主井提升機全數(shù)字網(wǎng)絡化直流電控系統(tǒng)的開發(fā)及應用

王繼超

摘要：主井提升機是煤礦生產(chǎn)的關鍵設備，本文重點對主井提升機的改造優(yōu)化展開研究，進行了主井提升機全數(shù)字網(wǎng)絡化直流電控系統(tǒng)的開發(fā)和應用，提高了礦井提升能力，實現(xiàn)了較好效果。

關鍵詞：主井提升機;直流電控系統(tǒng);開發(fā);應用

1、研究背景

主井提升機是礦山生產(chǎn)的關鍵設備，其運行的安全性和可靠性對礦山生產(chǎn)起著至關重要的作用。傳統(tǒng)的主井提升機通常在電動機轉(zhuǎn)子回路中串接附加電阻進行起動和調(diào)速，這種控制系統(tǒng)存在可靠性差、調(diào)速性能較差、故障率高、電能浪費大、效率低等缺點。

2、主井提升機全數(shù)字網(wǎng)絡化直流系統(tǒng)開發(fā)方案分析

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，主井提升機全數(shù)字網(wǎng)絡化直流電控系統(tǒng)以成為現(xiàn)實，選用直流電動機傳動，調(diào)速系統(tǒng)采用西門子公司的6RA70系列全數(shù)字直流調(diào)速裝置實現(xiàn)磁場恒定、電樞換向串聯(lián)12脈動控制。網(wǎng)絡化操作系統(tǒng)采用S7-300雙PLC雙線制控制，配臺式網(wǎng)絡化控制操縱臺，PLC實現(xiàn)對提升機的工藝控制和安全保護，安全保護采用以軟件、硬件兩回路安全回路實現(xiàn)雙重保護。監(jiān)控系統(tǒng)采用西門子原裝進口工控機。操作系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)之間通過工業(yè)局域網(wǎng)絡進行系統(tǒng)通訊及信號交換，并預留與信號系統(tǒng)進行聯(lián)網(wǎng)的接口，具有遠程監(jiān)控功能。該體統(tǒng)硬件配置功能強大、技術(shù)先進、安全可靠、高效節(jié)能。改進后的主井提升機具有以下優(yōu)點：

2.1、采用電樞換向串聯(lián)12脈動控制、磁場恒定。當一組整流裝置出現(xiàn)故障情況下，12脈動可手動切換為6脈動，以確保提升機能實現(xiàn)全載半速運行，不需要減少載量。

2.2、加減速過程實現(xiàn)6/12脈動順序控制，對電網(wǎng)的無功沖擊較小，功率因數(shù)較高，高效節(jié)能。

2.3、采用全數(shù)字速度、電流、位置閉環(huán)控制使提升機在任意速度下運行穩(wěn)定可靠并保持較高的運行效率。

2.4、操作和安全保護系統(tǒng)選用兩套不同配置的西門S7-300系列可編程控制器，兩套PLC互為CPU冗余控制。主輔PLC之間相互通訊及監(jiān)視，操作過程實現(xiàn)雙線控制方式，對提升機運行關鍵的信號（如速度、容器位置、安全、減速、過卷等等）均采用多重保護，互為監(jiān)視。

2.5、PLC操作控制系統(tǒng)能完成提升機手動、半自動、全自動、慢動、檢修及緊急控制等各種運行方式的控制要求等?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)罐位與去向之間的距離及提升種類，自動選取最大的運行速度，提高系統(tǒng)的運行效率。

2.6、裝卸載系統(tǒng)整體設計包括裝載站、卸載站和提升車房監(jiān)控站三部分，主要運用PLC技術(shù)實現(xiàn)對裝載給煤機，定量斗閘門等元件進行順序控制，實現(xiàn)定重裝載，滿足提升信號的要求，可以在井底及絞車房內(nèi)車房觀察到提升重量.元件的運行狀態(tài)等實時數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)通信傳導提升機上位計算機，便于網(wǎng)絡化傳輸及提升工藝流程控制自動化。

3、對主井提升機全數(shù)字網(wǎng)絡化直流系統(tǒng)開發(fā)過程研究

通過采用理論分析、探討，方案確定，試運行與實際投運相結(jié)合的方法，以理論研究、方案比較為指導，針對：

3.1、轉(zhuǎn)子回路串接電阻，消耗大量電能，造成資源浪費;

3.2、電阻分級切換，為有級調(diào)速，設備運行不平穩(wěn);

3.3、電動機滑環(huán)與電刷的電流大，不易維修，金屬電阻的電流大經(jīng)常燒壞造成短路;

3.4、低壓變頻器節(jié)能只設計在距井口40米處往上行駛才投入變頻，電量節(jié)能不是全過程;

3.5、主副編碼器沒有同步校正，使編碼器容易出現(xiàn)誤差;

3.6、制動手柄沒有軟件控制。

3.7、控制回路主要開關沒有輸送到PLC，在出現(xiàn)事故時PLC上沒有顯示，延長了處理事故的時間。

3.8、電動機軸瓦減速機側(cè)振動。

針對上述各項不利因素，特對新主井提升機全數(shù)字網(wǎng)絡化直流電控系統(tǒng)進行開發(fā)應用，采用直流電動機傳動，調(diào)速系統(tǒng)采用西門子公司的6RA70系列全數(shù)字直流調(diào)速裝置實現(xiàn)磁場恒定、電樞換向串聯(lián)12脈動控制。網(wǎng)絡化操作系統(tǒng)采用S7-300雙PLC雙線制控制，配臺式網(wǎng)絡化控制操縱臺，PLC實現(xiàn)對提升機的工藝控制和安全保護，安全保護采用以軟件、硬件兩回路安全回路實現(xiàn)雙重保護。監(jiān)控系統(tǒng)采用西門子原裝進口工控機。實現(xiàn)PLC操作控制系統(tǒng)能完成提升機手動、半自動、全自動、慢動、檢修及緊急控制等各種運行方式的控制要求等。控制系統(tǒng)根據(jù)罐位與去向之間的距離，自動選取最大的運行速度，提高系統(tǒng)的運行效率，達到高效節(jié)能。完成提升機位置閉環(huán)控制，實現(xiàn)位置的多重同步監(jiān)測、校驗等功能。主控PLC的故障自診斷，具有看門狗和負載能力顯示功能?，F(xiàn)場安全事故信號采用光電隔離后進PLC，利用PLC內(nèi)部安全回路和外部硬件安全回路共同構(gòu)成兩重安全保護。在PLC內(nèi)部也可設置多重保護回路，以實現(xiàn)對各種故障的綜合判斷。具有所要求的各種保護。實現(xiàn)數(shù)字行程給定功能，定位精度≤1cm，并實現(xiàn)數(shù)字行程罐位位置顯示，在井筒內(nèi)設置同步開關對光電編碼器進行同步校正。

通過對原有的調(diào)速系統(tǒng)和控制回路進行改良設計，利用直流電動機傳動，調(diào)速系統(tǒng)采用西門子公司的6RA70系列全數(shù)字直流調(diào)速裝置實現(xiàn)磁場恒定、電樞換向串聯(lián)12脈動控制，提高了提升機運行的穩(wěn)定性，同時降低了能源消耗。網(wǎng)絡化操作系統(tǒng)采用S7-300雙PLC雙線制控制，配臺式網(wǎng)絡化控制操縱臺，PLC實現(xiàn)對提升機的工藝控制和安全保護，安全保護采用以軟件、硬件兩回路安全回路實現(xiàn)雙重保護，極大保障了提升機運行的可靠性和安全性。監(jiān)控系統(tǒng)采用西門子原裝進口工控機。操作系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)之間通過工業(yè)局域網(wǎng)絡進行系統(tǒng)通訊及信號交換，并預留與信號系統(tǒng)進行聯(lián)網(wǎng)的接口，具有遠程監(jiān)控功能。主軸傳動裝置上的軸編碼器信號進入主控PLC，電機上的軸編碼器（測速發(fā)電機）信號進入輔控PLC，作為兩路完全獨立的數(shù)字行程監(jiān)控器的位置信號，通過網(wǎng)絡通信，兩路數(shù)字監(jiān)控相互比較、冗余控制，實現(xiàn)速度的包絡線保護、位置閉環(huán)控制，確保數(shù)字監(jiān)控器的準確、可靠、安全。

4、主井提升機全數(shù)字網(wǎng)絡化直流系統(tǒng)應用后的效果分析

4.1、技術(shù)先進性

提升數(shù)據(jù)柜選用雙套不同配置的西門子S7-300可編程控制器。雙PLC之間既有軟件上的聯(lián)鎖，還有硬件上的聯(lián)鎖和看門狗電路。對PLC的運行進行監(jiān)視，防止因為PLC死機或其他意外原因造成PLC故障時能及時監(jiān)測并參與安全保護。

完成提升機位置閉環(huán)控制，實現(xiàn)位置的多重同步監(jiān)測、校驗等功能。主控PLC的故障自診斷，具有看門狗和負載能力顯示功能。實現(xiàn)PLC程序、安全故障及事件的實時打印。軟件和硬件冗余的安全回路?，F(xiàn)場安全事故信號采用光電隔離后進PLC，利用PLC內(nèi)部安全回路和外部硬件安全回路共同構(gòu)成兩重安全保護。在PLC內(nèi)部也可設置多重保護回路，以實現(xiàn)對各種故障的綜合判斷。具有所要求的各種保護。

4.2、運行可靠性

現(xiàn)設備在手動、半自動、自動、檢修操作方式控制下運行，給礦井正常提升、檢修、保養(yǎng)提供了充分保證，操作和安全保護系統(tǒng)選用兩套不同配置的西門子S7-300系列可編程控制器，兩套PLC互為CPU冗余控制。主輔PLC之間相互通訊及監(jiān)視，操作過程實現(xiàn)雙線控制方式，對提升機運行關鍵的信號（如速度、容器位置、安全、減速、過卷等等）均采用多重保護，互為監(jiān)視。從系統(tǒng)角度提高了設備運行的安全性。

5、小結(jié)

綜上所述，對主井提升機全數(shù)字網(wǎng)絡化直流電控系統(tǒng)的開發(fā)和應用，其整個系統(tǒng)設計思想先進，結(jié)構(gòu)合理，使用方便，維護量小，保護性能完善可靠，使用壽命長，節(jié)能效果好，運行平穩(wěn)故障率低，安全性能也明顯的提高，大大增加了有效提升時間，提高了礦井的提升能力。

參考文獻：

[1] 陳春林.淺談全數(shù)字煤礦主井直流提升機的自動化控制技術(shù)[J].科技致富向?qū)В?013，（18）.

[2] 孫鵬.對礦山提升機自動化控制趨勢的探討[J].中小企業(yè)管理與科技，2014，（31）.

（作者單位：冀中能源峰峰集團有限公司大淑村礦）