煤礦主提升機(jī)電控系統(tǒng)優(yōu)化

趙凱凱

摘要：隨著科技的發(fā)展，煤礦企業(yè)發(fā)展越來越好。而提升機(jī)作為煤礦重要的運(yùn)輸設(shè)備，是機(jī)械和電氣綜合組成的一體化大型設(shè)備，礦井提升機(jī)的工作特點(diǎn)是在一定的距離內(nèi)，按一定周期往復(fù)循環(huán)動(dòng)作完成提升任務(wù)，必須具備良好的控制性能和完善的保護(hù)性能，來保證提升系統(tǒng)可靠地運(yùn)轉(zhuǎn)。礦井提升機(jī)在安全性可靠性等方面要求極高，電控結(jié)構(gòu)復(fù)雜，參數(shù)多，安全性要求高，對(duì)于這樣要求苛刻的復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化必然存在很多技術(shù)難題。

關(guān)鍵詞：煤礦；主提升機(jī)；電控系統(tǒng)；優(yōu)化分析

引言

煤礦主提升機(jī)作為礦井生產(chǎn)得以持續(xù)、高效開展的關(guān)鍵構(gòu)成設(shè)備之一，其運(yùn)行質(zhì)量對(duì)整個(gè)礦井經(jīng)濟(jì)效益有著不可替代的關(guān)鍵作用。新華礦礦用提升機(jī)為典型的多繩摩擦提升機(jī)，配套電機(jī)功率2800kW，變頻裝置選用交直三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。經(jīng)過多年長(zhǎng)期使用后，主提升機(jī)供電系統(tǒng)供電質(zhì)量不斷下降，變頻裝置損壞幾率大幅提升，鑒于此，為實(shí)現(xiàn)提升機(jī)運(yùn)行安全、有效，為礦井生產(chǎn)提供切實(shí)保障，提升機(jī)電控系統(tǒng)需要更具穩(wěn)定性的供電網(wǎng)絡(luò)，針對(duì)其開展電控系統(tǒng)優(yōu)化意義重大。

一、背景及意義

礦井主提升系統(tǒng)主要由電控系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)等部分組成。其中電控系統(tǒng)為核心部分，制動(dòng)系統(tǒng)是整個(gè)提升系統(tǒng)的安全保證，只有深入的對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)研究，才能有效的保證制動(dòng)系統(tǒng)的可靠完善，進(jìn)而保證主提升系統(tǒng)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。目前，國(guó)家相關(guān)部門及法律法規(guī)對(duì)提升制動(dòng)系統(tǒng)的主要要求有以下幾方面：

（一）《國(guó)家安全監(jiān)管總局關(guān)于印發(fā)《淘汰落后安全技術(shù)工藝、設(shè)備目錄（2015年第一批）》的通知》中的相關(guān)要求：礦井提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)十字彈簧控制壓力的液壓站屬于限制使用設(shè)備，代替的技術(shù)裝備為采用電磁比例閥或先導(dǎo)結(jié)構(gòu)比例溢流閥控制壓力的液壓站，變頻電機(jī)控制壓力的液壓站。

（二）《煤礦安全規(guī)程》（2006年）對(duì)提升制動(dòng)系統(tǒng)的要求主要有以下3條：

1.第425條要求安全制動(dòng)必須有并聯(lián)冗余的回油通道。

根據(jù)要求首先要明確兩個(gè)概念：①、安全制動(dòng)：在提升機(jī)運(yùn)行過程中發(fā)生異常情況，需要緊停車的情況，包括接近進(jìn)口的一級(jí)制動(dòng)和井中的二級(jí)制動(dòng)；②、冗余的概念：指重復(fù)配置系統(tǒng)的某一部件，該部件的總數(shù)量需要≧2個(gè)，部件的類型一致，控制方式一致。所以也就是要求在一級(jí)制動(dòng)回路和二級(jí)制動(dòng)回路中的所有參與閥組必須是控制方式一致的同類型的2個(gè)以上閥組。而對(duì)于增加手動(dòng)泄壓閥的方式不在并聯(lián)冗余的范疇，因?yàn)樗c液壓站上的電磁閥不是同類元件，控制方式一個(gè)是自動(dòng)控制，一個(gè)是人工手動(dòng)控制。可作為極端情況下，冗余保護(hù)以外的后備措施。

2.第426條提升機(jī)機(jī)械制動(dòng)裝置的制動(dòng)力矩倍數(shù)要求

3.第427條立井提升系統(tǒng)的安全制動(dòng)減速度必須符合下列要求：提升減速度≤5m·s-2，下放減速度≥1.5m·s-2。

二、提升機(jī)電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析

（一）控制模塊優(yōu)化分析

提升機(jī)電控系統(tǒng)控制模塊主要由MPI總線、Profibus-DP協(xié)議和S73000PLC站共同構(gòu)成。其中MPI總線的功能是提前將系統(tǒng)運(yùn)行所需相關(guān)數(shù)據(jù)存入配置表，并借助組態(tài)配置措施實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)信息通訊暢通；Profibus-DP協(xié)議借由對(duì)通訊模塊的調(diào)配使用進(jìn)行通訊編程，編程時(shí)依據(jù)主從協(xié)議對(duì)各模塊進(jìn)行調(diào)配；S73000PLC站共配設(shè)三個(gè)PLC設(shè)備，其中保護(hù)PLC充當(dāng)主站，另兩個(gè)作為從站，完整的數(shù)據(jù)采集過程借助數(shù)字量、模擬量和編碼器計(jì)數(shù)模塊共同完成，并通過程序編碼實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)信號(hào)的調(diào)控，提升機(jī)運(yùn)行速率與行程的測(cè)定主要借由記錄軸并量化編碼裝置生成的脈沖予以實(shí)現(xiàn)。各運(yùn)行數(shù)據(jù)最終全部錄入調(diào)節(jié)系統(tǒng)并通過分析后對(duì)提升機(jī)的安全運(yùn)行進(jìn)行指導(dǎo)。此外，電控系統(tǒng)配套使用的STEP7軟件能夠?yàn)樘嵘龣C(jī)運(yùn)行中所需的自動(dòng)操控、手動(dòng)操控、檢修及加減速操作和各類保護(hù)功能提供有效服務(wù)，其整體設(shè)計(jì)采用結(jié)構(gòu)化與模塊化。

（二）變頻調(diào)速優(yōu)化分析

提升機(jī)變頻調(diào)速裝置采用DSP+FPGA相結(jié)合的構(gòu)造，能夠?qū)崿F(xiàn)功率因數(shù)控制、故障診斷、速度閉環(huán)、電流及矢量閉環(huán)等功能，所用處理器多使用32bit數(shù)字信號(hào)。整個(gè)變頻調(diào)速裝置控制回路為三電平拓?fù)錁?gòu)造，四個(gè)功率組件串聯(lián)分布于不同相的進(jìn)線側(cè)，同時(shí)出線側(cè)和進(jìn)線側(cè)采取一樣的布設(shè)方式，并借助二極管實(shí)現(xiàn)鉗位與續(xù)流功能。主控回路中三種電平均采用直流母線輸出的模式，這種方式相較于傳統(tǒng)的雙電平機(jī)構(gòu)不僅能夠顯著降低變頻設(shè)備運(yùn)行時(shí)的干擾性，大幅削減功率裝置和電機(jī)運(yùn)行電壓，同時(shí)還能顯著降低開關(guān)啟閉頻率，減小開關(guān)損耗并顯著提升系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化升級(jí)。

此外，在系統(tǒng)的控制上，減少開關(guān)啟閉頻率和降低進(jìn)線電抗能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的能量雙向流動(dòng)，該功能的實(shí)現(xiàn)需要借助高性能的矢量控制予以達(dá)成。其具體方法為借助電機(jī)輸出功率的調(diào)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)定子及電網(wǎng)功率因素的控制，從而有效規(guī)避變頻裝置運(yùn)行對(duì)電網(wǎng)的不利影響，防止電網(wǎng)受到“污染”。

三、礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)在煤礦的應(yīng)用

某煤礦副井提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)采用TS3A型電控系統(tǒng)。TS3A型電控系統(tǒng)能將可靠性和安全性放在首位，電控設(shè)備執(zhí)行GB3797及煤炭行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在元器件選擇上，進(jìn)行嚴(yán)格篩選，關(guān)鍵環(huán)節(jié)全部采用進(jìn)口部件，在工藝上，采用經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)的電工行業(yè)先進(jìn)技術(shù)，采用雙安全回路，關(guān)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(yōu)點(diǎn)：

（1）主回路驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)能自動(dòng)優(yōu)化驅(qū)動(dòng)電機(jī)的參數(shù)；（2）在安全回路方面，系統(tǒng)采用了相互獨(dú)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(tǒng)，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(duì)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(tǒng)的安全性；（3）電控系統(tǒng)采用工業(yè)總線方式構(gòu)成系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)，通過總線方式傳輸數(shù)據(jù)，極大地簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)的硬線連接，更有利于電控系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)化工作；（4）具有完備的故障診斷和上位監(jiān)控功能，非常有利于對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)，在較大程度上縮短了處理故障的時(shí)間；（5）控制系統(tǒng)軟件采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，使用于各種直流電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了行程與速度給定一一對(duì)應(yīng)的邏輯關(guān)系；

結(jié)語

總之，煤礦主提升機(jī)電控系統(tǒng)作為提升機(jī)運(yùn)行的操控樞紐，其運(yùn)行的有效性對(duì)提升機(jī)自身功能的充分發(fā)揮有著關(guān)鍵影響。借助現(xiàn)代化技術(shù)將PLC工藝引入主提升機(jī)電控系統(tǒng)，不僅能夠大幅提升系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，而且能夠?qū)Τ霈F(xiàn)的故障進(jìn)行自動(dòng)診斷，從而確保設(shè)備運(yùn)行不間斷，確保最大發(fā)揮其生產(chǎn)性能，在規(guī)避系統(tǒng)運(yùn)行故障發(fā)生的同時(shí)為礦井經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的獲得提供保障。

參考文獻(xiàn)：

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