文/鄭宏才

鐵法煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司大興煤礦主井2#提升機(jī)電控系統(tǒng)已使用10余年，繼電器、編碼器等相關(guān)電氣元件故障頻發(fā)，導(dǎo)致生產(chǎn)中斷的情況逐漸增多，嚴(yán)重影響主提升系統(tǒng)工作效率。為了保證主提升系統(tǒng)的高效性和穩(wěn)定性，大興煤礦于2020年9月至12月對(duì)主井2#提升機(jī)的電控系統(tǒng)實(shí)施改造。此次改造在保證提升機(jī)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，從整個(gè)提升系統(tǒng)入手，在兼顧提高設(shè)備功效的同時(shí)，對(duì)傳動(dòng)控制部分、行程控制部分、數(shù)據(jù)傳輸部分等進(jìn)行了改造與優(yōu)化，并且應(yīng)用了一系列行之有效的節(jié)能技術(shù)，取得了良好的使用效果。

一、提升機(jī)電源部分以及傳動(dòng)控制部分改造

1.電控系統(tǒng)電源部分改造

將原電控系統(tǒng)中高壓電源部分設(shè)備設(shè)施予以保留，原傳動(dòng)控制部分全部換新采用磁場(chǎng)恒定、電樞換向、12脈動(dòng)并聯(lián)的運(yùn)行方式，在確保系統(tǒng)正常使用的前提下，徹底杜絕了由于主回路部件氧化銹蝕帶來的一系列故障以及電能浪費(fèi)問題。

2.傳動(dòng)控制部分改造

將原西門子6RA70直流調(diào)速裝置更新為具有性能可靠、使用穩(wěn)定、維護(hù)量小等諸多優(yōu)點(diǎn)的6RA80系列產(chǎn)品，該系列產(chǎn)品將運(yùn)行代碼和故障代碼由4位字符升級(jí)至5位字符，使提升主電機(jī)的調(diào)節(jié)控制范圍更加寬泛，各種傳動(dòng)保護(hù)功能更為安全可靠。對(duì)提升主電機(jī)傳動(dòng)控制參數(shù)重新進(jìn)行調(diào)試整定，依照設(shè)備的實(shí)際性能及使用情況，在實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速、穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，最大限度地對(duì)雙閉環(huán)直流調(diào)速中的PID調(diào)節(jié)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并且重新對(duì)速度環(huán)中的微分（超前控制）環(huán)節(jié)各參數(shù)進(jìn)行反復(fù)模擬試驗(yàn)，有效遏制了提升機(jī)變速時(shí)出現(xiàn)的速度超調(diào)趨勢(shì)，使其能夠與積分（滯后控制）環(huán)節(jié)進(jìn)行較好配合，使系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定，也減少了相應(yīng)的無功損耗。傳動(dòng)控制部分改造在保障提升主電機(jī)在各種工況下運(yùn)行性能的同時(shí)，大幅提高了主電機(jī)的工作效率以及電能利用率，降低了無謂的電能損耗。

二、提升機(jī)行程控制部分改造

1.電控系統(tǒng)中行程控制技術(shù)概述

主提升機(jī)屬于在兩定點(diǎn)間進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)的大型機(jī)械設(shè)備，這樣的工作性質(zhì)及使用特點(diǎn)，決定了提升機(jī)電控系統(tǒng)中的行程與速度聯(lián)合控制是最重要的部分。對(duì)提升機(jī)的控制，歸根結(jié)底是對(duì)于行程（位置）的控制。在提升機(jī)運(yùn)行過程中，位置及行程誤差的產(chǎn)生原因多種多樣，在傳統(tǒng)的行程控制工藝中，普遍采取在電機(jī)軸側(cè)、深度指示器側(cè)（牌坊或速控器）安裝編碼器的方式，通過對(duì)主滾筒單次全行程運(yùn)行總轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行聯(lián)合計(jì)量，配合每米脈沖數(shù)或單脈沖實(shí)際距離，來換算出箕斗的實(shí)際行程與位置。

但是，頻繁的重載往復(fù)運(yùn)動(dòng)會(huì)使鋼絲繩不可避免地出現(xiàn)拉伸及蠕動(dòng)變形，使鋼絲繩的實(shí)際長(zhǎng)度不斷發(fā)生改變。同時(shí)，人為對(duì)鋼絲繩主滾筒運(yùn)行直徑進(jìn)行調(diào)整（車?yán)K槽及換襯塊），也會(huì)造成滾筒上鋼絲繩運(yùn)行圈數(shù)的變化，導(dǎo)致運(yùn)行狀態(tài)下的行程誤差不斷累積。在傳統(tǒng)的提升機(jī)行程控制技術(shù)環(huán)境下，一旦出現(xiàn)編碼器故障、停車開關(guān)損壞、PLC掉電等現(xiàn)象造成行程混亂、提升機(jī)故障停止運(yùn)行時(shí)，只能通過反復(fù)的空載運(yùn)行來逐步對(duì)各編碼器進(jìn)行校準(zhǔn)，直至準(zhǔn)確一致，有時(shí)因行程校準(zhǔn)而空載運(yùn)行的次數(shù)可達(dá)十余次。頻繁的空載提升在降低提升機(jī)工作效率的同時(shí)，也造成了機(jī)械磨損和電能浪費(fèi)。

2.電控系統(tǒng)中行程控制技術(shù)的優(yōu)化改造

大興煤礦主井2#提升機(jī)新電控系統(tǒng)采用導(dǎo)繩輪增量計(jì)數(shù)、速控器絕對(duì)計(jì)數(shù)、斷銷保護(hù)、滑繩保護(hù)、斷電行程記憶、同步開關(guān)賦值等多種方式，聯(lián)合解決了主提升機(jī)在運(yùn)行過程中的行程控制問題。

（1）導(dǎo)繩輪編碼器計(jì)數(shù)方式。在傳統(tǒng)行程控制工藝的基礎(chǔ)上，即保留電機(jī)軸側(cè)編碼器和深度指示編碼器的同時(shí)，增設(shè)導(dǎo)繩輪編碼器，以導(dǎo)繩輪轉(zhuǎn)數(shù)作為計(jì)量依據(jù)計(jì)算行程。因?qū)ЮK輪周長(zhǎng)較為固定，在忽略鋼絲繩與導(dǎo)繩輪襯塊間細(xì)微的滑動(dòng)摩擦的基礎(chǔ)上，無論滾筒直徑是否發(fā)生變化，此編碼器僅以鋼絲繩在導(dǎo)繩輪上運(yùn)行一周的固定長(zhǎng)度作為計(jì)量依據(jù)，避免了傳統(tǒng)控制工藝中因主滾筒直徑變化造成的計(jì)量基準(zhǔn)改變而導(dǎo)致的多個(gè)編碼器出現(xiàn)行程偏差。

（2）速控器絕對(duì)值計(jì)數(shù)方式。絕對(duì)值編碼器較增量式編碼器的最大優(yōu)點(diǎn)，就是其具有掉電保持自動(dòng)記憶的功能，采用絕對(duì)值編碼器配合電機(jī)軸、速控器、導(dǎo)繩輪三個(gè)增量式編碼器進(jìn)行聯(lián)合計(jì)量，可以避免因故障斷電時(shí)出現(xiàn)的行程數(shù)據(jù)丟失或錯(cuò)誤問題，同時(shí)絕對(duì)值編碼器在PLC程序內(nèi)部?jī)H作計(jì)量監(jiān)視用，并不參與實(shí)際的行程與速度控制，作用僅在于對(duì)操作人員及時(shí)進(jìn)行調(diào)零提示，如此可提高系統(tǒng)行程控制的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

（3）同步開關(guān)定點(diǎn)賦值方式。因主井2#提升機(jī)總提升行程是固定不變的，為763m，且同步開關(guān)的安設(shè)位置是固定不變的，在4m位置，采取同步開關(guān)定點(diǎn)賦值的方式，可將鋼絲繩長(zhǎng)度的各種變化誤差自動(dòng)屏蔽，使其縮小到停車位置至同步位置之間的4m范圍之內(nèi)，極大地避免了誤差的過度累積，減少了每個(gè)提升循環(huán)后的行程顯示偏移量。

通過以上方法對(duì)主提升機(jī)的行程進(jìn)行聯(lián)合控制，有效解決了主提升機(jī)在運(yùn)行過程中的行程控制問題，減少了各種因素造成的行程誤差累積，提高了行程計(jì)量的準(zhǔn)確度及可靠性。即使出現(xiàn)編碼器故障、停車開關(guān)損壞、PLC掉電等現(xiàn)象造成提升機(jī)行程故障時(shí)，故障處理之后僅需開啟同步測(cè)數(shù)空載運(yùn)行一至兩次，即可完成各編碼器的校準(zhǔn)，恢復(fù)主提升機(jī)行程控制部分的正常使用，有效避免了因行程校準(zhǔn)而進(jìn)行空載運(yùn)行的次數(shù)，提高了提升機(jī)工作效率，節(jié)約了電能。

三、提升機(jī)中央控制等部分改造

1.中央控制部分以及數(shù)據(jù)通訊部分改造

新增遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)站1臺(tái)，采用光纜傳輸連接，用以監(jiān)視提升機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況數(shù)據(jù)，對(duì)提升控制主副PLC進(jìn)行組態(tài)、編程、調(diào)試及系統(tǒng)維護(hù)。新增DP（PROFINET網(wǎng)絡(luò)分站），配置網(wǎng)絡(luò)傳輸用服務(wù)器與千兆環(huán)網(wǎng)交換機(jī)連接；數(shù)據(jù)傳輸利用PROFINET工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳送接口接入礦井網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了提升機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)的高速、可靠傳輸。在卸載操作室內(nèi)增設(shè)1臺(tái)工控機(jī)，實(shí)現(xiàn)了絞車控制監(jiān)控的全部功能，同時(shí)具備故障內(nèi)容的顯示、報(bào)警以及查詢功能，可為提升機(jī)檢修維護(hù)提供準(zhǔn)確故障點(diǎn)，節(jié)省故障排查時(shí)間，減輕檢修維護(hù)人員的工作量。

系統(tǒng)控制單元采用西門子S7-1500系列可編程控制器，通過TIA博途平臺(tái)V15.1，利用梯形圖和語句表聯(lián)合編程的方式，對(duì)提升機(jī)工藝流程進(jìn)行詳細(xì)、準(zhǔn)確的程序編輯。在井塔十層操作臺(tái)上預(yù)留硬件接口，用于測(cè)試提升機(jī)性能時(shí)使用。原控制系統(tǒng)中的舊設(shè)備部件及其纜線等全部換新，既保證了信號(hào)傳輸與設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性及可靠性，又有效避免了由于元器件、纜線等老化造成的電氣故障以及電能損耗。

2.電控系統(tǒng)中其他部分改造

井塔十層更新操作臺(tái)1臺(tái)，二層新增1臺(tái)卸載操作臺(tái)以及遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)站，兩臺(tái)操作臺(tái)在使用功能、工作模式上保持完全一致，并在二層卸載操作臺(tái)設(shè)置權(quán)限轉(zhuǎn)換操作開關(guān)，配合裝載操作臺(tái)，提升系統(tǒng)內(nèi)不同工作地點(diǎn)均可實(shí)現(xiàn)“手動(dòng)”“自動(dòng)”兩種控制方式的任意設(shè)置，減輕了作業(yè)人員的工作量。

此外，在本次改造中，在整流變壓器室、輔助變壓器室、勵(lì)磁變壓器室、高壓柜室、低壓柜室、液壓站和潤(rùn)滑站室等地點(diǎn)，全部安設(shè)了聲控節(jié)能燈具，其耗電量低，工作效率高，避免了“長(zhǎng)明燈”現(xiàn)象的發(fā)生。同時(shí)，在保證電控系統(tǒng)安全可靠、滿足正常使用需求的前提下，傳感器優(yōu)先采用無源型以及小功率型，并且對(duì)主備液壓站的緊急回油功能進(jìn)行了電控部分的改造，在保證緊急回油功能完好可靠的同時(shí)，取消了兩個(gè)電磁閥的使用，減少了不必要的電器元件投入，避免了電能的浪費(fèi)，提升了整個(gè)提升機(jī)電控系統(tǒng)的節(jié)電效能。

四、結(jié)語

大興煤礦主井2#提升機(jī)電控系統(tǒng)成功改造實(shí)踐表明，主提升系統(tǒng)作為煤炭企業(yè)生產(chǎn)工藝中不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，只有在保障其安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行的前提下，積極推廣應(yīng)用節(jié)能技術(shù)，方可促進(jìn)煤礦安全高效發(fā)展和綠色低碳轉(zhuǎn)型，為礦井實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展作出積極貢獻(xiàn)。