同步共點(diǎn)多通道智能閘控系統(tǒng)的實(shí)踐應(yīng)用

趙 忻

（山西潞安集團(tuán)和順一緣煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 和順 032700）

引言

礦井提升機(jī)是資源與能源礦山開采的咽喉設(shè)備，而提升機(jī)電液制動系統(tǒng)是礦山運(yùn)行安全和運(yùn)行效率的關(guān)鍵部件。中信重工機(jī)械公司與潞安集團(tuán)在對國內(nèi)外礦井提升設(shè)備制動系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行分析總結(jié)的基礎(chǔ)上，結(jié)合未來礦井提升設(shè)備大型化、高效率、超井深及重載的發(fā)展趨勢，利用數(shù)字化技術(shù)，開發(fā)出功能完備、保護(hù)全面、適用廣泛、性能優(yōu)異的多通道恒減速閘控系統(tǒng)。并進(jìn)行了大量的工業(yè)試驗(yàn)，積累了珍貴的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，同時在潞安集團(tuán)一緣煤業(yè)已經(jīng)建成投入生產(chǎn)運(yùn)行。

1 同步共點(diǎn)多通道智能閘控系統(tǒng)的分析

1.1 基本說明

礦井提升機(jī)是礦山開采中運(yùn)輸人員和物料的咽喉設(shè)備，而礦井提升機(jī)制動系統(tǒng)的作用除了保證提升機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)停車外，更重要的是在提升機(jī)控制系統(tǒng)出現(xiàn)失控的情況下，可將提升機(jī)安全停車，避免事故發(fā)生。隨著千萬噸級礦山和千米深井礦山的不斷出現(xiàn)，使得這些提升系統(tǒng)成為大質(zhì)量模數(shù)系統(tǒng)，普通的恒力矩二級制動系統(tǒng)和恒減速備二級制動模式的制動系統(tǒng)較難通過防滑驗(yàn)算，在極端情況下存在安全隱患，已經(jīng)不能滿足這些特大型礦井提升機(jī)的需要。針對這一狀況，設(shè)計(jì)開發(fā)了共點(diǎn)同步多通道恒減速電液制動系統(tǒng)，當(dāng)其中一路恒減速制動方式失效時仍然實(shí)行恒減速制動模式，并且達(dá)到原來的制動效果[1]。

本礦井提升智能多通道恒減速控制系統(tǒng)主要用于對制動性能和制動安全性要求較高的礦井提升機(jī)，特別適用于大型、特大型多繩摩擦主井提升設(shè)備的電液制動系統(tǒng)。智能多通道恒減速電液制動系統(tǒng)在任何工況下實(shí)施緊急安全制動時，比例方向閥的操作由連接到提升機(jī)的速度控制系統(tǒng)來控制，由此保證提升機(jī)實(shí)際減速度能夠與給定減速度曲線保持一致。多個通道的恒減速制動功能均起作用，如果某一通道的恒減速制動功能失靈，則切斷有問題的通道，其他通道則通過電液閉環(huán)控制系統(tǒng)的自動控制作用，保證制動功能準(zhǔn)確，以及減速度恒定不變，達(dá)到恒減速制動的目的。

1.2 系統(tǒng)組成、主要功能及其原理

該閘控系統(tǒng)由兩臺多通道恒減速液壓站、一套三聯(lián)閘控柜、一組制動器裝置及閘檢測等附件組成。主要功能如下：

1）工作制動。為盤形制動器提供可以調(diào)節(jié)的壓力油，使提升機(jī)獲得不同的制動力矩；使礦井提升機(jī)正常地運(yùn)轉(zhuǎn)、調(diào)速、停車。

2）井中多通道恒減速安全制動。在井中發(fā)生各種事故狀態(tài)下，自動調(diào)節(jié)盤形制動器的油壓，使提升機(jī)按設(shè)定減速度制動，停車后盤形制動器迅速施加全部制動力，使提升系統(tǒng)處于全制動狀態(tài)。

3）系統(tǒng)自診斷功能在開始工作前可對制動控制系統(tǒng)進(jìn)行自診斷檢查，確保安全制動控制系統(tǒng)處于良好的工作狀態(tài)。

4）故障監(jiān)控功能。隨時對安全制動系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，包括對各個通道的恒減速制動功能監(jiān)視，并對故障點(diǎn)進(jìn)行顯示，以便查找和排除故障[2-3]。

2 系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新

1）開發(fā)出一種應(yīng)用數(shù)字比例方向閥的恒減速控制單元二通過數(shù)字比例控制技術(shù)高速響應(yīng)提升系統(tǒng)運(yùn)行速度的控制要求，精確調(diào)節(jié)制動力，保證大質(zhì)量提升系統(tǒng)按設(shè)定減速度平穩(wěn)安全制動停車。

2）開發(fā)出應(yīng)用數(shù)字比例溢流閥的壓力調(diào)節(jié)控制單元。應(yīng)用數(shù)字比例溢流閥有效調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力，進(jìn)行制動閘開閘和合閘的斜坡、增益和始動特性曲線凋節(jié)，提高系統(tǒng)動態(tài)特性。

3）開發(fā)出多通道同步共點(diǎn)恒減速控制模式。獨(dú)特的多通道同步共點(diǎn)既保證了正常工作模式下系統(tǒng)各執(zhí)行單元動作的一致性，又保證了在極端故障狀態(tài)下系統(tǒng)冗余保護(hù)的可靠性。該技術(shù)可徹底解決大型主井提升機(jī)對于防滑驗(yàn)算較難通過的問題。

主井箕斗提升一般都是雙容器提升，箕斗本體相對載荷較輕，所以防滑校驗(yàn)較難通過，對此我們首先應(yīng)采用合適的制動方式，選用摩擦系數(shù)較高的摩擦襯墊以及采用增加圍抱角等措施。原先國內(nèi)外的單通道恒減速電液制動系統(tǒng)由于都具有備用二級制動功能，而二級制動往往很難通過防滑驗(yàn)算，本項(xiàng)目采用了恒減速制動熱備的制動方式，即多通道恒減速制動方式，在某一條恒減速制動通道發(fā)生故障的情況下，可以利用其他通道的恒減速制動功能來實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的安全可靠停車。由于采用多通道恒減速制動的控制技術(shù)，對于主井雙箕斗提升采用合適的制動方式即本項(xiàng)目的恒減速熱備方式，就比較容易通過防滑計(jì)算，不需要再給箕斗增加配重，減少了提升加速時的能耗，防止了鋼絲繩和提升機(jī)的規(guī)格擴(kuò)大，從而大幅度減少了設(shè)備投資[4]。

4）開發(fā)了一種數(shù)字溢流閥級聯(lián)互保模式壓力控制回路（圖1所示），新設(shè)計(jì)的雙溢流閥邏輯關(guān)系確保系統(tǒng)壓力在任意一個溢流閥故障和兩個閥同時工作時特性一致、壓力相同，避免意外失壓造成的安全事故。

圖1 數(shù)字溢流閥級聯(lián)互保模式壓力控制回路

5）開發(fā)出雙PLC主從監(jiān)控互為切換的控制單元。

6）系統(tǒng)開發(fā)了故障自診斷與隔離技術(shù)。系統(tǒng)集成傳感監(jiān)測技術(shù)，具備關(guān)鍵部位的故障自診斷與隔離技術(shù)，在系統(tǒng)檢測到某一元件出現(xiàn)故障后對該同路進(jìn)行隔離并給出警示信號。第一，制動系統(tǒng)提供多通道恒減速制動通道，每條電氣、液壓通道都有獨(dú)立的元器件，每條減速制動回路都有檢測，保證在任何一條通道出現(xiàn)故障時其他通道可以100%修復(fù)通道的功能。第二，通過系統(tǒng)中的檢測組件，對液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、制動器裝置及提升系統(tǒng)的運(yùn)狀態(tài)進(jìn)行全方位的檢測，保證系統(tǒng)的工作狀態(tài)完全在控制范圍內(nèi)。第三，采用PLC對整個安全制動控制過程進(jìn)行了智能控制，能夠主動地通過對各種相關(guān)信進(jìn)行檢測、分析、推理并采取有效應(yīng)對措施，解決了相關(guān)環(huán)節(jié)人為控制產(chǎn)生的故障與誤差，確保制動系統(tǒng)能夠可靠制動[5]。

7）開發(fā)雙工作點(diǎn)恒減速電液制動技術(shù)，解決大質(zhì)量上提和下放工況的可靠制動。隨著提升系統(tǒng)向高速、大載荷發(fā)展，單一的恒減速工作點(diǎn)已經(jīng)不能滿足提升機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的所有工況。在提升系統(tǒng)質(zhì)量模數(shù)較大的情況下，根據(jù)不同工況，通過對制動系統(tǒng)恒減速工作點(diǎn)的計(jì)算和校核，將恒減速制動工作點(diǎn)設(shè)定2個參數(shù)，實(shí)現(xiàn)恒值閉環(huán)恒減速的安全制動效果，電氣控制簡化框圖如圖2所示。

圖2 電氣控制簡化框圖

3 結(jié)論

1）開發(fā)出一種應(yīng)用數(shù)字比例方向閥的恒減速控制單元，可控制運(yùn)行速度。

2）開發(fā)出應(yīng)用數(shù)字比例溢流閥的壓力調(diào)節(jié)控制單元，可有效調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力。

3）開發(fā)出多通道同步共點(diǎn)恒減速控制模式，以及數(shù)字溢流閥級聯(lián)互保模式壓力控制回路和雙PLC主從監(jiān)控互為切換的控制單元的應(yīng)用，可有效地加強(qiáng)同步共點(diǎn)多通道智能閘控系統(tǒng)的功能。

4）故障自診斷與隔離技術(shù)的應(yīng)用可有效地降低系統(tǒng)的故障率。