煤礦主提升機(jī)電控系統(tǒng)研究

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)永定莊煤業(yè)公司 山西 037024）

煤礦主提升機(jī)屬于礦產(chǎn)開采期間常用的運(yùn)輸設(shè)備，經(jīng)機(jī)械結(jié)構(gòu)、電器設(shè)備構(gòu)成，可很好的完成井上生產(chǎn)工作任務(wù)、井下生產(chǎn)工作任務(wù)[1]。需要注意的是，煤礦主提升機(jī)電控結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、參數(shù)較多，因而要求比較高，需作以系統(tǒng)優(yōu)化處理，可從上位機(jī)監(jiān)控、組態(tài)畫面、防錯向保護(hù)、變頻調(diào)速、檢修信號處理等多個方向出發(fā)加以優(yōu)化處理，進(jìn)而有效保障整個煤礦電控系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

1.煤礦主提升機(jī)電控系統(tǒng)功能相關(guān)概述

（1）控制功能。將保護(hù)信號、控制信號，及時輸入到能編程控制器，在實(shí)行數(shù)據(jù)軟件處理后，可實(shí)現(xiàn)煤礦主提升機(jī)常規(guī)運(yùn)行、手動運(yùn)行、自動運(yùn)行等控制。需要注意的是，能編程控制器數(shù)套，經(jīng)FX2N-BD通訊模塊以485通訊進(jìn)行連接處理，以此在第一時間獲取控制指令，提升系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性及安全性[2]。

（2）保護(hù)功能。煤礦主提升機(jī)有安全回路，其中包括監(jiān)控機(jī)可編程控制器、主控機(jī)可編程控制器2種，能夠?qū)崿F(xiàn)減速墊過速、等速段超速、提升機(jī)卷筒過卷，以及電源斷電、錯向、繩松、通訊錯誤、無制動、制動油過壓、高壓失壓跳閘、潤滑油超溫等方面保護(hù)目的。

（3）監(jiān)控功能。為監(jiān)控煤礦主提升機(jī)行程，可以使用2臺編碼器、主控監(jiān)控PLC設(shè)備處理，安裝于減速器高速輸出端、滾筒輸出端。這時利于編碼器及時獲取脈沖信號，送至能夠編程控制器計算單元，借助邏輯運(yùn)算方式處理將計算數(shù)據(jù)、全程標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為容器提升部位。在此之后，以SPD指令對計算提升速斷作以準(zhǔn)確計算，通過M8251信號確定箕斗容器提升的方向，經(jīng)PLC程序逐漸形成給定速度曲線、動作保護(hù)信號[2]。

2.煤礦主提升機(jī)電控系統(tǒng)優(yōu)化對策

(1)調(diào)繩信號控制優(yōu)化方法

發(fā)送檢修信號之后，絞車10s左右無動車、信號自動調(diào)整為停車信號，可避免司機(jī)繼續(xù)開車所致傷亡，建議在此之上設(shè)置調(diào)繩節(jié)點(diǎn)，目的為有效保障檢修的安全問題、速度，以及調(diào)繩工作質(zhì)量。

圖1 煤礦主提升機(jī)電控系統(tǒng)調(diào)繩

(2)高壓低頻換向柜優(yōu)化方法

換向柜中存在不同的高壓真空接觸器，電器連接使用的為裸銅母線，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)接觸器上方存在兩相母線距離設(shè)置約為58mm，參照煤礦電機(jī)設(shè)備安裝相關(guān)要求，觀察到這一距離設(shè)置不合理。針對于此，調(diào)整為應(yīng)用熱縮管套和母線連接，可借助熱風(fēng)槍的作用加熱、安裝，將熱縮管、直徑分別布設(shè)為：10kV、52mm。待完成熱縮管安裝作業(yè)后，能達(dá)到電氣距離安裝相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，防止受到異物、絕緣，以及潮濕和鹽霧等因素所影響引發(fā)電力故障狀況[3]。

(3)井筒開關(guān)控制優(yōu)化方法

為降低井架和電纜受到雷電因素、損壞可編程控制器所影響，要求在筒內(nèi)合理設(shè)置減速及矯正的開關(guān)，以此提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。選擇開關(guān)的時候盡可能選擇穩(wěn)定性佳的復(fù)合開關(guān)，這一類型開關(guān)能發(fā)揮保護(hù)功能的作用，箕斗位置磁鋼于上部通過開關(guān)，節(jié)點(diǎn)無法保持連接，所以能夠促使運(yùn)行更加穩(wěn)定。

圖2 煤礦主提升機(jī)電控系統(tǒng)井筒開關(guān)

(4)檢修信號處理優(yōu)化方法

要求相關(guān)檢修人員實(shí)行電控系統(tǒng)檢測的過程，經(jīng)井口信號箱使主令開關(guān)部位修位，檢修時因受到部分因素所影響，致使檢測信號產(chǎn)生接受錯誤的現(xiàn)象，故而信號系統(tǒng)輸出檢修狀態(tài)信號的時候，應(yīng)該將繼電器輸出信號、監(jiān)控機(jī)連接起來，節(jié)點(diǎn)串入到M390回路、M389回路中，檢修人員進(jìn)行提升機(jī)所有部分檢查期間，提升機(jī)不能高壓動車，急停開關(guān)置于信號箱內(nèi)部完成信號處理工作后，繼電器輸出、檢修不需使用動車，及時按下急停開關(guān)并開啟安全閉鎖，從而使安全回路處于斷開的狀態(tài)。

(5)組態(tài)畫面優(yōu)化方法

建議在控制現(xiàn)場安裝工控機(jī)，借助組態(tài)軟件的作用模擬現(xiàn)實(shí)不同工況，獲取提升機(jī)相關(guān)數(shù)據(jù)信息、了解實(shí)際工作情況。而為做好系統(tǒng)安全維護(hù)工作，需技術(shù)處理故障、分析運(yùn)行數(shù)據(jù)信息，及時保存提升機(jī)主控機(jī)運(yùn)行速度、監(jiān)控機(jī)運(yùn)行速度，以及主機(jī)電流、油壓和提升機(jī)高度等相關(guān)參數(shù)，然后構(gòu)建歷史數(shù)據(jù)、曲線空間，保留近4周內(nèi)的數(shù)據(jù)信息，旨在為技術(shù)人員查詢奠定堅實(shí)基礎(chǔ)[4]。經(jīng)增加調(diào)繩工作的畫面準(zhǔn)確顯示不同電磁閥、形成開關(guān)的狀態(tài)信息，可為更好的進(jìn)行調(diào)繩作業(yè)奠定堅實(shí)基礎(chǔ)。另外，架設(shè)了報警組在電控系統(tǒng)發(fā)生故障問題后，報警系統(tǒng)會在第一時間發(fā)出聲光相關(guān)信息，利于工作人員在第一時間作以停工檢查處理。

(6)防錯向保護(hù)優(yōu)化方法

提升控制過程中，高壓電源、低頻電源間存在失控時間，這時提升力會逐漸加大、絞車控制系統(tǒng)自動測定荷載，所以需提前減速、貼閘施加制動力，主要的目的為避免在該段失控時間中絞車速度＞正常范圍規(guī)定速度。如果發(fā)生中途停車情況，沒有嚴(yán)格控制測荷時間和減速點(diǎn)位置，實(shí)現(xiàn)提前貼閘的效果有一定挑戰(zhàn)性，這時則會引發(fā)罐失控下墜狀況。針對于此，建議將自動換向設(shè)置為低速行駛無法高壓動作，將主令開關(guān)轉(zhuǎn)換為常開開關(guān)、接入能夠編程控制器，同時在應(yīng)急開車的過程，要求相關(guān)檢修人員將這一接點(diǎn)短接后啟動車輛，變換自動換向時候及時切斷換向接觸器電源，進(jìn)而確保煤礦主提升機(jī)運(yùn)行安全性。

(7)變頻調(diào)速優(yōu)化方法

提升機(jī)變頻調(diào)速裝置使用的為DSP+EPGA相結(jié)合構(gòu)造，能達(dá)到功率因數(shù)控制、故障診斷，以及速度閉環(huán)、電流閉環(huán)和矢量閉環(huán)等目的，這個過程應(yīng)用的處理器為32bit數(shù)值信號，變頻調(diào)速裝置控制回路作為三電平拓?fù)錁?gòu)造，不同的功率組件串聯(lián)分布于各相進(jìn)線側(cè)、出線側(cè)，兩者應(yīng)用均為相同布設(shè)方式，可使用二極管發(fā)揮鉗位功能、續(xù)流功能。主控回路過程存在幾種不同的電平，使用的均為直流母線輸出模式，該種模式和以往雙電平機(jī)構(gòu)均可降低變頻設(shè)備運(yùn)行所造成的干擾，降低功率裝置、電機(jī)運(yùn)行的電壓，避免反復(fù)開啟開關(guān)，減小開關(guān)損耗并確保主提升機(jī)電控系統(tǒng)運(yùn)行的效率，獲得系統(tǒng)優(yōu)化升級的目的。與此同時，系統(tǒng)控制時需降低開關(guān)啟閉頻率、進(jìn)線電抗，能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行能量雙向流動的效果，這一功能需使用高性能矢量控制實(shí)現(xiàn)效果。通過應(yīng)用電機(jī)輸出公路調(diào)節(jié)、控制，便于更好的對電機(jī)定子、電網(wǎng)功率加以控制，防止變頻裝置運(yùn)行對電網(wǎng)造成嚴(yán)重威脅。系統(tǒng)運(yùn)行過程功率接近1、輸入電流和正弦波，經(jīng)調(diào)控PWM電路實(shí)現(xiàn)，目標(biāo)位控制于整流側(cè)，如此利于保直流母線電壓處于恒定的狀態(tài)，電壓輸入、電流相位相同，進(jìn)而使用源前端技術(shù)對電流有功、無功加以有效控制。電流有功輸入、無功輸入，均需使用JIANG裝置進(jìn)行直流母線電壓控制，然后作以對比分析確定，有功電流、無功電流經(jīng)電源三相——兩相旋轉(zhuǎn)達(dá)到目的。經(jīng)比例控制裝置和積分控制裝置對比分析發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用的直流母線電壓可應(yīng)用PWM調(diào)制裝置、IGBT導(dǎo)通開關(guān)形成，經(jīng)電機(jī)生成能量為網(wǎng)側(cè)流通至電機(jī)側(cè)位置，然后經(jīng)電機(jī)側(cè)——網(wǎng)側(cè)流通，電機(jī)系統(tǒng)機(jī)制運(yùn)行后，直流母線電壓升高。

圖3 煤礦主提升機(jī)電控系統(tǒng)變頻調(diào)速

(8)上位機(jī)監(jiān)控及提升機(jī)電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法

相同提升機(jī)電控系統(tǒng)配套應(yīng)用的為上位機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)，通過組態(tài)軟件、工控機(jī)組成，使用的為組態(tài)軟件Wincc，監(jiān)控系統(tǒng)由數(shù)個子系統(tǒng)構(gòu)成，提升機(jī)電控制系統(tǒng)運(yùn)行的過程要求相關(guān)工作人員應(yīng)用終端顯示窗口，經(jīng)借助上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的作用，對提升機(jī)運(yùn)行的狀態(tài)加以監(jiān)測。

煤礦主提升機(jī)電控系統(tǒng)控制模塊中的MPI總線，能提前將系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)存儲于裝置表位置，然后通過組態(tài)方式設(shè)置使得信息通訊為通暢的狀態(tài)；協(xié)議經(jīng)通訊模塊調(diào)配方式，應(yīng)用通訊編程可結(jié)合協(xié)議作以不同模塊調(diào)配處理；PLC占有不同的PLC設(shè)備組成。不同類型保護(hù)功能均需對主提升機(jī)運(yùn)行所致信號、指令作以針對性反饋，比方說：主控PLC通電經(jīng)程序操控高壓專項裝置發(fā)出信號，然后促使控制信號及時傳輸?shù)街麟姍C(jī)定子繞組，電機(jī)啟動后參照操控程序的要求將電阻切斷處理，以此達(dá)到自動加速的目的。主提升機(jī)運(yùn)行階段旋轉(zhuǎn)編碼裝置，容易受到電機(jī)運(yùn)行因素所影響發(fā)生轉(zhuǎn)動情況，對外輸出各種脈沖并被接收終端所接收，此時能經(jīng)主控PLC進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行計數(shù)。

3.結(jié)語

為促使煤礦提升機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性，有效維護(hù)煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)該借助計算機(jī)、現(xiàn)場總線、現(xiàn)代系統(tǒng)優(yōu)化等的作用，進(jìn)行煤礦主提升機(jī)電控系統(tǒng)優(yōu)化處理，主要的目的為切實(shí)提高煤礦的整體生產(chǎn)效率，為推動煤礦企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展打下堅實(shí)基礎(chǔ)。