寺河礦副斜井提升機(jī)電控及液壓系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)

王 凱

（山西省晉煤集團(tuán)寺河煤礦，山西 晉城 048205）

1 工程概況

寺河煤礦副斜井井口安裝1臺(tái)2KJ-2.5/20A型雙滾筒單繩纏繞式提升機(jī)，承擔(dān)著全礦井下的矸石、設(shè)備、人員以及輔助材料的運(yùn)輸工作。該提升機(jī)的電控系統(tǒng)使用串電阻式調(diào)速方式，故障頻繁發(fā)生，因此必須對(duì)電控及液壓系統(tǒng)進(jìn)行改造。

2 電控及液壓系統(tǒng)的改造思路分析

在改造方案中提出采用變頻調(diào)速控制電控方式，更換原有電機(jī)和電控裝置，保留原設(shè)備的機(jī)械部分，不但能解決提升機(jī)電控經(jīng)常出現(xiàn)故障的問(wèn)題，還能收回更換整機(jī)增加的成本。

3 電控及液壓系統(tǒng)的改造設(shè)備的選型研究

3.1 電機(jī)的選型

本次電控系統(tǒng)改造后的控制方式由串電阻式改造為變頻式，結(jié)合礦井提升機(jī)現(xiàn)有電源現(xiàn)狀，選中煤礦供電電壓等級(jí)660V為電機(jī)電壓等級(jí)，考慮到變頻控制增加的電機(jī)功率富裕系數(shù)，確定電機(jī)功率為250kW較為合適。

3.2 變頻調(diào)速系統(tǒng)選型

目前工業(yè)使用較為成熟的變頻調(diào)速系統(tǒng)，結(jié)合礦井提升機(jī)配套電機(jī)的選擇，使用交直交型變頻調(diào)速較為合適，作為煤礦提升設(shè)備其必須具備提升重物、下發(fā)重物、空載運(yùn)行等各種運(yùn)行模式，故變頻調(diào)速需具備四象限工作模式，并且具備較好的節(jié)能效果。本方案調(diào)速系統(tǒng)選擇AB公司ACS800系列的全數(shù)字交直交DTC控制變頻器。柜體式安裝的ACS800配置有源供電單元，適用于能源可再生的傳動(dòng)場(chǎng)合。

3.3 網(wǎng)絡(luò)化操作和監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與選型

在改造設(shè)計(jì)中，選用2套西門(mén)子S7-300系列PLC，1套形成主控PLC，1套作為從屬保護(hù)，利用PROFIBUS總線形成主從控制模式。在設(shè)計(jì)時(shí)各PLC分站均采用PROFFIBUS總線連接方式，有效地降低故障點(diǎn)，提高電控系統(tǒng)的安全可靠性。本套提升機(jī)電控系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，使用兩套可編程控制器、操作臺(tái)遠(yuǎn)程I/O，上位工控機(jī)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線構(gòu)成整個(gè)提升系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。

3.4 傳感器配置

速度和位置傳感器采用德國(guó)進(jìn)口的高精度軸編碼器，進(jìn)行速度反饋和位置測(cè)量。整個(gè)系統(tǒng)共安裝3只軸編碼器，其中主軸安裝2只，進(jìn)行兩套PLC位置測(cè)量并相互監(jiān)測(cè)，方便對(duì)提升機(jī)進(jìn)行全行程的速度、位置檢測(cè)和保護(hù)；高速軸安裝1只，進(jìn)行速度反饋。

井筒開(kāi)關(guān)傳感器安裝在井筒內(nèi)，過(guò)卷開(kāi)關(guān)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠的無(wú)工作電源的開(kāi)關(guān)。

3.5 信號(hào)系統(tǒng)

本系統(tǒng)中，KXT7礦用多功能提升信號(hào)裝置采用PLC控制，主信號(hào)、備用信號(hào)相互獨(dú)立，備用信號(hào)滿足應(yīng)急開(kāi)車條件。信號(hào)系統(tǒng)與提升機(jī)主控系統(tǒng)的安全閉鎖關(guān)系如下：

（1）井底與井口閉鎖功能：井底不發(fā)信號(hào)，井口發(fā)不出信號(hào)。

（2）井口與車房閉鎖功能：井口不發(fā)信號(hào)，車房收不到信號(hào)。

（3）水平之間的閉鎖功能：一個(gè)水平發(fā)出信號(hào)后，其他水平不能發(fā)出。

（4）信號(hào)指令之間閉鎖功能：某一信號(hào)指令發(fā)出后，其他信號(hào)指令不能發(fā)出，急停信號(hào)、停止信號(hào)除外。

（5）信號(hào)與開(kāi)車回路的閉鎖功能：信號(hào)不發(fā)到車房，絞車不能啟動(dòng)。

（6）急停信號(hào)與絞車安全回路閉鎖功能：按下急停按鈕，斷開(kāi)絞車安全回路。

（7）水平安全設(shè)施與信號(hào)的閉鎖功能：跑車防護(hù)裝置等井口安全設(shè)施不到位，信號(hào)不能發(fā)出。

3.6 電源系統(tǒng)選型

高壓電源配置：副斜井配置4臺(tái)高壓柜，單母線接線，負(fù)責(zé)整個(gè)提升系統(tǒng)的雙回路高壓供電及保護(hù)（型號(hào)：KGS1型）。數(shù)量：進(jìn)線柜2臺(tái)，測(cè)量保護(hù)柜1臺(tái)，出線柜1臺(tái)。高壓配電系統(tǒng)為10kV雙回路進(jìn)線，一路工作，一路備用，故障后手動(dòng)切換。其二次回路的聯(lián)鎖和控制接點(diǎn)輸入到電控PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行操作控制。高壓配電柜選用直流操作，配38AH直流屏一套。開(kāi)關(guān)柜具有微機(jī)綜保裝置，兼?zhèn)淇刂?、?jì)量、數(shù)據(jù)采集、通信及繼電保護(hù)功能。

低壓電源配置：副斜井提升輔助設(shè)AC380/220V、50Hz低壓電源，采用二回路供電，二回路互為備用，當(dāng)一回路電源故障時(shí)另一回路能進(jìn)行切換。低壓配電系統(tǒng)采用單母線不分段結(jié)線形式，為全系統(tǒng)提供控制、操作電源。進(jìn)線柜內(nèi)設(shè)雙電源投切裝置。低壓電源設(shè)計(jì)一臺(tái)低壓配電柜。低壓電源柜含雙回路進(jìn)線開(kāi)關(guān)，多路空開(kāi)為液壓站、潤(rùn)滑站、信號(hào)系統(tǒng)、PLC、井筒開(kāi)關(guān)、風(fēng)機(jī)、機(jī)房照明、其他機(jī)房設(shè)備供電，設(shè)有設(shè)備檢修時(shí)的檢修用電源回路，含直流電源為PLC模板供電，含2kV·A進(jìn)口品牌UPS為PLC及工控機(jī)供電，設(shè)有電源電壓顯示儀表。

3.7 液壓制動(dòng)系統(tǒng)

原液壓站運(yùn)行中故障率過(guò)高，本方案為電控系統(tǒng)配置一套先進(jìn)的型號(hào)為T(mén)H112A1低壓液壓站，更換現(xiàn)有的液壓站。主要參數(shù)如下：最大工作油壓6.3MPa，最大供油量9～14L/min，工作油溫≤70℃，油箱儲(chǔ)油量殘壓≤1MP，二級(jí)制動(dòng)延時(shí)時(shí)間比例0～10s，閥允許最大輸入電流800mA，進(jìn)口原裝比例閥信號(hào)0～10VDC。

4 改造后系統(tǒng)的安裝調(diào)試

本次電控改造包含提升機(jī)電機(jī)的更換，故機(jī)械設(shè)備的拆除、安裝與電氣及電控設(shè)備的安裝應(yīng)同時(shí)進(jìn)行。設(shè)備安裝完成后，在提升低速（小于0.5m/s）空罐的情況下試車，實(shí)時(shí)關(guān)注電流速度曲線趨勢(shì)圖，配合施工單位檢查罐道安裝情況，然后逐步提速1m/s、2m/s到3m/s。期間重點(diǎn)檢查等速段、減速段保護(hù)等速度保護(hù)功能可靠性。最后在閘控系統(tǒng)的配合下，加載運(yùn)行，主要完成半載全速、全載全速的緊急制動(dòng)試驗(yàn)。根據(jù)要求分別就提物半載的下放與提升、提物全載的下放與提升進(jìn)行了試驗(yàn)，整體運(yùn)行效果良好，速度保護(hù)功能可靠。

5 結(jié)束語(yǔ)

寺河煤礦副斜井提升機(jī)經(jīng)電控系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)后，運(yùn)行效果良好，連續(xù)運(yùn)行三個(gè)月內(nèi)，電控系統(tǒng)沒(méi)有出現(xiàn)任何故障。提升機(jī)在改造后，采用了變頻調(diào)速，節(jié)電率在25%～40%，且控制質(zhì)量有了很大的提升，實(shí)現(xiàn)了無(wú)級(jí)變速，提升機(jī)實(shí)現(xiàn)了軟停、軟啟，消除了對(duì)電網(wǎng)的沖擊。