ABB主立井提升機電氣控制系統(tǒng)結構的研究

秦愛玲

（同煤浙能麻家梁煤業(yè)有限責任公司，山西 朔州 036002）

立井提升機是立井提升煤礦中重要的設備之一，主要用于原煤、物料的提升以及人員和設備的升降。提升機安全高效的運行集中體現(xiàn)在提升機的電控系統(tǒng)中，電控系統(tǒng)的優(yōu)劣直接影響礦井生產(chǎn)效率以及人員的人身生命安全。因此，ABB立井提升電控系統(tǒng)的選型、設計都以系統(tǒng)的高度安全性和可靠性為準。本文主要結合麻家梁礦主井提升系統(tǒng)采用瑞典ABB公司生產(chǎn)的全套JKMD—5.7×4落地式摩擦式提升機，對提升機自動化控制系統(tǒng)進行研究分析，期待從中發(fā)現(xiàn)科學、合理、可靠的提升機自動化控制系統(tǒng)的設計理念以及應用方法。

1 ABB提升系統(tǒng)配置

ABB主控系統(tǒng)軟件用來執(zhí)行提升機運行的邏輯、比較、順序控制、算術計算、通訊和監(jiān)測保護功能，由AC800M PLC系統(tǒng)、S800 I/O系統(tǒng)組成，ACS6000傳動控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)速度、電流閉環(huán)控制功能及與傳動有關的監(jiān)測監(jiān)控保護功能。傳動控制系統(tǒng)包括驅動控制、電流控制和勵磁控制三部分，主要由高壓柜、變壓器、兩套逆變單元（INU）、兩套整流單元(ARU）、電容器單元(CBU)、電壓限副單元(VLU)、勵磁單元（EXU）、內外水冷單元（WCU）組成。監(jiān)控系統(tǒng)對提升機系統(tǒng)的速度、位置等進行監(jiān)測和計算，起到驅動系統(tǒng)和主控系統(tǒng)的后備保護功能，監(jiān)控系統(tǒng)的位置速度信號來自電機增量型側編碼器脈沖解算信號。ABB閘控系統(tǒng)與ABB提升系統(tǒng)集成，有恒減速制動和恒力矩制動兩種緊急制動功能，在緊急制動投入時，率先投入恒減速制動，具有優(yōu)越的安全制動功能。操作維護系統(tǒng)主要由選擇開關、按鈕、光字牌、深度指示器、顯示儀表、蜂鳴器、制動手柄和速度控制手柄組成。提升監(jiān)視系統(tǒng)提供直觀的用戶界面，可以對提升系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)監(jiān)視以及系統(tǒng)維護。井筒信號系統(tǒng)主要包含裝載站和卸載站信號控制系統(tǒng)。

2 ABB提升系統(tǒng)的控制功能

2.1 設備起停、分合及提升機位置速度測量功能

包括變流器、高壓開關的合分閘以及外圍設備的起停，電機風機、傳動水冷系統(tǒng)等。ABB提升機位置速度測量采用安裝在電機側和滾筒側的增量型編碼器來檢測，通過對編碼器脈沖信號，到DP820模塊，然后經(jīng)過PLC程序邏輯計算。

2.2 滾筒直徑功能

滾筒直徑是影響提升機位置及速度計算的一個極為重要的參數(shù)，由于繩襯不斷磨損發(fā)生變化，產(chǎn)生誤差，必須要不斷修正它，才能保證控制的正確性，在CPU復位前必須記下滾筒直徑，以便在復位后重置直徑。

2.3 提升機同步及井筒開關功能

所有的位置、速度、滾筒的直徑計算所需的數(shù)據(jù)來源都是程序中的脈沖計數(shù)模塊，因此脈沖計數(shù)模塊的正確性是提升機正確、準確、安全運行的保證，為了消除其在提升過程中的偏差，必須要求對其進行同步校正。在提升機的整個運行階段中：起步-爬行-勻加速-勻速-勻減速-爬行-低爬-停車制動，勻減速段至停車段是提升速度控制的關鍵部分，因此，井筒傳感器均安裝在該階段對應的井筒當中：減速點開關（-106m），同步開關（-5.6m），到位開關（+0m）。

圖1 ABB提升系統(tǒng)組成示意圖

3 ABB提升控制系統(tǒng)的安全原則及保護功能

3.1 安全原則

ABB提升機控制系統(tǒng)符合歐盟的EN954-1標準，從系統(tǒng)設計、選型等方面都以歐盟的EN954-1為參考標準。提升機控制系統(tǒng)在設計時采用著名的安全設計原則來減少提升機系統(tǒng)的風險。

3.2 可編程序控制器

ABB的高性能PLC系統(tǒng)采用主控AHC和監(jiān)控AHM兩套完全獨立的PLC控制系統(tǒng)，其中，AHC用來對提升機進行監(jiān)視和控制，而AHM僅僅用來對提升監(jiān)視。兩個PLC都有Watch-dog來監(jiān)視PLC工作狀態(tài)，2套控制器都有獨立的跳閘輸出，對于重要的過程變量，2個控制器還對其進行比較，如果其偏差超過一定的范圍，使安全回路跳閘。處理器模塊:PM856/PM861，48MHz，系統(tǒng)讀寫存儲器:8Mbyte最小任務周期:1ms，I/O模塊: S800 I/O，通訊接口 /協(xié)議 : Ethernet，Profibus-DP，TCP/IP，內置電池后備時間:＞48h。

3.3 提升機的速度和位置的確定

提升機的位置和速度計算通過AHC和AHM二套完全獨立的控制器，AHC主控系統(tǒng)讀取滾筒側軸端增量型脈沖編碼脈沖信號（10000ppr），AHM監(jiān)控系統(tǒng)讀取電機側軸端增量型脈沖編碼脈沖信號（10000ppr），連接到各自的脈沖量計數(shù)卡，并且在井筒設計了同步開關，對提升機位置進行同步，還設置了位置檢查開關，保證提升機的位置和速度的準確性。

3.4 安全回路保護

分為硬件安全回路和安全回路，并以硬件安全回路為主，兩者之間相互作用，傳動系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、裝卸載系統(tǒng)、信號系統(tǒng)及控制系統(tǒng)關鍵狀態(tài)信號等，有讓安全回路投入的要求時，控制系統(tǒng)的軟件安全回路就會動作跳閘，同時向硬件安全回路發(fā)出跳閘命令；與此同時，上述觸發(fā)信號也會斷開硬件安全回路，進而觸發(fā)安全制動。硬件安全回路為最后的安全保護部分，其設計遵循失電斷開、上電閉合的原則，最大限度確保任一異常狀況下安全回路均能動作跳閘，保證提升機安全可靠運行。

3.5 安全制動保護

系統(tǒng)設計有安全制動回路，當發(fā)生緊急制動時，制動器內的油通過兩條回路迅速回油，很快使油壓降到V37的控制壓力，這時V37通過閘控卡控制其壓力，實現(xiàn)恒減速緊急制動，當恒減速失敗時直接轉至恒力矩制動。閘控板設計有后備電池，即使在電源中斷的情況下，也能啟動設定的安全制動模式。

3.6 ABB提升機控制系統(tǒng)的故障等級劃分

ABB提升機控制系統(tǒng)設計了多種保護功能，根據(jù)故障對提升機系統(tǒng)的影響程度，提升機保護功能將故障為三類。報警故障是指系統(tǒng)監(jiān)視中出現(xiàn)的一些些故障，比如主變壓器溫度高、天輪/主軸承溫度高等，該類故障不會直接危害系統(tǒng)的正常運行，并不需要中斷提升，僅發(fā)出聲光報警，告知操作人員及檢修人員故障信息，選擇適當?shù)臅r機處理即可。電氣減速緊停故障是指在一定程度上會危及到提升機的正常運行，但是又不會立即造成較大的事故，比如主軸承溫度超過75℃，液壓站蓄能器氮氣壓力過低，此時，提升機將先電氣減速至爬行速度，隨后再緊急停車制動。急停故障：一類是立即引起緊急制動的故障，另一類是提升機停車后再產(chǎn)生緊停的故障。第一類緊停故障出現(xiàn)后，提升機系統(tǒng)會立即停車，否則可能會給整個系統(tǒng)造成重大危害。第二類急停故障出現(xiàn)后，不會立即造成重大事故或危害，可以完成本次提升，但是停車后，必須排除該類故障后才能繼續(xù)提升。根據(jù)提升機不同操作功能的劃分，主控系統(tǒng)的保護功能可分為如下幾部分：高壓保護低壓保護、速度保護、位置測量保護、溫度保護、運行的同步保護、輔助設備狀態(tài)保護、張力測量保護、過卷保護、井筒設備的狀態(tài)保護、液壓制動系統(tǒng)的保護、反轉保護、其他保護等。

4 結語

提升機作為礦井的大型設備之一，其安全性對整個礦井的安全生產(chǎn)起著舉足輕重的作用。本文結合ABB提升機電控系統(tǒng)進行了系統(tǒng)的設計分析，對提升機電控系統(tǒng)及其控制技術應用的研究有一定的參考價值。關于提升機自動化電控系統(tǒng)更先進、更成熟、更可靠的技術研究，還有賴于廣大礦井科技工作者的共同努力，才能最終實現(xiàn)我國提升機自動化控制系統(tǒng)及其控制技術應用的提高。