基于Control Builder M多水平提升副井位置值計算優化

【摘要】現代礦山采用多繩摩擦式提升機，為了提高位置測量的精度，需要通過跑全程完成提升機滾筒直徑值校驗和位置值的同步校正，本文以應用廣泛的ABB提升控制系統為例，列舉了這種計算方式在多水平提升副井應用的缺點，并提出優化方案。

【關鍵詞】多水平提升；位置測量；滾筒直徑值；同步校正

安徽開發礦業有限公司1#副井為多水平井提升副井，該副井深度為641.75m，有6個水平：1水平井口、2水平-325m、3水平-425m、4水平-525m、5水平-571m、6水平-606m。該副井提升機為多繩摩擦提升機，采用ABB公司生產的整套直流提升控制系統，控制器為AC800M PLC。由于生產需要，罐籠運行至5水平-571m和6水平-606m的次數非常少，正常生產后，經常發生位置差故障引起緊急停車，給副井提升帶來了安全隱患。針對該問題，筆者從位置測量計算原理入手，深入分析故障產生的原因，提出了優化方案。

1.系統介紹

ABB公司的直流提升控制系統由主控系統和監控系統組成，主控系統完成對提升機運行控制，監控系統對提升系統運行狀況進行實時監控但不參與控制。Control Builder M為ABB公司AC800M PLC編程軟件，AC800M PLC通過CBM軟件實現各種控制應用。位置差故障原因：主控系統測量的位置值和監控系統測量的位置值進行比較，若差值大于設定值，說明位置測量功能出現過大誤差，就會產生位置差故障，引起提升機緊急停車。

2.主控系統位置測量原理

2.1 位置值計算

在提升系統中，精確的位置測量是保證系統安全和控制性能的重要條件，因此ABB提升控制系統中不僅有兩個脈沖編碼器（電機側編碼器信號進主控系統，滾筒側編碼器信號進監控系統）用于位置測量，還有自動修正位置測量偏差和同步狀態保護功能。ABB提升控制系統用于位置檢測的傳感器為瑞典萊納林德有限公司生產的增量型編碼器。

主控系統位置測量：在ABB主控程序中，有一個位置計數器FrPosCounter單元，見圖1，該單元利用電機側編碼器的脈沖數計算位置值，計算公式為：

脈沖數×每個脈沖對應的長度（m）

=位置值（m） （1）

圖1 程序中的位置計數器

2.2 滾筒直徑值計算

每個脈沖對應的長度（m）是通過滾筒周長除以滾筒轉動一周編碼器發出的脈沖數得來，而滾筒周長由滾筒直徑值決定，滾筒直徑值是影響位置值計算的一個極為重要的參數，正確地計算出滾筒直徑值是提升系統安全穩定運行的重要基礎。滾筒直徑會因襯塊的不斷磨損而發生變化，所以ABB電控系統對滾筒直徑值有自動實時計算功能，對滾筒直徑值不斷修正，以計算出精確的位置值。

滾筒直徑值的計算分兩步，首先以上同步開關與下同步開關之間的距離為計算距離，計算出滾筒直徑值，再對計算出的直徑值進行鑒別，計算結果在正常范圍內（滾筒直徑值理論值±0.05m），則以4次計算值為基數求平均值，將求出的平均值作為滾筒直徑值。

滾筒直徑值計算原理簡介：上同步開關與下同步開關的位置為實際測量值，人工設定后系統不能自動修改，兩個位置值做差后取絕對值用于滾筒周長計算。罐籠運行至上同步開關動作時，系統記錄下當時脈沖編碼器脈沖數值1，當罐籠運行至下同步開關動作時，系統記錄下當時的脈沖編碼器脈沖數值2，滾筒轉動一周編碼器發出的脈沖數PulleyPpr.滾筒周長計算公式為：

PulleyPpr×

=滾筒周長 （2）

得到滾筒周長值后，用該值就可算出滾筒直徑值，計算公式為：

滾筒直徑= （3）

圖2 滾筒直徑值計算程序

2.3 位置值同步

正確的深度指示是提升機安全可靠穩定運行的保證，為了消除編碼器在提升機運行中所產生的偏差，就需要對提升容器的位置值進行同步校正。1#副井ABB主控系統，下列情況自動對位置值進行同步校正：

（1）當罐籠到達井口、井底停車位置時；

（2）當罐籠向上運行至上同步開關位置（上同步開關安裝與罐籠側，離井口12.78m）；

（3）當配重向上運行至下同步開關位置（下同步開關安裝與配重側，離井口7.75m）。

井口同步：當提升機正常運行，罐籠到達井口時，主控系統會自動將井口的位置值0m賦值給罐籠的位置值，以消除位置偏差。

井底同步：當提升機正常運行，罐籠到達井底時，主控系統會自動將井底的位置值-641.75m賦值給罐籠的位置值，以消除位置偏差。

上同步開關同步：當提升機正常運行，罐籠向上運行至上同步開關位置，上同步開關動作，給控制系統一個同步信號，主控系統會自動將上同步開關位置值-12.78m賦值給罐籠的位置值，以消除位置偏差。

下同步開關同步：當提升機正常運行，罐籠向下運行，配重向上運行至下同步開關位置，下同步開關動作，給控制系統一個同步信號，主控系統會自動將下同步開關位置值-7.75m賦值給配重的位置值，以消除位置偏差。

3.主控系統位置測量原理

監控系統位置值測量：提升機滾筒側安裝了一個編碼器，編碼器的脈沖信號接入到監控系統，監控系統使用脈沖數進行位置值計算，位置值計算公式為：

脈沖數×每個脈沖對應的長度（m）

=位置值（m） （4）

當罐籠向上運行至上同步開關位置時，上同步開關動作，監控系統將-12.78m賦值給罐籠的位置值，以消除運行偏差；當罐籠向下運行至下同步開關位置時，下同步開關動作，監控系統將-634.00m賦值給罐籠的位置值，以消除運行偏差；

配重的位置值（PositionSkipY）由井深值（-641.75m）減去罐籠位置值（PositionSkipX）得出。

4.原因分析

由ABB主控系統與監控系統位置計算原理可知，產生位置差的原因有如下情況：（1）長時間未對滾筒直徑進行計算校驗，滾筒直徑值偏差過大；（2）編碼器的連接有問題，未能正確檢測電機或滾筒的運轉情況；（3）長時間未進行同步開關的位置同步。

經檢查發現，電機側和滾筒側的編碼器連接正常，能夠正常檢測電機和滾筒的運轉情況。該礦正常生產后，提升機運行到5水平和6水平的次數很少，由于長期不運行至6水平，滾筒的直徑值長時間未進行計算校驗。罐籠也到不了下同步開關位置，主控系統配重的位置值無法同步校正，但監控系統的配置位置值是由井深值（-641.75m）減去罐籠位置值得出，當罐籠向上運行至上同步開關，上同步開關動作，罐籠位置值同步校正時，也相當于給罐籠位置值也進行了同步校正。隨著運行時間的增加，主控系統配重位置值偏差不斷累積，與監控系統配重位置值差值也越來越大。當差值大于設定值（5m）時，產生位置差故障，引起提升機緊急停車。

5.解決方案

當罐籠向上運行至上同步開關時，主控系統對罐籠位置值同步校正同時也對配重位置值的同步校正，以消除配重位置值的偏差，從而減小主控系統配重位置值與監控系統配重位置值的差值。配重位置同步值賦值為：井深值（-641.75m）-罐籠位置同步值（-12.78m），使得主控系統配重位置同步值與監控系統配重位置同步值相同。同時規定每周提升機空跑四趟全程修正滾筒直徑。

圖4 主控系統上同步開關同步校正程序

方案實施后，收到了非常好的效果，位置差故障沒有再發生，提升機安全穩定性得到了大大提高，同時每天少跑8-9趟全程，節省了可觀的電能和時間。

6.結論

對于深度較大的礦井，位置偏差尤為突出，通過在合適位置進行同步校正，可以將提升機運行產生的位置偏差大大減小，為提升系統的安全可靠性提供保障。

參考文獻

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