副井PLC 提升電控系統(tǒng)智能優(yōu)化設(shè)計

◎ 河北鋼鐵集團沙河中關(guān)鐵礦有限公司 劉陽

傳統(tǒng)模式的副井提升控制系統(tǒng)操作崗位較多，有提升工、信號工等等。提升工和井口信號工分為不同的崗位，每個水平都需要設(shè)置信號工，信號傳輸和顯示都受到崗位的限制，難以實現(xiàn)共享。隨著智能化、信息化技術(shù)的發(fā)展，對提升系統(tǒng)的模式提出了新的更高的要求。

一、傳統(tǒng)模式提升控制系統(tǒng)

1.電控系統(tǒng)構(gòu)成。傳統(tǒng)模式下副井提升電氣控制系統(tǒng)，采用2 套PLC 進行邏輯功能控制，一套作為主要電氣控制系統(tǒng)的PLC，另一套作為監(jiān)控電控系統(tǒng)的PLC。對提升機運行的數(shù)據(jù)（如減速區(qū)域減速信號、上下過卷信號、速度包絡(luò)線等）主要控制系統(tǒng)PLC，監(jiān)控系統(tǒng)控制PLC 都會實時采集并進行對比，實現(xiàn)兩條控制線多重保護功能。

圖1.提升機操作系統(tǒng)

主要控制PLC 系統(tǒng)是指完成提升機從電機加速階段、額定設(shè)置速度階段、減速階段、爬行階段一直到提升系統(tǒng)停車的整個提升機運行過程中的邏輯控制，以及必要的保護，并且與傳動系統(tǒng)、閘控系統(tǒng)等其他系統(tǒng)實時的相互校核一些重要的信號，如距離、速度等信息在誤差允許的范圍內(nèi)的一致性，共同完成對提升機所有設(shè)備有效控制的系統(tǒng)。

輔助控制系統(tǒng)是指對系統(tǒng)的高低壓的供電電源，以及對控制回路的接口和潤滑站等輔助部分的系統(tǒng)。調(diào)速系統(tǒng)是指根據(jù)主要控制PLC 系統(tǒng)發(fā)出的命令，使提升機的電機進行啟動、加速運行、減速運行、停止運行以及額定設(shè)置運行控制的系統(tǒng)，采用停機時給定20% 勵磁電流暖磁，啟動時額定恒勵磁電流給定、電樞換向12 脈動串聯(lián)無級調(diào)速系統(tǒng)。

監(jiān)控控制PLC 系統(tǒng)是指在對提升機電控系統(tǒng)運行過程中的一些主要數(shù)據(jù)，其中包括信號系統(tǒng)的運行狀況、提升機在運行過程中一些關(guān)鍵參數(shù)以及關(guān)鍵參數(shù)的包絡(luò)曲線、提升機司機操作過程的信息監(jiān)控顯示，與主要控制PLC 進行位置、速度等關(guān)鍵控制參數(shù)的實時對比，并將關(guān)鍵的數(shù)據(jù)、信息進行記錄存檔，以備需要查閱之需的系統(tǒng)。

提升機控制臺是電控系統(tǒng)的集中控制操作終端，負責(zé)對提升機系統(tǒng)的集中操作、監(jiān)控，運行過程中的位置、電流、速度等信號以及各個保護功能的集中顯示。

2.運行模式。傳統(tǒng)的電控系統(tǒng)控制模式有自動、半自動、手動、檢修、回收等模式。自動工作控制模式指的是沒有人為干預(yù)的自動運行方式，目前國內(nèi)副井提升系統(tǒng)主要擔(dān)負運輸人員或設(shè)備的功能，對安全性要求較高，因不可控因素較多，多數(shù)不采取自動運行這種運行方式；半自動工作控制模式指的提升機司機與信號工確認運行環(huán)境與人員安全狀態(tài)后，按下啟動鍵，提升機將會依照給定的速度開始運行的一個控制過程；手動工作控制模式指的是提升機司機通過操作手柄給出設(shè)定的提升機速度，提升機根據(jù)設(shè)定的速度完成提升運行的過程；檢修工作控制模式是指在提升機檢修工作過程中，提升機司機通過控制手柄控制提升機運行速度，檢修運行速度給定一般設(shè)定為0.3m/s～0.5m/s 運行；罐籠回收運行模式是指提升機在井口或井底區(qū)域罐籠發(fā)生過限位故障停車的異常情況下，對提升機故障進行消除后，使用回收模式，對提升機罐籠進行上、下操作，從而離開限位位置。

通常情況下，提升機房控制室和井口信號房分別設(shè)置，分別配備操作人員，各個水平還需要配備信號工。

3.存在的問題。隨著自動化和信息化技術(shù)的發(fā)展以及理念的提升，傳統(tǒng)的副井提升電控系統(tǒng)存在的一些問題也暴露出來，一是提升系統(tǒng)信號崗位多、人員多，從而造成人工成本居高不下；二是副井提升機房及井口房等設(shè)備分散，沒有實現(xiàn)集中監(jiān)控和管理；三是罐籠內(nèi)外不能聯(lián)系，沒有監(jiān)控和數(shù)據(jù)顯示等，存在一定的安全隱患。

二、智能化電控系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

針對傳統(tǒng)模式提升電控系統(tǒng)存在的缺點，對電控系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計，從而達到智能化控制。

1.網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，將原有PROFIBUS-DP 總線通訊方式系統(tǒng)改造為光纖工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)通訊，提高通訊速度、通訊可靠性、抗干擾能力、防沖擊能力、安全性和維護性。任何一段網(wǎng)絡(luò)中斷，系統(tǒng)也能通過環(huán)網(wǎng)繼續(xù)保持通訊正常，使系統(tǒng)安全性大大提高。

2.優(yōu)化現(xiàn)場的視頻監(jiān)控和數(shù)據(jù)監(jiān)控信號，在配電室和提升機房等設(shè)備運行地點增加攝像頭，監(jiān)控設(shè)備運行；在電機、減速機及滾筒等設(shè)備增加測溫和振動傳感器，監(jiān)測設(shè)備運行狀態(tài)；同時在機房內(nèi)增加煙霧傳感器等。所有模擬量信號都經(jīng)過專用4-20MA 模擬量隔離模塊進行隔離，采集到PLC 系統(tǒng)中。

3.增加集中操作臺多套提升系統(tǒng)合并崗位。為了方便崗位人員的合并，在井口房區(qū)域增加提升系統(tǒng)操作臺、打點信號操作箱和操作裝置控制箱，遠程操作系統(tǒng)具備與提升機硐室操作系統(tǒng)相同的全部功能。各操作系統(tǒng)間聯(lián)鎖并設(shè)置轉(zhuǎn)換裝置，不得同時進行操作。各操作臺均配備PLC及工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)通訊與主要控制PLC 系統(tǒng)，這樣可以更大可能節(jié)省操作人員。

圖2.采控中心示意圖

4.增加語音對講功能。罐籠內(nèi)和井口增加無線通訊系統(tǒng)、無線充電及供電系統(tǒng)等，能夠?qū)崿F(xiàn)實時顯示提升機運行的行程、速度、安全回路等重要信息和信號系統(tǒng)的工作狀態(tài)，同時實現(xiàn)罐籠內(nèi)和地面的語音對講及視頻功能。罐籠內(nèi)增設(shè)了人臉識別技術(shù)，控制下井人數(shù)和下井人員的權(quán)限。

三、智能化電控系統(tǒng)特點

提升電控系統(tǒng)經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計后，除具備原有系統(tǒng)的功能外，還具備了如下特點：

1.實現(xiàn)了在罐籠內(nèi)通過面板操作，選擇罐籠的去向、開車、停車等操作控制及對深度和各水平的顯示功能，系統(tǒng)真正實現(xiàn)了電梯式操作。

2.罐籠全行程無線通訊，實現(xiàn)了在罐籠內(nèi)和井口集控操作人員實時語音通話及視頻監(jiān)控。

3.實現(xiàn)了罐籠內(nèi)操作人員權(quán)限管理和人臉識別管理，控制了上下罐籠的人數(shù)，保證了人員上下井的安全。

4.電池定點無線充電，日常無需對電池進行更換和做特別的維護。

5.實現(xiàn)了對罐籠簾門、阻車器的智能控制以及檢測，實現(xiàn)卷簾門和阻車器及提升系統(tǒng)運行中的連鎖，使設(shè)備運行更安全。

6.實現(xiàn)遠程診斷系統(tǒng)維護功能，增加數(shù)據(jù)發(fā)布功能，和遠程診斷服務(wù)平臺相連接，利用先進的云技術(shù)實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)通訊、數(shù)據(jù)傳輸、云計算等最新技術(shù)，通過現(xiàn)場權(quán)限設(shè)置，能夠監(jiān)控提升機運行，通過數(shù)據(jù)發(fā)布協(xié)助現(xiàn)場維護。

四、結(jié)論

副井PLC 提升電控系統(tǒng)進行智能優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)了機房及井下各中段無人值守，實現(xiàn)了減員增效。副井井口房、信號房實現(xiàn)集中控制，提高了效率。罐籠內(nèi)人員實現(xiàn)權(quán)限識別，操作上實現(xiàn)電梯式控制模式。整體來看，對副井PLC 提升電控系統(tǒng)進行智能優(yōu)化設(shè)計，可以使系統(tǒng)的安全系數(shù)和舒適程度大大提高，是電控系統(tǒng)發(fā)展的方向。