張必克

【摘 要】本文對煤礦主井提升機原電控系統(tǒng)現(xiàn)狀作了簡要介紹，提出了全數(shù)字網(wǎng)絡化電控系統(tǒng)改造方案。并介紹了數(shù)字化網(wǎng)絡化的電控系統(tǒng)的硬件結構和系統(tǒng)的功能特點，通過對新老系統(tǒng)深入分析以及性能比較，體現(xiàn)了新系統(tǒng)的數(shù)字化、網(wǎng)絡化以及安全性、可靠性、高效性等特點。

【關鍵詞】混合井；提升機；電控系統(tǒng)

一、現(xiàn)場描述

（1）原電控系統(tǒng)描述：

原有電控采用TKD交流電控系統(tǒng)，維修量大，故障率高，提升效率低。

（2）提升機系統(tǒng)主要技術參數(shù)：

1、 型號：JKM-3.25×4型塔式多繩摩擦式提升機

2、 滾筒直徑：3.25米

3、 天輪直徑：3.25米

4、 最大靜拉力：450KN

5、 最大靜拉力差：140KN

6、 減速機速比：10.5：1

7、 提升方式：立井多繩摩擦式

8、 提升高度：620

9、 最大提升速度：8m/s

10、 主電機：雙電機拖動。每臺直流電動機參數(shù)：功率1000KW，電樞電壓660V，電樞電流1630A，額定轉速500/1000轉/分。

（3）高壓進線電壓：6kV

二、改造后提升機電控系統(tǒng)

1、提升機采用直流電機驅動，電控傳動系統(tǒng)要求采用全數(shù)字磁場恒定電樞可逆串聯(lián)12脈動直流提升機電控系統(tǒng)。傳動系統(tǒng)配置要求如下：

（1）勵磁調(diào)節(jié)及整流柜采用獨立的原裝西門子6RA80直流調(diào)速裝置。

（2）電樞調(diào)節(jié)柜內(nèi)采用兩臺西門子6RA80直流調(diào)速裝置控制XFJ7型大功率整流柜，實現(xiàn)磁場恒定、電樞可逆串聯(lián)12脈動控制。帶有調(diào)節(jié)器應急開車功能及單整流柜6脈動半速全載運行功能。

2、高壓真空開關柜保留原有設備，2臺整流變壓器、1臺輔助變壓器保留原有設備。供貨廠家應保證其系統(tǒng)能完全與該部分設備無縫對接。

3、低壓配電柜除按系統(tǒng)已知的回路配置配電裝置外，還應根據(jù)用戶現(xiàn)場要求的輔助配電回路配置電氣設備，低壓柜應按國家標準留有裕量?？刂葡到y(tǒng)應留有與提升機閘控、潤滑等輔助系統(tǒng)的接口（具體數(shù)量和類型按實際需要量定）。

4、網(wǎng)絡化PLC控制系統(tǒng)采用西門子公司S7-300可編程控制器，其中兩套主、輔控PLC實現(xiàn)安全保護“雙線制”控制，配套“數(shù)字行程控制”監(jiān)控功能。兩套PLC相互通訊及監(jiān)視，操作過程、安全保護實現(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。PLC間采用總線通訊方式。可編程控制器的I/0模塊必須有不少于20%的備份。

在控制裝置的設置上要求能滿足正常及緊急故障狀態(tài)下安全提升的要求。提升機的控制系統(tǒng)與提升信號相閉鎖。

數(shù)字行程監(jiān)控器及提升控制器能對速度、位置、井筒開關等重要信號進行相互監(jiān)視。

為進行故障和誤操作分析，應提供專用信號記錄儀，儲存的信息可隨時打印。打印機能記錄所有的報警信號和操作信號以及生產(chǎn)報表，并具備硬拷貝功能。顯示、打印應采用中文。

5、網(wǎng)絡化PLC控制系統(tǒng)應配備集控功能和遠程協(xié)助維護功能，系統(tǒng)配置與老主井、新副井、老副井、混合井2.25相同功能配置的集控網(wǎng)絡模塊和遠程協(xié)助功能，使PLC系統(tǒng)能夠與動力科集控服務站連接，實現(xiàn)動力科對上述所有提升機電控系統(tǒng)的集中監(jiān)控，各提升機集控系統(tǒng)畫面及操作功能應一致，便于維護管理；并且在任何地點均能通過IE瀏覽器觀察現(xiàn)場各臺提升機的運行狀態(tài)；并具備遠程協(xié)助維護功能，通過廠家的遠程協(xié)助維護系統(tǒng)服務平臺實現(xiàn)對現(xiàn)場各臺提升機電控系統(tǒng)的遠程監(jiān)控及診斷、網(wǎng)絡維護服務、遠程協(xié)助修改程序等功能，當設備出現(xiàn)故障時通過該功能，廠家能夠快速監(jiān)控程序并解決現(xiàn)場故障、保證生產(chǎn)的連續(xù)性。

6、數(shù)字行程監(jiān)控器：在監(jiān)測提升容器在井筒中的準確位置的基礎上，自動跟蹤生成提升包絡線。主要完成滑繩和超速等判斷，實現(xiàn)提升全過程的位置、速度監(jiān)控。提升機每一側提升容器位置的測量、計算、同步以及顯示等均為獨立回路，主、副兩套PLC及開關獨立監(jiān)測。數(shù)字行程監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測元件為軸編碼器，軸編碼器利用同步開關有自校準功能，并具備編碼器斷線保護功能。數(shù)字行程監(jiān)控器的定位精度不大于±1cm。

7、制動閘系統(tǒng)：兩套閘控制環(huán)節(jié)（軟件與硬件冗余），即外部繼電器回路和內(nèi)部PLC同時作用于制動閥，包括安全制動和工作制動。其中工作閘可實現(xiàn)PLC自動和閘把手動調(diào)節(jié)。電控系統(tǒng)應能與液壓制動系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致，正確的處理來自液壓制動系統(tǒng)的信號，對其進行控制和監(jiān)視，并在安全制動過程中實現(xiàn)恒減速或恒力矩制動功能。

8、閘瓦監(jiān)控系統(tǒng)：應配置一臺閘瓦監(jiān)控控制柜，柜內(nèi)配置獨立PLC、模擬量采集卡、PLC隔離電源、15寸名牌觸摸屏等設備，PLC與電控系統(tǒng)采用總線網(wǎng)絡通訊+硬接口的軟硬件冗余接口方式。閘瓦監(jiān)控系統(tǒng)還應配備非接觸式模擬量閘間隙傳感器、紅外線閘盤溫度模擬量傳感器、非接觸式模擬量閘盤偏擺傳感器等，每組閘配備獨立的間隙傳感器傳感器，并形成獨立保護。彈簧疲勞、閘間隙保護、閘盤偏擺、閘盤超溫等保護可與提升機電控相閉鎖。保護值動作精確，且細化到每一組盤形閘，便于現(xiàn)場維護。保護可在15寸觸摸屏上通過監(jiān)控畫面顯示及校準。閘瓦監(jiān)控臺體擺放在操作臺一側，要求采用流線弧形立式臺體，顏色及風格與電控系統(tǒng)統(tǒng)一設計，美觀大方。

9、上位監(jiān)控系統(tǒng)：工控機和彩色終端及打印機組成上位機監(jiān)控系統(tǒng)，（主機一臺，2G內(nèi)存，500G硬盤，帶鼠標、鍵盤、22英寸液晶顯示器一臺，打印機一臺），上位監(jiān)控系統(tǒng)通過與PLC通訊采集數(shù)據(jù)實現(xiàn)多畫面實時監(jiān)控，多參量數(shù)碼及曲線顯示和記錄，各種故障的報警及記錄。上位機預留上級局域網(wǎng)采集提升機生產(chǎn)數(shù)據(jù)的接口并具有遠程聯(lián)網(wǎng)能力，提升機的各種信息可存儲在專家服務系統(tǒng)中，供遠程診斷使用，系統(tǒng)能夠記憶提升機正常運行時的狀態(tài)，判斷提升機故障，進行故障預測及故障保護。

10、便攜式提升機保護試驗裝置：要求系統(tǒng)配備便攜式提升機保護試驗裝置一臺，該裝置能夠與電控系統(tǒng)無縫對接，接入后能夠對電控系統(tǒng)各項安全保護進行整定值修改和保護試驗。該裝置配備獨立PLC，并具備友好的圖形化人機界面，簡單易操作，使現(xiàn)場人員根據(jù)界面提示對各項保護進行整定和試驗。

11、開車方式：提升機應具備半自動、手動、檢修、緊急控制及過卷回收等各種啟車運行方式、加減速、爬行、停車和檢修控制等控制要求以及特殊工況。

12、安全保護：

安全回路應具備雙重化，獨立運行互為冗余。設置繼電器和主、副PLC及硬軟冗余結構。安全回路的工作狀態(tài)能在監(jiān)視器上監(jiān)視。

外部繼電器安全回路應獨立于其它回路，包括安全制動、緊急停車、高壓分閘、變流器故障、超速、過卷、液壓站過壓、閘系統(tǒng)故障、快開分閘等，直接作用于電氣傳動系統(tǒng)、閘制動系統(tǒng)等。

第一類嚴重故障包括：過卷、等速過速、限速過速、全行程包絡線超速、爬行段超速、2m/s定點超速、高低壓電源故障、直流快開跳閘、勵磁回路失壓、電樞過流、磁場失磁、調(diào)節(jié)及整流裝置故障、錯向、PLC故障、急停操作、網(wǎng)絡通訊故障、安全門在運行中打開、2只測速元件同時損壞、井筒開關失靈、主回路失壓、速度比較錯誤、殘壓高、電機溫度過高、鋼絲繩伸長過大等等；故障緊急停車后能夠計算急停位置補償量，對急停造成的位移差進行補償。

第二類重故障包括：深度指示器失效保護、編碼器位置偏差過大、制動油路故障（油壓過高、堵塞）、閘瓦磨損、主回路過壓或接地或欠壓等等；

第三類輕故障包括：測速元件損壞、潤滑溫度高、潤滑油壓高/低、電機溫度報警、彈簧疲勞、閘盤偏擺、風機失壓等等；

符合《煤礦安全規(guī)程》最新版規(guī)定的各種保護和系統(tǒng)本身所必須的保護。

13、在井筒內(nèi)設置井筒開關，用于提升系統(tǒng)的減速、停車與過卷保護。減速及停車傳感器采用井筒磁感應開關，帶MA標志；過卷開關采用機械式限位開關。

14、配備編碼器三個（采用進口品牌器件，帶聯(lián)軸節(jié)、安裝支架等）。

【參考文獻】

[1]譚國俊，熊樹.礦井直流提升機全數(shù)字新型電控系統(tǒng)[J].煤礦機電，2006，（1）：4-6.