芬

(大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司云岡礦，山西大同037003)

1 提升機(jī)對電控裝置的要求及系統(tǒng)改造

礦井提升機(jī)承擔(dān)礦物的提升、人員的上下、材料的運(yùn)送等任務(wù)，是礦山大型關(guān)鍵設(shè)備，因此對電控裝置有以下要求。

1.1 要求滿足四象限運(yùn)行

提升容器在上下時(shí)，電氣系統(tǒng)必須要按照加速、等速、減速、爬行、停車五個(gè)階段運(yùn)行，也就是說電動(dòng)機(jī)必須根據(jù)負(fù)載的變化而自動(dòng)地工作在正向電動(dòng)、正向制動(dòng)、反向電動(dòng)、反向制動(dòng)，即滿足四象限運(yùn)行。

1.2 平滑調(diào)速且調(diào)速精度高

提升系統(tǒng)要求電氣傳動(dòng)系統(tǒng)能滿足運(yùn)送物料、運(yùn)送人員、運(yùn)送火工品、檢查驗(yàn)繩、低速爬行等，所以要求提升機(jī)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)能平滑調(diào)速。對于調(diào)速精度，提升機(jī)一般要求靜差較小(高速下S≤1%)，這是為了系統(tǒng)在不同負(fù)載下的減速段的距離誤差小。這樣爬行段距離可設(shè)計(jì)的盡可能短，以獲得較高的提升能力。

1.3 設(shè)置準(zhǔn)確可靠的速度給定裝置

提升工藝要求電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的加減速平穩(wěn)，根據(jù)有關(guān)安全規(guī)程，對提升機(jī)的加、減速度有一定了限制。另外，為了提高提升設(shè)備的使用壽命，減少人們對加減速度的不適應(yīng)程度，降低加速時(shí)的電流沖擊，要使提升機(jī)按S 形速度曲線實(shí)現(xiàn)加速和減速。

1.4 設(shè)置行程顯示與行程控制器

為了便于提升機(jī)司機(jī)的操作，電控系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置可靠的提升容器在井筒位置的顯示裝置和位置檢測裝置，準(zhǔn)確地檢測出提升容器在井筒中與減速點(diǎn)開始、停車及過卷相對應(yīng)的位置，實(shí)現(xiàn)可靠地停車和減速。

1.5 設(shè)置完善的故障監(jiān)視裝置

故障監(jiān)視裝置的可靠性應(yīng)表現(xiàn)在兩個(gè)方面:①電控系統(tǒng)的穩(wěn)定性好，故障少。②出現(xiàn)故障后應(yīng)能根據(jù)故障性質(zhì)及時(shí)進(jìn)行保護(hù)，并能對故障內(nèi)容進(jìn)行記憶和顯示，以便迅速排除故障。此外，設(shè)置可靠的閘控電路，實(shí)現(xiàn)分級(jí)制動(dòng)。

2 PLC 控制系統(tǒng)構(gòu)成

礦井提升機(jī)是整個(gè)礦井的樞紐，除了能按照預(yù)定的力圖和速度圖，在四象限實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)啟動(dòng)、等速運(yùn)行、減速運(yùn)行、爬行和停車，而且在運(yùn)行過程中要有極高的可靠性和安全性。根據(jù)提升機(jī)上述工況要求，采用的PLC 控制系統(tǒng)構(gòu)造的交流提升機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)見圖1。圖1 中，PLC 控制系統(tǒng)主要由 PLC 控制柜、可控硅加速柜、低頻電源柜和上位機(jī)監(jiān)控等4 部分構(gòu)成。

2.1 PLC 控制系統(tǒng)

目前，我礦經(jīng)PLC 改造的三套電控設(shè)備，其中二套是由淮南市六信電控設(shè)備公司生產(chǎn)的TKD-PLC 型提升機(jī)電控系統(tǒng)，另一套為焦作華飛電子電器工業(yè)公司生活的JTDK-ZN-OIS 型提升機(jī)電控系統(tǒng)。

圖1 提升機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)框圖

TKD-PLC 型電控系統(tǒng)采用的是西門子生產(chǎn)的S7-300 型PLC，JTDK-ZN-OIS 型電控系統(tǒng)采用的是日本三菱公司生產(chǎn)的FX2N型PLC。雖然結(jié)構(gòu)不同，但都是以PLC 為核心控制系統(tǒng)，用于完成提升機(jī)行程控制、邏輯操作、故障保護(hù)及液壓制動(dòng)控制等。PLC 與安裝在提升機(jī)上的軸編碼器配合，完成提升行程和提升速度的控制功能。PLC 將外部信號(hào)(操作臺(tái)面板上的選擇開關(guān)信號(hào)，按鈕信號(hào)等)接收過來，按照預(yù)定的邏輯控制進(jìn)行處理，并發(fā)出開車所需要的各種信號(hào)，使絞車按照預(yù)定的力圖和速度圖安全運(yùn)行。PLC 還對軸編碼器發(fā)出的脈沖進(jìn)行記數(shù)，并進(jìn)行脈沖量化處理，間接檢測計(jì)算出提升容器的行程S 和速度Vf，并根據(jù)計(jì)算出的S、Vf 和Vg 對提升機(jī)進(jìn)行監(jiān)視保護(hù)。

PLC 與繼電器構(gòu)成雙線制提升機(jī)安全保護(hù)回路。來自提升機(jī)各部分的保護(hù)信號(hào)分為立即施閘、井口施閘、電氣制動(dòng)和報(bào)警4 類。其中井口施閘、電氣制動(dòng)和報(bào)警類事故信號(hào)直接引入到PLC 中，PLC 將其處理后送監(jiān)視器顯示故障類型并控制聲光報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警并施閘。而立即施閘類事故信號(hào)除引入到PLC 中處理、顯示、報(bào)警外，還直接引入到安全直動(dòng)回路，動(dòng)作施閘系統(tǒng)施閘。系統(tǒng)的安全回路有兩套:一套由PLC 構(gòu)成，另一套為繼電器直動(dòng)回路。

2.2 可控硅加速柜

可控硅加速柜和以前的轉(zhuǎn)子接觸器在布線結(jié)構(gòu)上一樣，承擔(dān)加速時(shí)的電阻切換，主要由晶閘管及其觸發(fā)回路構(gòu)成。與原有的接觸器相比較，具有無觸點(diǎn)、功耗小、維修量小等優(yōu)點(diǎn)，因而具有廣闊的應(yīng)用前景。

2.3 交-交變頻電源柜

低頻電源采用全數(shù)字交-交變頻器和現(xiàn)代控制技術(shù)，解決了礦井交流提升系統(tǒng)在減速段的調(diào)速與爬行問題。減速階段在各種負(fù)載條件下均可嚴(yán)格按照給定的速度圖運(yùn)行，使交流拖動(dòng)系統(tǒng)在負(fù)力減速方式下達(dá)到直流拖動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)速性能，提高了提升效率，而且節(jié)能效果十分顯著。

1)裝置采用全數(shù)字交-交變頻器和邏輯無環(huán)流控制技術(shù)，省去有環(huán)流系統(tǒng)的3 個(gè)換流電抗器，具有體積小、噪音低、空載損耗小等特點(diǎn)。

2)減速段速度調(diào)節(jié)采用低頻發(fā)電制動(dòng)方式，將系統(tǒng)的動(dòng)能反饋給電網(wǎng)。與動(dòng)力制動(dòng)減速相比，不僅調(diào)速性能好、減速與爬行自然過渡，而且節(jié)能效果顯著。

3)采用現(xiàn)代智能控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)調(diào)節(jié)，負(fù)力減速階段在各種負(fù)載條件下均可嚴(yán)格按照給定的速度圖運(yùn)行，使交流拖動(dòng)系統(tǒng)在減速段達(dá)到直流拖動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)速性能。

4)由于裝置優(yōu)良的調(diào)節(jié)性能和發(fā)電制動(dòng)與電動(dòng)狀態(tài)的自然過渡，不需要進(jìn)行任何主線路的轉(zhuǎn)換?？蓪?shí)現(xiàn)正力減速與爬行、負(fù)力減速與爬行等多種工作方式，在提升系統(tǒng)的最大靜張力差允許范圍內(nèi)均能實(shí)現(xiàn)負(fù)力減速。能滿足主、副井提升的所有控制要求。

5)裝置采用多CPU 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，在I/O 接口、功能單元、信息存儲(chǔ)和系統(tǒng)總線等多方面采用了容錯(cuò)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)具有完善的自診斷功能，通過彩色液晶顯示器可以顯示各種故障信息(70 余種)、速度圖和系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)等，提高了系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性。

2.4 上位機(jī)監(jiān)控部分

目前監(jiān)控部分可分為兩類:一類是基于Windows 操作系統(tǒng)，通過PLC 編程軟件設(shè)計(jì)出監(jiān)控界面，可在計(jì)算機(jī)屏幕上實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)反映提升機(jī)系統(tǒng)的所有運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)。另一類是在司機(jī)臺(tái)內(nèi)部集成觸摸屏，由廠家一次性寫入程序，也可顯示提升機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)，只是內(nèi)容較少，不便于人員修改增加顯示內(nèi)容。

通過監(jiān)控界面，可顯示提升機(jī)主回路、低壓配電回路、提升系統(tǒng)、速度圖、液壓制動(dòng)系統(tǒng)、裝卸載系統(tǒng)和故障信息等畫面，能使司機(jī)對提升機(jī)的運(yùn)行狀況一目了然，若發(fā)生故障，司機(jī)能及時(shí)從監(jiān)視器上了解到故障類型及位置，及時(shí)通知維修人員排除故障。另一方面能使計(jì)算機(jī)自動(dòng)判斷出故障類型。計(jì)算機(jī)對提升機(jī)進(jìn)行故障診斷時(shí)，對系統(tǒng)輸入的所有信號(hào)用專家知識(shí)進(jìn)行分析、推理，最后做出正確決策。整個(gè)故障診斷邏輯包括推理機(jī)構(gòu)和知識(shí)數(shù)據(jù)庫兩大部分。為保證故障診斷結(jié)果的合理與正確，在決策的快速性和抗干擾能力方面作了重點(diǎn)考慮。

3 結(jié)語

該電控系統(tǒng)除了具有《煤礦安全規(guī)程》要求的各種保護(hù)和閉鎖功能外，還增加了軟件的保護(hù)功能，并為工業(yè)局域網(wǎng)和現(xiàn)場總線控制留有友好的接口，保證了系統(tǒng)的可兼容性，提高了提升系統(tǒng)的安全性。由于運(yùn)行故障率低，大大增加了有效提升時(shí)間，提高了礦井的提升能力。

［1］晉民杰，李自. 礦井提升機(jī)械［M］. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

［2］潘英.礦山提升機(jī)械設(shè)計(jì)［M］. 徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2001.

［3］葛世榮.礦井提升可靠性技術(shù)［M］. 徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1994.