煤礦提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)的改造

王巧玲

（山西陽煤寺家莊煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 昔陽 045300）

引言

礦井提升機(jī)作為煤炭開采的咽喉要地，其承擔(dān)的主要任務(wù)為實(shí)現(xiàn)綜采工作面與地面物料及設(shè)備的交互。在當(dāng)前煤炭開采技術(shù)和綜采設(shè)備自動(dòng)化不斷提升的時(shí)期，對礦井提升機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。提升機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的可靠性和電氣控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性是確保其能夠高效、安全生產(chǎn)的前提。鑒于煤礦生產(chǎn)環(huán)境相對惡劣，在實(shí)際生產(chǎn)中會(huì)對電控系統(tǒng)造成干擾，進(jìn)而出現(xiàn)一系列的問題[1]。經(jīng)調(diào)研可知，提升機(jī)在實(shí)際提升過程中常存在換層過程中速度過快的問題，嚴(yán)重威脅著提升機(jī)運(yùn)行的安全性。為此，急需對提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，以達(dá)到提升機(jī)抗干擾能力、穩(wěn)定性和安全性的目的。

1 提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)現(xiàn)狀

本文以我礦某工作面副井提升機(jī)為研究對象，該立井工作面的垂直深度為569 m，主要承擔(dān)煤矸石、設(shè)備以及人員等的提升任務(wù)。該提升機(jī)所采用的電機(jī)型號為ZKTD215/45，屬于低速直聯(lián)直流他勵(lì)電機(jī)[1]。

1.1 提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)組成

該工作面立井提升機(jī)采用全數(shù)字直流傳動(dòng)系統(tǒng)。目前，該系統(tǒng)所采用的調(diào)速系統(tǒng)為直流電控調(diào)速系統(tǒng)，其核心裝置為西門子6RA70 直流調(diào)速裝置，調(diào)速策略為雙閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)原理?；谏鲜鲋绷髡{(diào)速裝置和雙閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)原理實(shí)現(xiàn)了對提升機(jī)速度的全數(shù)字調(diào)節(jié)。

工作面提升機(jī)電控系統(tǒng)主要由配電系統(tǒng)（高壓、低壓）、安全保護(hù)系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)、操作系統(tǒng)以及全數(shù)字交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成[2]。電控系統(tǒng)的核心為PLC 控制器，為確保提升機(jī)運(yùn)行的安全性，該電控系統(tǒng)采用雙PLC 冗余設(shè)計(jì)的原則。其中，一臺PLC 控制器主要承擔(dān)對提升機(jī)各項(xiàng)參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測的功能；另一臺PLC控制器主要承擔(dān)對提升系統(tǒng)的保護(hù)及控制功能。

基于6RA70 直流調(diào)速裝置可實(shí)現(xiàn)對提升系統(tǒng)的速度給定控制、可變加速度/減速度的給定控制、速度閉環(huán)控制和電流閉環(huán)控制。

1.2 提升機(jī)電控系統(tǒng)問題分析

經(jīng)對該提升機(jī)實(shí)際運(yùn)行過程各項(xiàng)參數(shù)分析，得出其存在如下問題：

1）提升機(jī)在換層操作過程中，其提升速度處于相對不穩(wěn)定的狀態(tài)；當(dāng)提升容器達(dá)到指定位置后，罐籠會(huì)出現(xiàn)上下晃動(dòng)的現(xiàn)象。

2）系統(tǒng)在正常換層操作時(shí)，提升速度較快，為保證換層速度滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，作業(yè)人員常常手動(dòng)操作制動(dòng)閘不被完全打開，加速了制動(dòng)系統(tǒng)的磨損。

3）由于換層速度較快，對日常的對罐操作造成干擾。

2 提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)的改造與實(shí)施

2.1 提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)的改造措施

經(jīng)分析造成上述一系列問題的原因在于其換層速度過快。導(dǎo)致提升機(jī)換層速度過快的根本原因在于其電控系統(tǒng)中上位機(jī)程序針對換層速度的給定值過大，且該速度給定值不會(huì)根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行自我調(diào)整[3]。此外，由于作業(yè)人員未能充分掌握設(shè)備性能，導(dǎo)致其在操作過程中存在一定的盲目性。因此，針對提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)做出如下改造：

1）將上位機(jī)換層速度更改為可更改類型，且更改依據(jù)為速度給定手柄位置。操作人員可根據(jù)速度給定手柄的實(shí)時(shí)位置確定換層速度，且速度變化范圍為0～0.3 m/s；

2）設(shè)定速度給定手柄的最大脈沖量為24 500，當(dāng)速度給定手柄不動(dòng)時(shí)設(shè)定換層速度為0，當(dāng)速度給定手柄發(fā)出的脈沖量為24 500 時(shí)，設(shè)定換層速度為0.3 m/s。即建立速度給定手柄所發(fā)出脈沖的數(shù)量與換層速度的對應(yīng)關(guān)系[4]。此外，為防止作業(yè)人員的誤操作，在上位機(jī)程序中設(shè)定限幅環(huán)節(jié)。即，在程序中設(shè)置速度給定手柄的脈沖數(shù)量不超過24 500，即可避免換層速度不超過0.3 m/s。

3）加強(qiáng)對提升機(jī)作業(yè)人員的操作培訓(xùn)。其中，當(dāng)提升機(jī)在輕載工況下運(yùn)行時(shí)，開始時(shí)刻將工作閘給定手柄和速度給定手柄同時(shí)打開；若提升機(jī)為重載提升工況時(shí)，應(yīng)先打開速度給定手柄，待系統(tǒng)電流大于一定值后即可緩慢打開工作閘給定手柄；若提升機(jī)為重載下放工況時(shí)，速度給定手柄和工作閘給定手柄可同時(shí)打開，要求工作閘給定手柄僅打開一部分，待速度穩(wěn)定后可完全打開工作閘給定手柄[5]。

2.2 提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)改造方案

經(jīng)2.1 分析造成提升機(jī)換層速度過快的主要原因?yàn)樯衔粰C(jī)程序存在缺陷。原PLC 控制程序如圖1所示，改造后PLC 程序框圖如圖2 所示。

圖1 原PLC 控制程序

圖2 改造后PLC 控制程序

對比圖1、圖2 可知，改造后PLC 控制對換層速度輸出需結(jié)合IN1 和IN2 的信息進(jìn)行同時(shí)確定，即需明確速度給定手柄的位置及速度給定手柄位置與換層速度的對應(yīng)關(guān)系兩項(xiàng)內(nèi)容；而改造前換層速度僅需IN 即可確定，即為固定值0.3 m/s。

3 改造效果

為驗(yàn)證本次針對電控系統(tǒng)的改造效果，本文特采取改造前后提升機(jī)的換層曲線進(jìn)行對比分析。提升機(jī)換層曲線如圖3 所示。

分析圖3 可知，在電控系統(tǒng)改造前，提升機(jī)換層所需時(shí)間大約為10 s，即換層速度相對較快，且換層速度均大于0.3 m/s；在換層過程中電機(jī)電流波動(dòng)較大，對設(shè)備的沖擊較大。電控系統(tǒng)改造完成后，提升機(jī)換層所需時(shí)間明顯延長，換層所需時(shí)間大約為23 s，且提升機(jī)的換層速度均小于0.3 m/s，約為0.2 m/s；在換層過程中電機(jī)電流變化相對平穩(wěn)，減小由于電流波動(dòng)而對設(shè)備所造成的沖擊。

綜上所述，原提升機(jī)電控系統(tǒng)經(jīng)改造后，系統(tǒng)可平穩(wěn)、緩慢地實(shí)現(xiàn)換層操作。且在換層過程中電機(jī)幾乎無電流波動(dòng)，從而減小對設(shè)備造成的沖擊，間接提升了電機(jī)及相關(guān)設(shè)備的使用壽命?？傊?，電控系統(tǒng)改造完成后提升了提升機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性。

圖3 提升機(jī)換層曲線

4 結(jié)語

提升機(jī)作為綜采工作面的關(guān)鍵運(yùn)輸設(shè)備，其運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性直接決定綜采工作面的產(chǎn)煤效率和安全性。通過對提升機(jī)換層速度的上位機(jī)程序進(jìn)行對應(yīng)性改造，將換層速度與速度給定手柄位置關(guān)聯(lián)起來，使改造后的電控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)提升機(jī)平穩(wěn)、緩慢的換層操作，在確保提升機(jī)穩(wěn)定性的同時(shí)，還減少了對設(shè)備的沖擊，間接了提升了工作效率，為保障綜采工作面的生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。