礦井提升絞車電控系統改造應用

王勇

摘要：研究、開發一套由高壓開關柜、變頻柜、PLC柜、輔助柜、低壓配電柜、上位監視機組成的TSA型全數字自動化副井提升電控系統。數控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。

關鍵詞：礦井提升絞車電控系統改造；變頻調速；PLC控制

1、礦井提升系統概況

1.1提升機是承擔礦山人員和物料提升任務的關鍵生產設備，是礦山井上下聯系的咽喉，是礦井中技術含量最高的設備之一，也是實現礦井生產和效益目標的保證。

1.2數字化驅動技術在80年代末90年代初形成，隨著數控技術的產生與發展，以及PLC產品在提升機領域的應用。世界先進的提升機已實現電控系統的全數字化控制，硬件和軟件都有成熟的、系列化的產品。如美國GE公司。提升機的主控系統、驅動控制系統、監控系統、制動控制系統、井筒信號系統、定量控制、井筒通訊等已完全實現數控化。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。

1.3在礦井絞車電氣控制系統中，變頻技術具備節能、安全性高、工藝流程合理等特點，而成為電氣控制系統中應用的主要技術措施。與傳統的煤礦絞車電氣控制技術相比，變頻技術具有良好的啟動與調速性能，高效率、高功率的優勢，成為今天煤炭行業中的電氣控制技術之一，并被公認為最為實用的技術。

2、提升絞車電控系統改造

2.1華泰煤礦副井現變頻絞車已投運五年，近期存在故障率高的問題，而且故障率呈增加的趨勢。為了保證礦井的正常安全生產，成立公關隊伍對現有電控系統進行改造。

2.2研究、開發一套由高壓開關柜、變頻柜、PLC柜、輔助柜、低壓配電柜、上位監視機組成的TSA型全數字自動化副井提升電控系統。

2.3內容主要是開發系統的工藝控制，實現系統控制的平滑性和安全性，實現傳動系統與主控系統的工業總線式數據通訊，以及網絡控制；其次是對直流變頻傳動技術的研究，特別是對位能力矩性負載，零速度大力矩的進行技術突破；最后還要對系統設備的整體配置進行優化設計，使系統更簡潔，更可靠，同時滿足現場工藝要求。開發遠程監控系統，實現遠程的提升機信息的監視，同時形成網絡化的上位結構。

2.4數控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。

2.5開發的系統設備具有邏輯、順序、定時、計算、調節控制、通訊等功能，可滿足提升機主控、驅動控制、監控、井筒信號等系統的數控化要求，硬件采用工業PLC。

2.6主控PLC選用SIEMENS公司的S7-400可編程控制器。主控PLC由主機架、電源板、CPU板、通訊板、高速計數板、模擬量I/O板、數字量I/O板等硬件組成。

2.7主控PLC應用軟件能完成提升機手動、自動、檢修等運行方式的控制要求；控制與監視提升系統各路電源及液壓油泵電源等；完成提升機運行工藝要求的控制功能；實現對調速系統行程速度給定的控制；與提升信號系統之間相互閉鎖；與操車系統之間相互閉鎖；實現提升機液壓制動系統控制功能。

實現完善的保護功能，對于全速超速、井筒兩端減速段超速、上下過卷等安全保護具有多重保護。同時，還能完成定點速度監視、井筒開關監視、電機及溫度檢測、閘瓦磨損與間隙等監控與保護功能。

2.8完成提升機位置閉環控制，實現位置的同步監測功能。主控PLC的故障自診斷，具有看門狗和負載能力顯示功能。可在線或離線修改用戶程序。實現上位機監控功能。

2.9兩套安全回路（軟件與硬件冗余）。安全回路至少應包括《安全規程》要求的“過卷、極限過卷”等18項保護類型。輔控PLC選用SIEMENS公司S7-400可編程序控制器。該PLC為從PLC，完成對提升機形成和速度的監控并與主PLC進行比較。處理與主軸相連的編碼器的脈沖，變為提升機的行程信號，控制操作臺上的數字式深度指示器，指示箕斗在井筒中的位置。

3、改造效果

3.1通過改造，大大降低故障率，系統控制精確、運算簡潔，節能效果明顯，可靠性得到很大提高，操作更加簡便。能方便控制絞車提升速度，安全得到保證，極大地降低絞車的操縱難度

3.2運行更加平穩，實現速度連續可調，電機溫升較舊系統有明顯降低，同時對系統機械沖擊也明顯減小。

3.3電能質量得到改善無諧波污染，不干擾其他設備。變頻調速本質上幾乎不存在諧波污染，也不會對生產、安全通訊等其他設備，造成任何干擾，不需增加治理投資。

3.4節能效果明顯，絞車電控系統改造后，副井絞車每月可節約電費2萬元，每月起動盤形閘閘瓦、保護配件等材料消耗據統計可節省近0.5萬元。

4、結束語

通過電控系統改造，不僅極大地提高了煤礦生產自動化程度，為煤礦安全生產奠定堅實的基礎，使絞車系統保護完善、運行安全可靠、維護簡單，故障率低，而且節能效果明顯。