礦井提升絞車電控系統(tǒng)改造應(yīng)用

王勇

摘要：研究、開發(fā)一套由高壓開關(guān)柜、變頻柜、PLC柜、輔助柜、低壓配電柜、上位監(jiān)視機(jī)組成的TSA型全數(shù)字自動化副井提升電控系統(tǒng)。數(shù)控提升機(jī)的電控系統(tǒng)主要包括主控、驅(qū)動控制、監(jiān)控、井筒信號、制動控制、人機(jī)對話、顯示、硬件安全回路及其它子系統(tǒng)等硬件和軟件。

關(guān)鍵詞：礦井提升絞車電控系統(tǒng)改造；變頻調(diào)速；PLC控制

1、礦井提升系統(tǒng)概況

1.1提升機(jī)是承擔(dān)礦山人員和物料提升任務(wù)的關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備，是礦山井上下聯(lián)系的咽喉，是礦井中技術(shù)含量最高的設(shè)備之一，也是實(shí)現(xiàn)礦井生產(chǎn)和效益目標(biāo)的保證。

1.2數(shù)字化驅(qū)動技術(shù)在80年代末90年代初形成，隨著數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展，以及PLC產(chǎn)品在提升機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用。世界先進(jìn)的提升機(jī)已實(shí)現(xiàn)電控系統(tǒng)的全數(shù)字化控制，硬件和軟件都有成熟的、系列化的產(chǎn)品。如美國GE公司。提升機(jī)的主控系統(tǒng)、驅(qū)動控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、制動控制系統(tǒng)、井筒信號系統(tǒng)、定量控制、井筒通訊等已完全實(shí)現(xiàn)數(shù)控化。德國SIEMENS（西門子）公司和瑞典ABB公司是世界提升機(jī)電控設(shè)備生產(chǎn)領(lǐng)域的兩大主要公司，代表了提升機(jī)電控技術(shù)和裝備的世界先進(jìn)水平。

1.3在礦井絞車電氣控制系統(tǒng)中，變頻技術(shù)具備節(jié)能、安全性高、工藝流程合理等特點(diǎn)，而成為電氣控制系統(tǒng)中應(yīng)用的主要技術(shù)措施。與傳統(tǒng)的煤礦絞車電氣控制技術(shù)相比，變頻技術(shù)具有良好的啟動與調(diào)速性能，高效率、高功率的優(yōu)勢，成為今天煤炭行業(yè)中的電氣控制技術(shù)之一，并被公認(rèn)為最為實(shí)用的技術(shù)。

2、提升絞車電控系統(tǒng)改造

2.1華泰煤礦副井現(xiàn)變頻絞車已投運(yùn)五年，近期存在故障率高的問題，而且故障率呈增加的趨勢。為了保證礦井的正常安全生產(chǎn)，成立公關(guān)隊(duì)伍對現(xiàn)有電控系統(tǒng)進(jìn)行改造。

2.2研究、開發(fā)一套由高壓開關(guān)柜、變頻柜、PLC柜、輔助柜、低壓配電柜、上位監(jiān)視機(jī)組成的TSA型全數(shù)字自動化副井提升電控系統(tǒng)。

2.3內(nèi)容主要是開發(fā)系統(tǒng)的工藝控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制的平滑性和安全性，實(shí)現(xiàn)傳動系統(tǒng)與主控系統(tǒng)的工業(yè)總線式數(shù)據(jù)通訊，以及網(wǎng)絡(luò)控制；其次是對直流變頻傳動技術(shù)的研究，特別是對位能力矩性負(fù)載，零速度大力矩的進(jìn)行技術(shù)突破；最后還要對系統(tǒng)設(shè)備的整體配置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，使系統(tǒng)更簡潔，更可靠，同時滿足現(xiàn)場工藝要求。開發(fā)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的提升機(jī)信息的監(jiān)視，同時形成網(wǎng)絡(luò)化的上位結(jié)構(gòu)。

2.4數(shù)控提升機(jī)的電控系統(tǒng)主要包括主控、驅(qū)動控制、監(jiān)控、井筒信號、制動控制、人機(jī)對話、顯示、硬件安全回路及其它子系統(tǒng)等硬件和軟件。

2.5開發(fā)的系統(tǒng)設(shè)備具有邏輯、順序、定時、計算、調(diào)節(jié)控制、通訊等功能，可滿足提升機(jī)主控、驅(qū)動控制、監(jiān)控、井筒信號等系統(tǒng)的數(shù)控化要求，硬件采用工業(yè)PLC。

2.6主控PLC選用SIEMENS公司的S7-400可編程控制器。主控PLC由主機(jī)架、電源板、CPU板、通訊板、高速計數(shù)板、模擬量I/O板、數(shù)字量I/O板等硬件組成。

2.7主控PLC應(yīng)用軟件能完成提升機(jī)手動、自動、檢修等運(yùn)行方式的控制要求；控制與監(jiān)視提升系統(tǒng)各路電源及液壓油泵電源等；完成提升機(jī)運(yùn)行工藝要求的控制功能；實(shí)現(xiàn)對調(diào)速系統(tǒng)行程速度給定的控制；與提升信號系統(tǒng)之間相互閉鎖；與操車系統(tǒng)之間相互閉鎖；實(shí)現(xiàn)提升機(jī)液壓制動系統(tǒng)控制功能。

實(shí)現(xiàn)完善的保護(hù)功能，對于全速超速、井筒兩端減速段超速、上下過卷等安全保護(hù)具有多重保護(hù)。同時，還能完成定點(diǎn)速度監(jiān)視、井筒開關(guān)監(jiān)視、電機(jī)及溫度檢測、閘瓦磨損與間隙等監(jiān)控與保護(hù)功能。

2.8完成提升機(jī)位置閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)位置的同步監(jiān)測功能。主控PLC的故障自診斷，具有看門狗和負(fù)載能力顯示功能?？稍诰€或離線修改用戶程序。實(shí)現(xiàn)上位機(jī)監(jiān)控功能。

2.9兩套安全回路（軟件與硬件冗余）。安全回路至少應(yīng)包括《安全規(guī)程》要求的“過卷、極限過卷”等18項(xiàng)保護(hù)類型。輔控PLC選用SIEMENS公司S7-400可編程序控制器。該P(yáng)LC為從PLC，完成對提升機(jī)形成和速度的監(jiān)控并與主PLC進(jìn)行比較。處理與主軸相連的編碼器的脈沖，變?yōu)樘嵘龣C(jī)的行程信號，控制操作臺上的數(shù)字式深度指示器，指示箕斗在井筒中的位置。

3、改造效果

3.1通過改造，大大降低故障率，系統(tǒng)控制精確、運(yùn)算簡潔，節(jié)能效果明顯，可靠性得到很大提高，操作更加簡便。能方便控制絞車提升速度，安全得到保證，極大地降低絞車的操縱難度

3.2運(yùn)行更加平穩(wěn)，實(shí)現(xiàn)速度連續(xù)可調(diào)，電機(jī)溫升較舊系統(tǒng)有明顯降低，同時對系統(tǒng)機(jī)械沖擊也明顯減小。

3.3電能質(zhì)量得到改善無諧波污染，不干擾其他設(shè)備。變頻調(diào)速本質(zhì)上幾乎不存在諧波污染，也不會對生產(chǎn)、安全通訊等其他設(shè)備，造成任何干擾，不需增加治理投資。

3.4節(jié)能效果明顯，絞車電控系統(tǒng)改造后，副井絞車每月可節(jié)約電費(fèi)2萬元，每月起動盤形閘閘瓦、保護(hù)配件等材料消耗據(jù)統(tǒng)計可節(jié)省近0.5萬元。

4、結(jié)束語

通過電控系統(tǒng)改造，不僅極大地提高了煤礦生產(chǎn)自動化程度，為煤礦安全生產(chǎn)奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)，使絞車系統(tǒng)保護(hù)完善、運(yùn)行安全可靠、維護(hù)簡單，故障率低，而且節(jié)能效果明顯。