淺談唐山礦業分公司二號井提升機電控系統改造

王鴻偉

(開灤唐山礦業分公司機電科,河北 唐山 063000)

開灤唐山礦業分公司二號井為解放前就建立的老提升井，原系統F-D機組拖動方式，這種拖動方式中的電動機的電壓由直流發電機供給，電動機拖動，電動機的勵磁線圈有固定的直流電源供電，接成他勵式，發電機的勵磁電壓可進行調節和控制，調節發電機勵磁的大小，就可以改變供給直流電動機的電壓，從而達到調速的目的，雖然調速范圍寬，但它的設備投資多，占地面積大，建筑和基礎費用大，主要的缺點是功耗非常大，經濟效益不好。為響應國家大力提倡節能減排的號召，和改變原系統的可操作性及可靠性，領導決定對原系統進行改造。

改造后提升機電控系統于2010年10月31日安裝完成。本改造項目為中國礦業大學傳動與自動化有限公司生產的ASCS-6型直流提升機全數字可控硅電控系統，系統包括：高低壓電源柜、變壓器、PLC控制柜、勵磁柜、調節柜、整流柜操作臺等，構成特點：

1.數字多功能深度指示器是一集控制、監視、保護和罐籠深度指示等多種功能于一體的裝置，在提升機計算機控制系統中起著不可替代的作用，它不僅顯示當前罐籠在礦井中的位置，而且對罐籠運行的重要參數進行監視，同時還是提升機主控系統和上位機管理系統罐籠位置數據的提供者，其功能主要有:

（1）脈沖的輸入和校正

分別獨立處理電機傳動軸和天輪上的代表其位角移的脈沖編碼器的脈沖 (適配校正和同步校正)。使每個脈沖所代表的罐籠在井筒里的位移始終為1cm，然后對這個適配校正后的脈沖罐籠運行時進行計算，確定罐位。為了消除由于鋼繩蠕動滑和卷筒產生相對運動引起的罐位誤差，用安裝于井筒中的開關在罐籠通過時動作進行同步校正。這樣就使其罐位數值始終正確表示罐籠在井筒中的深度。

（2）罐籠運行監控

在罐籠運行到距井口停車位置95米距離以內時，深度指示器的兩個機箱分別獨立發出減速信號，確保在主控系統和上位機監控系統都沒有投入運行時，提升機也可以維持基本運行的安全。

2.主控系統采用西門子 S7—300系列可編程控制器，用于控制和安全回路。它用來完成提升機系統操作保護、行程監控等功能。它綜合系統的各種指令、罐位、去向等信息，實現正常提升的各種邏輯操作，故障時按其性質產生分層次的保護動作，完成水平選擇、最優化減速控制、智能化準確停車，是系統的控制中樞。S7—300控制與繼電器回路有機結合，實現半自動、手動工作制以及PLC切除后在保證基本安全條件下的應急工作制。由于實現了自動控制，減輕了司機的勞動強度，增強了罐籠安全運行的可靠性，大大提高了提升機的工作效率。

(1)操作保護部分采用一臺PLC，其主要功能是執行操作程序，并實現各種故障保護及閉鎖。來自各部分的保護信號直接引入到PLC中，PLC將其處理后分為立即施閘.井口施閘.電氣制動和報警四類，送監視器顯示故障類型并控制聲光報警系統報警并施閘。系統的安全回路有兩套，一套由PLC構成，另一套為繼電器直動回路；

（2）行程監控部分由一臺PLC、兩臺軸編碼器(一個裝在傳動控制器上，另一個裝在導向輪上)和井筒開關構成，兩臺軸編碼器將提升機鋼絲繩在線速度和行程位置轉換成脈沖信號送入PLC，經PLC中的軟件計算后處理成罐籠在井筒中的位置和在線速度，送到操作臺監視器顯示。這種以軟件處理為主的行程跟蹤方法在靈活性，可靠性及精度等方面都很高，只要選擇分辨率較高的軸編碼器，就可保證定位精度<2cm。因打滑及鋼絲繩伸長等行程誤差可通過井筒開關加以校正。

此外，PLC還將部分操作信號、軸編碼器信號、部分保護信號以及設定的一些行程參數結合起來進行邏輯運算處理.自動產生提升機所需的速度給定信號。為了盡量減少啟動.制動過程中的機械沖擊及提升機控制精度，速度給定信號的加速、減速段為“S”形曲線.減速段行程通過通實際運算來調節減速度以保證其為一固定值，從而保證了停車點不變和停車點的精度。

3.(1)全數字調節裝置在硬件上采用可自由配置的模塊結構。基本模塊包括電源模塊、CPU模塊、開關量輸入模塊、開關量輸出模塊、觸發脈沖形成模塊和A/D轉換模塊，如下圖所示，各模塊之間通過總線互相連接，統一安裝在歐式標準19寸機箱內。

（2）全數字調節部分以高性能單片機為核心，主要功能有：

1）完成提升機速度和電流雙閉環調節，如：①預設速度基準值；②限制加、減速過程的沖擊；③速度自動調節；④電樞電流自動調節；⑤磁場電流自動調節；⑥預設電流限制值。

2）實現電樞回路和磁場回路的各種故障保護:①磁場變壓器超溫；②磁場整流橋快熔熔斷；③磁場過電流；④磁場回路對地漏電；⑤磁場可控硅交流阻尼熔絲斷；⑥磁場可控硅過熱；⑦電樞變壓器過溫；⑧電樞整流橋快熔熔斷；⑨電樞過電流；⑩電樞回路對地漏電；電樞可控硅交流阻尼熔絲斷；電樞可控硅過熱；電控改造后節約了大量電能。

具體計算如下

①更換高壓真空換向柜、取消大功率除濕裝置節約電能23.4萬千瓦時/年。原高壓設備年耗電量:P年=365P=365天×4個線圈×24小時×4千瓦時/個=14萬千瓦時/年。大功率除濕裝置年耗電量:P年=365P=365天×4組×24小時×4千瓦時/個=14萬千瓦時/年

②更換新型轉子控制柜節約電能14萬千瓦時/年。老轉子控制柜年耗電量:P年=365P=365天×6小時×8個×8瓦時/個=14萬千瓦時/年

③更換PLC控制系統年節約電能6.6萬千瓦時/年。直流繼電器年耗電量:P年=365P=365天×20個×6 小時×0.57瓦時/個=4.35萬千瓦時/年。交流繼電器年耗電量:P年=365P=365天×6小時×20個×0.57瓦時/個=2.25萬千瓦時/年

④增設低頻拖動系統節約電能4萬千瓦時/年。總計年節約電能：28+14+6.6+4=52.6萬千瓦時；

結束語

該系統完成了大功率直流調速系統的控制，系統控制精度高、操作方便、具有較強的自診斷能力，提高了系統的安全系數，降低運行費用，大大減少了運行時間，大大降低了能耗，提高了經濟效益。

[1]馬宏志.礦井直流提升機電控系統的改造研究.北京科技大學[學位論文],2009.