主井提升機(jī)全數(shù)字網(wǎng)絡(luò)化直流電控系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用

王繼超

摘要：主井提升機(jī)是煤礦生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，本文重點(diǎn)對主井提升機(jī)的改造優(yōu)化展開研究，進(jìn)行了主井提升機(jī)全數(shù)字網(wǎng)絡(luò)化直流電控系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用，提高了礦井提升能力，實(shí)現(xiàn)了較好效果。

關(guān)鍵詞：主井提升機(jī);直流電控系統(tǒng);開發(fā);應(yīng)用

1、研究背景

主井提升機(jī)是礦山生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，其運(yùn)行的安全性和可靠性對礦山生產(chǎn)起著至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)的主井提升機(jī)通常在電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串接附加電阻進(jìn)行起動和調(diào)速，這種控制系統(tǒng)存在可靠性差、調(diào)速性能較差、故障率高、電能浪費(fèi)大、效率低等缺點(diǎn)。

2、主井提升機(jī)全數(shù)字網(wǎng)絡(luò)化直流系統(tǒng)開發(fā)方案分析

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，主井提升機(jī)全數(shù)字網(wǎng)絡(luò)化直流電控系統(tǒng)以成為現(xiàn)實(shí)，選用直流電動機(jī)傳動，調(diào)速系統(tǒng)采用西門子公司的6RA70系列全數(shù)字直流調(diào)速裝置實(shí)現(xiàn)磁場恒定、電樞換向串聯(lián)12脈動控制。網(wǎng)絡(luò)化操作系統(tǒng)采用S7-300雙PLC雙線制控制，配臺式網(wǎng)絡(luò)化控制操縱臺，PLC實(shí)現(xiàn)對提升機(jī)的工藝控制和安全保護(hù)，安全保護(hù)采用以軟件、硬件兩回路安全回路實(shí)現(xiàn)雙重保護(hù)。監(jiān)控系統(tǒng)采用西門子原裝進(jìn)口工控機(jī)。操作系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)之間通過工業(yè)局域網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行系統(tǒng)通訊及信號交換，并預(yù)留與信號系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)的接口，具有遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。該體統(tǒng)硬件配置功能強(qiáng)大、技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、高效節(jié)能。改進(jìn)后的主井提升機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

2.1、采用電樞換向串聯(lián)12脈動控制、磁場恒定。當(dāng)一組整流裝置出現(xiàn)故障情況下，12脈動可手動切換為6脈動，以確保提升機(jī)能實(shí)現(xiàn)全載半速運(yùn)行，不需要減少載量。

2.2、加減速過程實(shí)現(xiàn)6/12脈動順序控制，對電網(wǎng)的無功沖擊較小，功率因數(shù)較高，高效節(jié)能。

2.3、采用全數(shù)字速度、電流、位置閉環(huán)控制使提升機(jī)在任意速度下運(yùn)行穩(wěn)定可靠并保持較高的運(yùn)行效率。

2.4、操作和安全保護(hù)系統(tǒng)選用兩套不同配置的西門S7-300系列可編程控制器，兩套PLC互為CPU冗余控制。主輔PLC之間相互通訊及監(jiān)視，操作過程實(shí)現(xiàn)雙線控制方式，對提升機(jī)運(yùn)行關(guān)鍵的信號（如速度、容器位置、安全、減速、過卷等等）均采用多重保護(hù)，互為監(jiān)視。

2.5、PLC操作控制系統(tǒng)能完成提升機(jī)手動、半自動、全自動、慢動、檢修及緊急控制等各種運(yùn)行方式的控制要求等。控制系統(tǒng)根據(jù)罐位與去向之間的距離及提升種類，自動選取最大的運(yùn)行速度，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

2.6、裝卸載系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)包括裝載站、卸載站和提升車房監(jiān)控站三部分，主要運(yùn)用PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)對裝載給煤機(jī)，定量斗閘門等元件進(jìn)行順序控制，實(shí)現(xiàn)定重裝載，滿足提升信號的要求，可以在井底及絞車房內(nèi)車房觀察到提升重量.元件的運(yùn)行狀態(tài)等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)通信傳導(dǎo)提升機(jī)上位計(jì)算機(jī)，便于網(wǎng)絡(luò)化傳輸及提升工藝流程控制自動化。

3、對主井提升機(jī)全數(shù)字網(wǎng)絡(luò)化直流系統(tǒng)開發(fā)過程研究

通過采用理論分析、探討，方案確定，試運(yùn)行與實(shí)際投運(yùn)相結(jié)合的方法，以理論研究、方案比較為指導(dǎo)，針對：

3.1、轉(zhuǎn)子回路串接電阻，消耗大量電能，造成資源浪費(fèi);

3.2、電阻分級切換，為有級調(diào)速，設(shè)備運(yùn)行不平穩(wěn);

3.3、電動機(jī)滑環(huán)與電刷的電流大，不易維修，金屬電阻的電流大經(jīng)常燒壞造成短路;

3.4、低壓變頻器節(jié)能只設(shè)計(jì)在距井口40米處往上行駛才投入變頻，電量節(jié)能不是全過程;

3.5、主副編碼器沒有同步校正，使編碼器容易出現(xiàn)誤差;

3.6、制動手柄沒有軟件控制。

3.7、控制回路主要開關(guān)沒有輸送到PLC，在出現(xiàn)事故時(shí)PLC上沒有顯示，延長了處理事故的時(shí)間。

3.8、電動機(jī)軸瓦減速機(jī)側(cè)振動。

針對上述各項(xiàng)不利因素，特對新主井提升機(jī)全數(shù)字網(wǎng)絡(luò)化直流電控系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)應(yīng)用，采用直流電動機(jī)傳動，調(diào)速系統(tǒng)采用西門子公司的6RA70系列全數(shù)字直流調(diào)速裝置實(shí)現(xiàn)磁場恒定、電樞換向串聯(lián)12脈動控制。網(wǎng)絡(luò)化操作系統(tǒng)采用S7-300雙PLC雙線制控制，配臺式網(wǎng)絡(luò)化控制操縱臺，PLC實(shí)現(xiàn)對提升機(jī)的工藝控制和安全保護(hù)，安全保護(hù)采用以軟件、硬件兩回路安全回路實(shí)現(xiàn)雙重保護(hù)。監(jiān)控系統(tǒng)采用西門子原裝進(jìn)口工控機(jī)。實(shí)現(xiàn)PLC操作控制系統(tǒng)能完成提升機(jī)手動、半自動、全自動、慢動、檢修及緊急控制等各種運(yùn)行方式的控制要求等。控制系統(tǒng)根據(jù)罐位與去向之間的距離，自動選取最大的運(yùn)行速度，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率，達(dá)到高效節(jié)能。完成提升機(jī)位置閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)位置的多重同步監(jiān)測、校驗(yàn)等功能。主控PLC的故障自診斷，具有看門狗和負(fù)載能力顯示功能。現(xiàn)場安全事故信號采用光電隔離后進(jìn)PLC，利用PLC內(nèi)部安全回路和外部硬件安全回路共同構(gòu)成兩重安全保護(hù)。在PLC內(nèi)部也可設(shè)置多重保護(hù)回路，以實(shí)現(xiàn)對各種故障的綜合判斷。具有所要求的各種保護(hù)。實(shí)現(xiàn)數(shù)字行程給定功能，定位精度≤1cm，并實(shí)現(xiàn)數(shù)字行程罐位位置顯示，在井筒內(nèi)設(shè)置同步開關(guān)對光電編碼器進(jìn)行同步校正。

通過對原有的調(diào)速系統(tǒng)和控制回路進(jìn)行改良設(shè)計(jì)，利用直流電動機(jī)傳動，調(diào)速系統(tǒng)采用西門子公司的6RA70系列全數(shù)字直流調(diào)速裝置實(shí)現(xiàn)磁場恒定、電樞換向串聯(lián)12脈動控制，提高了提升機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，同時(shí)降低了能源消耗。網(wǎng)絡(luò)化操作系統(tǒng)采用S7-300雙PLC雙線制控制，配臺式網(wǎng)絡(luò)化控制操縱臺，PLC實(shí)現(xiàn)對提升機(jī)的工藝控制和安全保護(hù)，安全保護(hù)采用以軟件、硬件兩回路安全回路實(shí)現(xiàn)雙重保護(hù)，極大保障了提升機(jī)運(yùn)行的可靠性和安全性。監(jiān)控系統(tǒng)采用西門子原裝進(jìn)口工控機(jī)。操作系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)之間通過工業(yè)局域網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行系統(tǒng)通訊及信號交換，并預(yù)留與信號系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)的接口，具有遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。主軸傳動裝置上的軸編碼器信號進(jìn)入主控PLC，電機(jī)上的軸編碼器（測速發(fā)電機(jī)）信號進(jìn)入輔控PLC，作為兩路完全獨(dú)立的數(shù)字行程監(jiān)控器的位置信號，通過網(wǎng)絡(luò)通信，兩路數(shù)字監(jiān)控相互比較、冗余控制，實(shí)現(xiàn)速度的包絡(luò)線保護(hù)、位置閉環(huán)控制，確保數(shù)字監(jiān)控器的準(zhǔn)確、可靠、安全。

4、主井提升機(jī)全數(shù)字網(wǎng)絡(luò)化直流系統(tǒng)應(yīng)用后的效果分析

4.1、技術(shù)先進(jìn)性

提升數(shù)據(jù)柜選用雙套不同配置的西門子S7-300可編程控制器。雙PLC之間既有軟件上的聯(lián)鎖，還有硬件上的聯(lián)鎖和看門狗電路。對PLC的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)視，防止因?yàn)镻LC死機(jī)或其他意外原因造成PLC故障時(shí)能及時(shí)監(jiān)測并參與安全保護(hù)。

完成提升機(jī)位置閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)位置的多重同步監(jiān)測、校驗(yàn)等功能。主控PLC的故障自診斷，具有看門狗和負(fù)載能力顯示功能。實(shí)現(xiàn)PLC程序、安全故障及事件的實(shí)時(shí)打印。軟件和硬件冗余的安全回路。現(xiàn)場安全事故信號采用光電隔離后進(jìn)PLC，利用PLC內(nèi)部安全回路和外部硬件安全回路共同構(gòu)成兩重安全保護(hù)。在PLC內(nèi)部也可設(shè)置多重保護(hù)回路，以實(shí)現(xiàn)對各種故障的綜合判斷。具有所要求的各種保護(hù)。

4.2、運(yùn)行可靠性

現(xiàn)設(shè)備在手動、半自動、自動、檢修操作方式控制下運(yùn)行，給礦井正常提升、檢修、保養(yǎng)提供了充分保證，操作和安全保護(hù)系統(tǒng)選用兩套不同配置的西門子S7-300系列可編程控制器，兩套PLC互為CPU冗余控制。主輔PLC之間相互通訊及監(jiān)視，操作過程實(shí)現(xiàn)雙線控制方式，對提升機(jī)運(yùn)行關(guān)鍵的信號（如速度、容器位置、安全、減速、過卷等等）均采用多重保護(hù)，互為監(jiān)視。從系統(tǒng)角度提高了設(shè)備運(yùn)行的安全性。

5、小結(jié)

綜上所述，對主井提升機(jī)全數(shù)字網(wǎng)絡(luò)化直流電控系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用，其整個系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想先進(jìn)，結(jié)構(gòu)合理，使用方便，維護(hù)量小，保護(hù)性能完善可靠，使用壽命長，節(jié)能效果好，運(yùn)行平穩(wěn)故障率低，安全性能也明顯的提高，大大增加了有效提升時(shí)間，提高了礦井的提升能力。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：冀中能源峰峰集團(tuán)有限公司大淑村礦）