淺談主井電控系統(tǒng)　ＰＬＣ技術(shù)改造

馬國(guó)慶

摘要:本文介紹了主井電控系統(tǒng)PLC可編程序控制器取代原來(lái)的繼電器-接觸器有觸點(diǎn)邏輯電氣控制方式,實(shí)現(xiàn)了數(shù)字程序化控制,確保提升機(jī)安全高效運(yùn)行。

關(guān)鍵詞:主井；電控系統(tǒng)；PLC技術(shù)改造

1 概述

唐山礦五號(hào)井提升機(jī)為纏繞式交流拖動(dòng)提升機(jī)型號(hào)為2БM3000/1520，主提升電動(dòng)機(jī)型號(hào)為JRQ158-8，電控系統(tǒng)采用TKDG系列電控系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)速。電控系統(tǒng)為上世紀(jì)七十年代的產(chǎn)品。因受到當(dāng)時(shí)的科技水平和制造能力等各方面的限制，該電控系統(tǒng)存在諸多方面的問(wèn)題。TKDG系列電控系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)子附加電阻方式啟動(dòng)調(diào)速，在爬行二次給電階段大部分能量消耗在電阻中；電控系統(tǒng)采用TGG型高壓開關(guān)柜和CG5型高壓接觸器來(lái)切斷與接通主電機(jī)電源，高壓接觸器和換向器在使用中消耗大量能源，并且安裝占用面積大維護(hù)檢修步驟繁瑣；控制系統(tǒng)采用繼電器邏輯控制和磁放大器為控制核心的可調(diào)閘系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)使用大量繼電器和分立模擬元件，在提升機(jī)工作和間歇時(shí)一直消耗電能，且各繼電器使用工作電壓各異，維護(hù)、維修、更換等工作繁重，備件數(shù)量、占用資金極大；切換電阻時(shí)，做不到電流連續(xù)平穩(wěn)切換，電流對(duì)主電機(jī)沖擊相當(dāng)大，加重電機(jī)工作負(fù)擔(dān)，縮短了主電機(jī)的使用壽命。能源消耗大；維護(hù)、維修、更換等工作繁重；備件數(shù)量、占用資金大是這套電控系統(tǒng)存在的主要問(wèn)題。

在國(guó)家節(jié)能減排政策的號(hào)召下，經(jīng)過(guò)公司相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)研究決定對(duì)其電控系統(tǒng)進(jìn)行更新改造，采用雙PLC可編程序控制器取代原來(lái)的繼電器-接觸器有觸點(diǎn)邏輯電氣控制方式。

2 技術(shù)改造可行性分析和特點(diǎn)

近年來(lái),PLC可編程序控制器得到了驚人發(fā)展,技術(shù)趨于成熟,性能優(yōu)越可靠。經(jīng)多方調(diào)研論證,選擇了技術(shù)力量雄厚、老絞車改造經(jīng)驗(yàn)豐富、產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良的唐山東潤(rùn)自動(dòng)化工程技術(shù)有限公司合作,對(duì)主井電控系統(tǒng)進(jìn)行PLC改造。技術(shù)特點(diǎn)如下:

高壓電源開關(guān),高壓換向器真空化。高壓換向器設(shè)置正、反之間、高低壓之間機(jī)械電氣閉鎖,結(jié)構(gòu)科學(xué)合理。真空化消弧特性好,絕緣狀態(tài)高。高壓換向器閉鎖消除了高低壓間、正反向間短路事故。

轉(zhuǎn)子調(diào)速回路,采用可控硅20級(jí)編碼啟動(dòng)專利技術(shù),一是實(shí)現(xiàn)無(wú)觸點(diǎn)切換,避免觸頭拉弧燒損和噪音；二是啟動(dòng)特性曲線平滑,沖擊電流小。

最新西門子S7-300型PLC控制器,取代原來(lái)的繼電器接觸器的有觸點(diǎn)邏輯控制方式,實(shí)現(xiàn)數(shù)程序化控制,減化了控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。設(shè)置雙PLC實(shí)現(xiàn)了兩線制保護(hù)。

上位計(jì)算機(jī)顯示提升機(jī)運(yùn)行狀況,各運(yùn)行參數(shù),保護(hù)狀態(tài)直觀明了,便于查找事故和維護(hù),提升機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控運(yùn)行。

有擴(kuò)展功能,可與局域網(wǎng)連接,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理。

3 技術(shù)改造方案確定和實(shí)施

唐山礦五號(hào)井用于提人提物，改造安裝工程必須停產(chǎn)進(jìn)行，散煤收集停產(chǎn)期限最長(zhǎng)三天，人員可以走斜井，所以時(shí)間緊任務(wù)重，此項(xiàng)工程必須進(jìn)行科學(xué)合理安排，細(xì)致周密落實(shí)。

我們與東潤(rùn)自動(dòng)化工程技術(shù)有限公司技術(shù)人員一起,對(duì)電器設(shè)備布置方式,安裝附件的制作,新系統(tǒng)動(dòng)力控制電纜數(shù)量進(jìn)行了確定，提前在井上對(duì)轉(zhuǎn)子柜、主令柜、高壓換向柜進(jìn)行了空載調(diào)試。

對(duì)原控制系統(tǒng)留用的設(shè)備摸清底數(shù)，控制電纜做好標(biāo)識(shí),確定投入新系統(tǒng)的安全性，為新設(shè)備接線做好準(zhǔn)備。

對(duì)車房高壓開關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行了提前檢修，確保高壓供電的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

提前敷設(shè)好各條信號(hào)控制電纜以及需要更換的高壓動(dòng)力電纜，做好一切接線調(diào)試準(zhǔn)備。

專門成立電控改造小組，組織多次現(xiàn)場(chǎng)會(huì)進(jìn)行實(shí)地測(cè)量與設(shè)計(jì)改造方案。經(jīng)過(guò)我們與廠家的共同努力，原計(jì)劃3天72小時(shí)的改造工程，我們停產(chǎn)開始拆卸舊設(shè)備，安裝新柜子，接線調(diào)試等連續(xù)工作，直到正常運(yùn)轉(zhuǎn)共花了32小時(shí)，提前一天半完成安裝調(diào)試任務(wù)。

4 實(shí)踐檢驗(yàn)效果

自11月份投入運(yùn)行以來(lái),高壓真空柜、高壓真空換向柜、主令控制柜，沒(méi)有出現(xiàn)真空管漏氣或粘聯(lián)故障,高壓換向器正反轉(zhuǎn)向、高低壓間發(fā)生短路、轉(zhuǎn)子調(diào)速回路快速熔解器、可控硅燒損等事故。該控制系統(tǒng)具有沖擊電流小,調(diào)速性能好等優(yōu)點(diǎn)，裝置自調(diào)試至今,沒(méi)有發(fā)生電器元件燒損事故,運(yùn)行可靠,制動(dòng)閉環(huán)效果好。PLC數(shù)字化程序控制,電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,提升機(jī)運(yùn)行狀況顯示直觀,易于查找事故和維修,有利于提升機(jī)高效高質(zhì)量運(yùn)行。與老電控系統(tǒng)相比優(yōu)勢(shì)如下：

使用了GYHX型真空高壓換向柜代替原有CG5型高壓換向器。克服了CG5型換向器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易吸潮（必須使用大功率除濕裝置）、工作噪音大、維護(hù)維修復(fù)雜等等缺點(diǎn)。新的真空高壓換向柜結(jié)構(gòu)緊湊、工作噪音小、維護(hù)簡(jiǎn)單，取消了大功率的除濕裝置，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。

采用新型反并聯(lián)SCR編碼元件代替接觸器的主觸點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)子電阻切換。原來(lái)的轉(zhuǎn)子切換接觸器工作時(shí)不僅產(chǎn)生電弧火花，而且接觸器線圈吸合使需要很大電流，維護(hù)維修量大。新型的反并聯(lián)可控硅屬于無(wú)觸點(diǎn)原件，導(dǎo)通時(shí)不需要吸合線圈，從而節(jié)約能源。并且可控硅原件無(wú)噪音、體積小、重量輕、無(wú)震動(dòng)；維護(hù)工作量小，使用可靠。

由PLC控制系統(tǒng)代替了原來(lái)的繼電器邏輯控制和磁放大器閘控系統(tǒng)。原有系統(tǒng)繼電器接觸器邏輯關(guān)系復(fù)雜，使用大量電氣原件執(zhí)行控制過(guò)程。新的PLC系統(tǒng)用軟件代替了原來(lái)的邏輯控制繼電器，僅保留小部分執(zhí)行繼電器原件，減少了控制原件的能量消耗，并且具有“兩軟一硬”的三線制安全回路，系統(tǒng)可靠性增強(qiáng)，維護(hù)維修量降低。

增加了遠(yuǎn)程操作及監(jiān)視診斷功能，人員能夠在井上掌握提升機(jī)工作情況，系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題能及時(shí)通過(guò)PLC程序查找故障，減少了人員反復(fù)升入井浪費(fèi)的時(shí)間。

5 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益

5.1 經(jīng)濟(jì)效益

節(jié)約電能：①更換高壓真空換向柜、取消大功率除濕裝置節(jié)約電能37萬(wàn)千瓦時(shí)/年；原高壓換向器年耗電量:P年=365P=365*4*15*4=9萬(wàn)千瓦時(shí)/年；大功率除濕裝置年耗電量:P年=365P=365*8*24*4=28萬(wàn)千瓦時(shí)/年

②更換新型轉(zhuǎn)子控制柜節(jié)約電能35萬(wàn)千瓦時(shí)/年；老轉(zhuǎn)子控制柜年耗電量:P年=365P=365*15*8*8.5=35萬(wàn)千瓦時(shí)/年；

③更換PLC控制系統(tǒng)年節(jié)約電能19萬(wàn)千瓦時(shí)/年；直流繼電器年耗電量:P年=365P=365*15*24*1=13萬(wàn)千瓦時(shí)/年；交流繼電器年耗電量:P年=365P=365*15*20*0.57=6萬(wàn)千瓦時(shí)/年；

④應(yīng)用其他新型電力電子器件年節(jié)電約0.5萬(wàn)千瓦時(shí)/年；總計(jì)年節(jié)約電能：37+35+19+0.5=91.5萬(wàn)千瓦時(shí)；

節(jié)約維護(hù)維修費(fèi)用5萬(wàn)元/年；節(jié)約備品備件折合4萬(wàn)元；

5.2 社會(huì)效益

主井提升機(jī)電控系統(tǒng)PLC改造后,數(shù)字化程序控制,取代了原系統(tǒng)中的繼電器、接觸器有觸點(diǎn)邏輯控制方式,減化電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu),保護(hù)齊全,提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性,采用SCK組件編碼多級(jí)啟動(dòng),改善了提升機(jī)調(diào)速性能，減少了大電流沖擊引起的機(jī)械沖擊;高壓開關(guān)、高壓換向器真空化,杜絕了拉弧引發(fā)的短路事故;該系統(tǒng)性能好，運(yùn)行穩(wěn)定，事故率低，維修量小，操作簡(jiǎn)單,各種保護(hù)齊全,確保了礦井安全可靠提升。

結(jié)束語(yǔ)

主控的PLC,選用西門子S7-300型PLC的最新型產(chǎn)品,PLC模塊之間通過(guò)PROFEBVS總線連接,簡(jiǎn)化了電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)子可控硅多級(jí)編碼技術(shù)先進(jìn),性能可靠,系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，線路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單可靠,外圍元件最簡(jiǎn)化,性能可靠穩(wěn)定,數(shù)字PID閉路,系統(tǒng)可靠性高、閉路效果好,數(shù)字雙線制保護(hù)與模擬信號(hào)保護(hù),使保護(hù)功能更可靠更完善,可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理，該項(xiàng)技術(shù)改造也是我公司響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排號(hào)召的又一成功舉措。