ABB主立井提升機提升控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析

楊 森

（晉能控股集團晉城煤炭事業(yè)部長平公司，山西 高平 048000）

立井提升煤礦里面立井提升機是主要設(shè)備中的其中一個，其主要作用是提升物料、原煤及設(shè)備、人員的上升下降。提升機運行的高效性、安全性主要表現(xiàn)在其電控系統(tǒng)里，其電控系統(tǒng)的優(yōu)缺點會對礦井中的人員的安全和生產(chǎn)的效率有很大影響。所以，ABB 立井提升電控系統(tǒng)是把非常安全可靠的系統(tǒng)為標(biāo)準(zhǔn)來進行設(shè)計與選型的。本文與ABB 公司生產(chǎn)的落地式摩擦式提升機相結(jié)合，并研究和分析提升機自動化控制系統(tǒng)，希望可以在結(jié)果中發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)自動化的提升機控制系統(tǒng)的可靠、合理及科學(xué)的設(shè)計觀念和使用的方法。

1 ABB提升系統(tǒng)的組成部分

檢測保護、邏輯、通訊、比較、算數(shù)計算、順序控制等功能可以由ABB主控系統(tǒng)軟件來完成，構(gòu)成部分包括S800 I/O系統(tǒng)與AC800M PLC系統(tǒng)，AC56000傳動控制系統(tǒng)重點要完成的功能是和傳動相關(guān)的監(jiān)測控制保護功能、電流閉環(huán)控制功能和速度。傳動控制系統(tǒng)有以下三部分組成：勵磁控制、電流控制、驅(qū)動控制，有以下幾項組成：高壓柜、勵磁單元(EXU)、變壓器、電壓限副單元(VLU)、兩套直流調(diào)速裝置。提升機被監(jiān)控系統(tǒng)計算與監(jiān)督檢測其位置和速度等，作為后備功能對系統(tǒng)的主控和驅(qū)動進行保護，電機側(cè)的編碼器脈沖給監(jiān)控系統(tǒng)的位置速度發(fā)送解算信號。ABB提升系統(tǒng)聯(lián)合ABB閘控系統(tǒng)，其具有緊急制動功能的是恒力矩制動與恒減速制動，在投入緊急制動的時候，首要投入安全制動功能比較良好的恒減速制動。以下幾項組成了操作維護系統(tǒng)，包含控制速度的手柄、選擇開關(guān)、制動手柄、按鈕、蜂鳴器、光字牌、顯示儀表和深度指示器等。對監(jiān)視系統(tǒng)進行提升，并供給客戶最直觀的界面，能夠?qū)ο到y(tǒng)的提升供給最及時的數(shù)據(jù)監(jiān)視和對系統(tǒng)進行維護。卸載站信號控制系統(tǒng)與裝載站信號控制系統(tǒng)構(gòu)成了井筒信號系統(tǒng)。

2 ABB提升系統(tǒng)的主要控制功能

2.1 設(shè)備的分閘、合閘、起動、停止和提升機位置及速度的測量功能

設(shè)備主要包含以下幾部分，如傳動風(fēng)冷系統(tǒng)、變流器、電機風(fēng)機、高壓開關(guān)的合閘、分閘與起動、停止的外圍設(shè)備等。使用增量型編碼來測量ABB 提升機速度位置，其增量型編碼器的位置是電機及滾筒的一邊，經(jīng)過脈沖式編碼器輸出信號把信號輸送至DP820 模塊，最后其信號被PLC程序來進行計算。

2.2 滾筒直徑具有的功能

對提升機速度和位置計算有很大影響的參數(shù)是滾筒直徑，因為繩襯一直在發(fā)生著摩擦，進而導(dǎo)致計算有誤差，為了計算的準(zhǔn)確性，就需要一直對其修改糾正，要把滾筒直徑在CPU未復(fù)位時記錄下來，這樣有利于復(fù)位以后可以對直徑進行重置[1]。

2.3 井筒開關(guān)和提升機一致功能

在程序里面，脈沖技術(shù)模塊提供的數(shù)據(jù)滿足滾筒直徑、提升機的速度、位置計算需要的所有的數(shù)據(jù)，所以，確保提升機能否安全、精確及正確的運行由脈沖計數(shù)模塊提供數(shù)據(jù)是否正確來決定，因此，在提升時，要想把偏差清除掉，就要校正其步伐一致。提升機在運行時的步驟是：第一，起步。第二，爬行。第三，勻加速。第四，勻速。第五，勻減速。第六，爬行。第七，低爬。第八，停車制動。在這一步驟中，提升速度控制的最重要的部分是第五至第八部分，所以，在這一階段的井筒內(nèi)相應(yīng)部位安裝了井筒傳感器：到位開關(guān)(+0m)、同步開關(guān)(-6.1m)、減速點開關(guān)(-84m)。

3 分析ABB提升控制系統(tǒng)的安全原則和保護策略

3.1 ABB提升控制系統(tǒng)的安全原則

由于把歐盟的EN954-1 作為了ABB 提升機控制系的參考標(biāo)準(zhǔn)，并且ABB 提升機控制系統(tǒng)達到了標(biāo)準(zhǔn)，把歐盟的EN954-1當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)的有選型及系統(tǒng)設(shè)計等。為了使提升機系統(tǒng)的危害下降，可以使用安全性比較出名的設(shè)計規(guī)則來對其進行設(shè)計。

3.2 可編程序控制器的保護功能

PLC 控制系統(tǒng)中監(jiān)控AHM 與主控AHC 是兩套沒有任何聯(lián)系的，并被ABB 的高性能PLC 系統(tǒng)所使用，在監(jiān)控AHM 與主控AHC 中，AHC 是控制及監(jiān)視提升機的，但AHM只用于監(jiān)視提升機。Watch-dog存在于監(jiān)控AHM與主控AHC中，其作用是對PLC工作情況進行監(jiān)視，沒有關(guān)聯(lián)的跳閘輸出存在于兩個控制中，比較兩個控制器主要的過程變量，若偏差沒在范圍內(nèi)的，就會造成安全回路發(fā)生跳閘。內(nèi)置電池后備時間:48h 以上，系統(tǒng)讀寫存儲器:8Mbyte，處理器模塊:PM856/PM861，48MHz，Profibus-D 只TCP/IP，通訊接日/協(xié)議：Etherne，I/O 模塊：5800 I/O，最小任務(wù)周期：1ms。

3.3 明確提升機的位置及速度

由互無聯(lián)系的控制器AHM及AHC對提升機速度及位置進行計算，AHC 主控系統(tǒng)和AHM 監(jiān)控系統(tǒng)這兩套控制器分別讀取的是滾筒一方和電機一方的軸的末尾增量型脈沖編碼脈沖信號(10000ppr)，并與其相對應(yīng)的脈沖量的計數(shù)卡相連，而且把同步開關(guān)的安裝在了井筒中，位置檢查開關(guān)的設(shè)置，是同步其位置，為準(zhǔn)確地確定提升機的速度及位置提供保障。

3.4 安全回路的保護的工作原理

軟件安全回路及硬件安全回路構(gòu)成了安全回路的保護，其中硬件安全回路占主導(dǎo)地位，并且硬件安全回路和安全回路互相作用，控制系統(tǒng)主要狀況信號、傳動系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、裝卸載系統(tǒng)、制動系統(tǒng)等，在要求投入安全回路時，控制系統(tǒng)中就會有跳閘動作在軟件安全回路中發(fā)生，并且，硬件安全回路也會接到跳閘的指令；此時，硬件安全回路會被上面所講的觸發(fā)信號所斷開，繼而安全制度會被觸發(fā)。安全保護的最終部分即為硬件安全回路，其依據(jù)的是上電時閉合，失電時斷開，最大程度的保障安全回路在任意的一個異常情況下都可以動作跳閘，為提升機運行的安全性、可靠性提供保障[2]。

3.5 安全制動保護的工作原理

安全制動回路被設(shè)計在系統(tǒng)中，若有緊急制動發(fā)生時，制動器中的油會快速地由兩條回路回油，并且油壓會快速地下降至為V37 的壓力，閘控卡會對V37 壓力進行控制，完成恒減速緊急制動，若恒減速不成功的時候就會轉(zhuǎn)換成恒力矩制動。把后備電池設(shè)計在了閘控板中，如果有電源發(fā)生了中斷，也可以設(shè)置的安全制動模式啟動。

3.6 劃分ABB提升機控制系統(tǒng)的故障等級

有很多的保護功能被設(shè)計在ABB 提升機控制系統(tǒng)中，依據(jù)提升機系統(tǒng)受到故障的影響不同，故障被保護功能分為了三種。系統(tǒng)監(jiān)視內(nèi)經(jīng)常發(fā)生的故障就是報警故障，比方天輪/主軸承和主變壓器等的溫度比較高，系統(tǒng)在運行時這類故障會對其有間接的危害，但不用中斷提升，只要有報警信號發(fā)出，把故障信息讓維修及操作人員知道即可，對故障的處理在合適的時間進行就可以。電氣減速緊停故障雖然會對提升機的運行有很大影響，但其不可能馬上有重大事故產(chǎn)生，比方，當(dāng)主軸承的溫度大于75℃時，液壓站中蓄能器含有的氮氣壓力就會下降到非常低的值，所以，提升機首先把電氣的速度減慢到和爬行相同，然后接著緊急停車制動。以下是急停的兩種故障:第一類故障是馬上就能導(dǎo)致緊急制動，第二類故障是提升機已經(jīng)停車了然后才有緊急停車發(fā)生的。前者發(fā)生緊急停車制動以后，提升機系統(tǒng)就會馬上停車，不然也許會危害成套的系統(tǒng)。后者發(fā)生緊急停車制動以后，不可能馬上就有十分嚴(yán)重的危害或事故產(chǎn)生，還能夠把這次的提升完成，若已經(jīng)停車了，仍要提升首先就是把急停故障進行排除。依據(jù)提升機的操作功能的不同來對主要的控制系統(tǒng)的保護功能進行劃分為：反轉(zhuǎn)保護、高壓保護、液壓制動系統(tǒng)的保護、速度保護、低壓保護、井筒設(shè)備的情況保護、位置測量保護、過卷保護、溫度保護、張力測量保護、輔助設(shè)備狀態(tài)保護、運行的同步保護、其他保護等。

4 結(jié)論

礦井中所有的大型設(shè)備中提升機就是其中的一個，對整體礦井的生產(chǎn)的安全性有至關(guān)重要作用的是提升機的安全性。該文與ABB 提升機的電控系統(tǒng)相結(jié)合并有條理的進行了分析與設(shè)計，可以為研究提升機的控制技術(shù)和電控系統(tǒng)的使用提供參考。研究更加成熟、先進、可靠的提升機自動化控制系統(tǒng)技術(shù)，就需要所有的礦井科技工作人員一起奮發(fā)，方能提升我國使用提升機的控制技術(shù)和自動化的控制系統(tǒng)。