礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)集控改造及優(yōu)化

中國五礦集團(tuán)五礦邯邢礦業(yè)有限公司 河北邯鄲 056300

提 升機(jī)是礦井安全設(shè)備之一，其運(yùn)行性能不僅直接影響到礦山的生產(chǎn)效率，而且影響到礦山的安全生產(chǎn)。

主井提升系統(tǒng)承擔(dān)著礦石等的運(yùn)輸工作，其安全和高效運(yùn)行至關(guān)重要，但是目前國內(nèi)大部分提升控制系統(tǒng)的自動化程度不高，人員較多，人為參與控制較多，對提升機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、安全性和穩(wěn)定性影響較大。

五礦邯邢礦業(yè)有限公司北洺河鐵礦主井提升系統(tǒng)為礦石提升井，年提升能力為 180 萬 t。每年工作達(dá)8 000 h 以上，是對內(nèi)創(chuàng)造產(chǎn)值，對外展示形象的窗口。通過多年系統(tǒng)優(yōu)化改造，年生產(chǎn)能力可達(dá)到 280萬 t 以上。提升機(jī)的主要參數(shù)如表 1 所列。

表1 提升機(jī)的主要參數(shù)

提升機(jī)采用德國西門子 S7-400 和 S7-300 可編程控制器冗余控制，使用軟件和硬件多線制安全回路。

電氣傳動系統(tǒng)采用電樞 12 脈動反并聯(lián)，磁場恒定的傳動方案。西門子 6RA70 系列直流調(diào)速裝置為電樞和磁場的調(diào)節(jié)中心，調(diào)節(jié)電樞和磁場。

上位計(jì)算機(jī)配備的 STEP7、WinCC 軟件實(shí)現(xiàn)對S7 的編程、調(diào)試，以及對系統(tǒng)的監(jiān)控等功能。

隨著科技水平的不斷提高，西門子 6RA80 型直流傳動裝置逐步替代 6RA70 型直流傳動裝置。隨著“機(jī)械化換人，自動化減人”的不斷推進(jìn)，降低工作人員勞動強(qiáng)度，控制各環(huán)節(jié)，降低耗能，提高生產(chǎn)效率，提高高效安全的運(yùn)行管理迫在眉睫。近日實(shí)現(xiàn)了提升機(jī)傳動系統(tǒng)從 6RA70 型直流傳動裝置升級為6RA80 型直流傳動裝置，并完成了提升機(jī)的“無人值守”改造。

1 改造設(shè)計(jì)方案

傳動系統(tǒng)采用西門子 6RA80 型直流傳動裝置12 脈動反并聯(lián)的設(shè)計(jì)方式。主控系統(tǒng)采用雙 PLC 控制，分別負(fù)責(zé)提升機(jī)工藝控制及軟件安全保護(hù)，兩套PLC 系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，確保提升機(jī)安全運(yùn)行[1]。

PLC 系統(tǒng)采用西門子 S7-31X-2DP 系列產(chǎn)品，該產(chǎn)品具有數(shù)字量、模擬量、高速計(jì)數(shù)等數(shù)據(jù)采集及處理功能，具有 MPI、PROFIBUS-DP、以太網(wǎng)等多種網(wǎng)絡(luò)通信功能，系統(tǒng)擴(kuò)展能力強(qiáng)。

采用以 PLC 自動控制技術(shù)和上位機(jī)監(jiān)控軟件WINCC 為核心的礦井提升機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，以 STEP7 為下位機(jī) PLC 軟件設(shè)計(jì)平臺，具有界面監(jiān)視、數(shù)據(jù)存儲查詢、故障數(shù)據(jù)分析和產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)等功能。

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系統(tǒng)不斷完善，最大限度地減少了中間繼電器、時(shí)間繼電器、按鈕和信號燈的使用，控制電路簡潔，維護(hù)方便。

增設(shè)溫度檢測系統(tǒng)和煙霧檢測報(bào)警系統(tǒng)，對包括閘盤溫度、軸承溫度、主電動機(jī)溫度和液壓站溫度等進(jìn)行統(tǒng)一檢測。煙霧檢測報(bào)警系統(tǒng)主要對檢測控制柜及卷揚(yáng)操作室進(jìn)行監(jiān)測監(jiān)控，并傳入主控系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一控制。

新系統(tǒng)采用了先進(jìn)、可靠、成熟的網(wǎng)絡(luò)化分布式技術(shù)，大大減少了系統(tǒng)接線，提高了系統(tǒng)可靠性，減少了故障率，更易于操作，可大量節(jié)省人員配置，實(shí)現(xiàn)機(jī)房無人值守[2]。

系統(tǒng)采用位置、速度以及轉(zhuǎn)矩三閉環(huán)自適應(yīng)控制功能，其動、靜態(tài)性能指標(biāo)滿足提升機(jī)四象限運(yùn)行要求，能夠按照預(yù)定的速度圖實(shí)現(xiàn)啟動、加速、等速、減速、低速爬行、停車等，且具有平穩(wěn)過渡的 S 曲線防沖擊功能，滿足提升所需過載能力和安全系數(shù)，提高提升效率，降低運(yùn)行費(fèi)用，大大減少故障時(shí)間，提高經(jīng)濟(jì)效益。

系統(tǒng)增加了遠(yuǎn)程診斷，采用基于互聯(lián)網(wǎng)的 VPN虛擬專用網(wǎng)絡(luò)通信保證網(wǎng)絡(luò)通信安全，通過 PLC 以太網(wǎng)模板、交換機(jī)及 VPN 路由器等硬件及專用軟件系統(tǒng)，可通過遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)對現(xiàn)場運(yùn)行的提升機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行在線監(jiān)視和故障診斷，幫助現(xiàn)場工程師快速處理問題，減少故障處理時(shí)間，提高工作效率[3]。

2 系統(tǒng)優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

主井供電電壓正常為 6 200 V 左右，但變電所供電范圍存在較大的波動，且不平穩(wěn)，如果有大型設(shè)備頻繁啟動，會造成電壓波動，對主井提升電控系統(tǒng)造成非常大的影響。電壓波動范圍沒有規(guī)律，需要長時(shí)間記錄找到規(guī)律來調(diào)節(jié)設(shè)備，使設(shè)備適應(yīng)電壓波動。

當(dāng)全礦用電負(fù)荷較高時(shí)，主井供電電壓會降到6 000 V，用電負(fù)荷較低時(shí)，會升至 6 400 V，較大供電范圍對提升機(jī)運(yùn)行的影響是非常大的。尤其在箕斗重載啟動階段，提升機(jī)主機(jī)供電電壓會降到 742 V，和正常提升機(jī)主機(jī)電壓 830 V 差 100 V 左右，對提升機(jī)及其相關(guān)設(shè)備產(chǎn)生非常大的影響。

為了保證提升機(jī)安全穩(wěn)定的運(yùn)行，主控系統(tǒng)對提升機(jī)設(shè)置了許多保護(hù)，比如主電動機(jī)超溫、過電壓保護(hù)、過電流保護(hù)和欠壓保護(hù)等。當(dāng)主電動機(jī)電流和電壓超過或者低于設(shè)定值時(shí)，保護(hù)措施啟動，提升機(jī)停止運(yùn)行，對提升機(jī)起到應(yīng)有的保護(hù)作用。

當(dāng)主井供電電壓較低時(shí)，提供給提升機(jī)主電動機(jī)的電壓最低為 742 V，當(dāng)主井提升機(jī)重載啟動時(shí)，壓降非常大，電壓值超過了直流傳動裝置設(shè)定的最低允許電壓，直流傳動裝置報(bào) F60006 欠電壓故障，造成提升機(jī)重載急停，對提升機(jī)和鋼絲繩都造成非常大的影響[4]。

通過仔細(xì)觀察和記錄主井高壓進(jìn)線側(cè)電壓的變化，尤其是大型設(shè)備啟動對電壓的影響，統(tǒng)計(jì)電壓值，總結(jié)規(guī)律，通過兩個(gè)辦法實(shí)現(xiàn)電控系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。

(1)如果長時(shí)間供電電壓偏低，調(diào)高主井供電電壓；

(2)調(diào)整西門子 6RA80 型直流傳動裝置系統(tǒng)參數(shù)，使其符合主井供電電壓的波動特點(diǎn)。

觀察主井提升機(jī)運(yùn)行時(shí)啟動、加速、勻速和減速段電壓的變化情況，觀察不同時(shí)間段主井電壓變化情況，分析規(guī)律，確定傳動裝置參數(shù)修改范圍，根據(jù)參數(shù)修改范圍確定供電電壓報(bào)警值及報(bào)警值設(shè)置公式。最終確定 P078、P086、P351 和 P352 修改值。

新主井提升電控系統(tǒng)在減速停車時(shí)，閘盤抱閘聲響較大，首先檢查液壓站油路及油質(zhì)，發(fā)現(xiàn)并無異常，然后對閘電流進(jìn)行分析，采用增加閘盤預(yù)貼值的方法減小抱閘運(yùn)行距離。

預(yù)貼值 (P087 和 P088)的設(shè)置，需要多次計(jì)算并進(jìn)行試驗(yàn)。預(yù)貼值設(shè)置太大，會提前抱閘，對閘盤、襯塊和鋼絲繩等都會造成影響；預(yù)貼值設(shè)置過小，抱閘聲響大且無法解除。需要反復(fù)多次試驗(yàn)修訂預(yù)貼值設(shè)置大小，使閘盤抱閘聲響較大的情況得到解決，減少迅速抱閘對閘頭和閘盤的損傷。

3 結(jié)語

提升系統(tǒng)經(jīng)過改造及優(yōu)化，使系統(tǒng)具備數(shù)字化、自動化、網(wǎng)絡(luò)化和信息化等先進(jìn)功能，完全符合提升機(jī)工藝運(yùn)行需求。系統(tǒng)控制精度高，操作簡單，維護(hù)方便，監(jiān)控、故障自診斷能力強(qiáng)。先進(jìn)的診斷技術(shù)減輕了維護(hù)人員的工作壓力，提高并保證了設(shè)備使用率。不斷地優(yōu)化提升電控系統(tǒng)，使提升電控系統(tǒng)和關(guān)聯(lián)設(shè)備的特性更加一致，保證了提升機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。改造后的提升機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行效果良好，滿足了現(xiàn)場生產(chǎn)要求，可供同行參考。