淺析礦井提升機電控系統在煤礦的應用

趙廣社，吳碩果，何曉明

兗煤菏澤能化有限公司，山東 菏澤 274705

1 概述

礦井提升機的電控系統主要包括主控、驅動控制、監控、井筒信號、制動控制、人機對話、顯示、硬件安全回路及其它子系統等硬件和軟件。該系統具有全數字調速+可控硅整流+PLC控制功能，其中主控部分采用S7-400系列的可編程程序控制器，完成S曲線的給定和速度閉環控制；全數字直流調速系統的主驅動部分變流裝置采用西門子6RA70；操作臺配備工控機與PLC建立網絡通訊，實現整個系統的時時監控；主控PLC、行程控制PLC、上位機，通過PROFIBUS總線構成網絡；操作臺配遠程I/O，控制柜配遠程I/O，遠程I/O與主控PLC通過PROFIBUS總線構成網絡；主井裝卸載及提升信號系統采用PLC可編程控制，實現定量裝載、監控、記憶、顯示燈，徹底解決了原“TKD”電控老化、維修量大、事故率高、交流控制不穩定、停車位置不準確，經常出現緊急制動等不安全隱患，為礦井的長遠發展奠定了基礎。

2 礦井提升控制技術研究的必要性

目前我國提升機設備的制造和技術水平遠遠落后于世界提升機的發展水平，無論在硬件還是軟件上都有較大差距。國內提升機電控系統設備技術水平較國外還有較大差距。數字化電控設備雖然已有部分產品，但尚未實現系列化、系統化、規模化。在提升機數控技術上仍處于學習發展階段，多為消化吸收國外的成熟技術，技術相對較簡單的軟硬件已能夠設計編制，但一些關鍵軟件技術如驅動控制等尚未有較大突破若使用還需購買，生產的較高檔電控設備的硬件多為國外公司的成熟產品。國內產品尚未達到國外80年代末的技術水平。

德國SIEMENS（西門子）公司和瑞典ABB公司是世界提升機電控設備生產領域的兩大主要公司，代表了提升機電控技術和裝備的世界先進水平。他們均生產系列化的提升機直流和交流驅動數據化電控設備，德國SIEMENS（西門子）公司的代表產品為SIMATICS5系列（用于主控、制動控制、井筒信號等）和SIMADYND 系列（用于驅動控制和監控）；瑞典ABB公司代表產品為MASTERPIECE系列（用于主控和監控）、PRIDE系列（用于直流驅動控制）和TCDC系列（用于交交變頻交流驅動控制）。對應于硬件設備，兩公司開發了適應不同系統要求的模塊化、系列化、易讀、易編的專用程序軟件。

該系統不僅可用于煤炭、冶金行業的提升機系統，還可廣泛應用于有驅動控制的領域及許多過程控制需要的場合，不僅可以成套使用，還可以根據實際情況使用某些系統，前景十分廣闊，國外進口設備不僅價格高，而且技術服務和配件購置不方便；國內數控設備有取代國外數控設備的趨勢。對提高我國提升機等領域的技術水平和經濟效益具有重要意義。

3 礦井提升機的現狀

我國提升機大部分使用模擬控制，模擬提升機的主控系統采用電器控制，觸點多，接線復雜，故障率高，維護困難；驅動控制系統采用直流發電機組拖動，無功電耗較大；保護系統、監控系統等的信號采集采用機械傳動、分離元件處理。

隨著數控技術進入中國，中國也進行了數控化的產品開發研制，并且逐漸的應用到了提升機領域，國內如大中院校、企業院所正在做數字化提升機電控系統的集成開發嘗試。但由于資金投入少，人力、技術力量不強，并且由于國際礦山領域經濟的不景氣，整個系統的成熟性沒有再上一個臺階，目前應用在提升機領域的國內的數控產品存在下列問題：

1）驅動控制產品不成熟，功能不夠強大，可靠性還需要提高；

2）對提升控制工藝沒有深入的研究，缺乏提升控制與維護的經驗，產品適應性不強；

3）在硬件配置上，存在安全性差，系統可靠性需要探討，不能完全滿足提升控制的需要。

4 礦井提升機的特點

考慮當今數控技術的發展，緊密結合提升機控制工藝的需要，我們認為當今先進的數字化提升機應具有以下特點：

1）在驅動控制上，礦井提升機直流拖動與交流拖動相比，調速性能好，不需附加其它拖動裝置，隨著驅動控制產品的成熟，完全能夠實現全數字化控制，大大增加了系統的可靠性與控制精度。與此相比，交流控制產品不夠成熟，存在造價高、不易維護的特點；

2）在整個系統的配置上，應采用現在比較成熟的網絡化設計，既減少了現場維護的工作量，增加了系統的可靠性，又減少了現場施工的工作量，減低了系統的整體成本；

3）數控化的系統要有友好的人機界面，實時顯示系統的各種信息，具有故障智能診斷功能，增加維護的方便性，減少系統的故障處理時間；

4）隨著基礎技術的不斷進步，各元器件的可靠性大大提高，在提升機控制系統中，應選用高可靠性的器件。

5 礦井提升機電控系統在煤礦的應用

某煤礦副井提升機電氣控制系統采用TS3A型電控系統。TS3A型電控系統能將可靠性和安全性放在首位，電控設備執行GB3797及煤炭行業相關標準，在元器件選擇上，進行嚴格篩選，關鍵環節全部采用進口部件，在工藝上，采用經過實踐檢驗的電工行業先進技術，采用雙安全回路，關鍵控制量的傳輸也采用雙回路方式，一是通過PLC控制，一是直接傳輸。具有下列優點：

1）主回路驅動控制系統能自動優化驅動電機的參數；

2）在安全回路方面，系統采用了相互獨立的繼電器安全回路和S7-400、S7-300分別形成的軟件安全回路，S7-400形成完善的故障診斷系統，S7-300作為S7-400故障診斷的后備，主要完成電樞過流和行程類故障的判定，針對井筒過卷、高壓柜合閘、快開及整流器故障，繼電器安全回路再次將其納入其中，大大提高了系統的安全性；

3）電控系統采用工業總線方式構成系統通訊網絡，通過總線方式傳輸數據，極大地簡化了控制系統的硬線連接，更有利于電控系統的進一步優化工作；

4）具有完備的故障診斷和上位監控功能，非常有利于對系統的維護，在較大程度上縮短了處理故障的時間；

5）控制系統軟件采用結構化設計，使用于各種直流電機，實現了行程與速度給定一一對應的邏輯關系；

6）在社會和經濟效益方面，該系統的投運，經濟效益明顯，系統噸煤電耗得到下降，日提升量有了較大幅度的提高。在社會效益方面，系統故障診斷的智能化和運行的自動化，大大減輕了職工的勞動強度，三條安全回路的可靠性設計，極大地提高了系統運行的安全性，通過此次數字化技術的應用，為該煤礦培養了一大批新型專業技術人才，為礦井今后的發展儲備了人力資源。

總之，礦井提升機電控系統在煤礦提升系統中的應用，表現出運行穩定、可靠、維護方便等優勢，并能為煤礦的發展帶來社會和經濟效益，從而為煤礦安全生產提供了保障，具有較高的推廣應用價值。

[1]夏榮海，郝玉琛.礦井提升機械設備[M].徐州：中國礦業學院出版社，1997.