淺析礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)在煤礦的應(yīng)用

趙廣社，吳碩果，何曉明

兗煤菏澤能化有限公司，山東 菏澤 274705

1 概述

礦井提升機(jī)的電控系統(tǒng)主要包括主控、驅(qū)動(dòng)控制、監(jiān)控、井筒信號(hào)、制動(dòng)控制、人機(jī)對(duì)話、顯示、硬件安全回路及其它子系統(tǒng)等硬件和軟件。該系統(tǒng)具有全數(shù)字調(diào)速+可控硅整流+PLC控制功能，其中主控部分采用S7-400系列的可編程程序控制器，完成S曲線的給定和速度閉環(huán)控制；全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的主驅(qū)動(dòng)部分變流裝置采用西門子6RA70；操作臺(tái)配備工控機(jī)與PLC建立網(wǎng)絡(luò)通訊，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)時(shí)監(jiān)控；主控PLC、行程控制PLC、上位機(jī)，通過PROFIBUS總線構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)；操作臺(tái)配遠(yuǎn)程I/O，控制柜配遠(yuǎn)程I/O，遠(yuǎn)程I/O與主控PLC通過PROFIBUS總線構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)；主井裝卸載及提升信號(hào)系統(tǒng)采用PLC可編程控制，實(shí)現(xiàn)定量裝載、監(jiān)控、記憶、顯示燈，徹底解決了原“TKD”電控老化、維修量大、事故率高、交流控制不穩(wěn)定、停車位置不準(zhǔn)確，經(jīng)常出現(xiàn)緊急制動(dòng)等不安全隱患，為礦井的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

2 礦井提升控制技術(shù)研究的必要性

目前我國(guó)提升機(jī)設(shè)備的制造和技術(shù)水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于世界提升機(jī)的發(fā)展水平，無論在硬件還是軟件上都有較大差距。國(guó)內(nèi)提升機(jī)電控系統(tǒng)設(shè)備技術(shù)水平較國(guó)外還有較大差距。數(shù)字化電控設(shè)備雖然已有部分產(chǎn)品，但尚未實(shí)現(xiàn)系列化、系統(tǒng)化、規(guī)模化。在提升機(jī)數(shù)控技術(shù)上仍處于學(xué)習(xí)發(fā)展階段，多為消化吸收國(guó)外的成熟技術(shù)，技術(shù)相對(duì)較簡(jiǎn)單的軟硬件已能夠設(shè)計(jì)編制，但一些關(guān)鍵軟件技術(shù)如驅(qū)動(dòng)控制等尚未有較大突破若使用還需購(gòu)買，生產(chǎn)的較高檔電控設(shè)備的硬件多為國(guó)外公司的成熟產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)產(chǎn)品尚未達(dá)到國(guó)外80年代末的技術(shù)水平。

德國(guó)SIEMENS（西門子）公司和瑞典ABB公司是世界提升機(jī)電控設(shè)備生產(chǎn)領(lǐng)域的兩大主要公司，代表了提升機(jī)電控技術(shù)和裝備的世界先進(jìn)水平。他們均生產(chǎn)系列化的提升機(jī)直流和交流驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)化電控設(shè)備，德國(guó)SIEMENS（西門子）公司的代表產(chǎn)品為SIMATICS5系列（用于主控、制動(dòng)控制、井筒信號(hào)等）和SIMADYND 系列（用于驅(qū)動(dòng)控制和監(jiān)控）；瑞典ABB公司代表產(chǎn)品為MASTERPIECE系列（用于主控和監(jiān)控）、PRIDE系列（用于直流驅(qū)動(dòng)控制）和TCDC系列（用于交交變頻交流驅(qū)動(dòng)控制）。對(duì)應(yīng)于硬件設(shè)備，兩公司開發(fā)了適應(yīng)不同系統(tǒng)要求的模塊化、系列化、易讀、易編的專用程序軟件。

該系統(tǒng)不僅可用于煤炭、冶金行業(yè)的提升機(jī)系統(tǒng)，還可廣泛應(yīng)用于有驅(qū)動(dòng)控制的領(lǐng)域及許多過程控制需要的場(chǎng)合，不僅可以成套使用，還可以根據(jù)實(shí)際情況使用某些系統(tǒng)，前景十分廣闊，國(guó)外進(jìn)口設(shè)備不僅價(jià)格高，而且技術(shù)服務(wù)和配件購(gòu)置不方便；國(guó)內(nèi)數(shù)控設(shè)備有取代國(guó)外數(shù)控設(shè)備的趨勢(shì)。對(duì)提高我國(guó)提升機(jī)等領(lǐng)域的技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。

3 礦井提升機(jī)的現(xiàn)狀

我國(guó)提升機(jī)大部分使用模擬控制，模擬提升機(jī)的主控系統(tǒng)采用電器控制，觸點(diǎn)多，接線復(fù)雜，故障率高，維護(hù)困難；驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)采用直流發(fā)電機(jī)組拖動(dòng)，無功電耗較大；保護(hù)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等的信號(hào)采集采用機(jī)械傳動(dòng)、分離元件處理。

隨著數(shù)控技術(shù)進(jìn)入中國(guó)，中國(guó)也進(jìn)行了數(shù)控化的產(chǎn)品開發(fā)研制，并且逐漸的應(yīng)用到了提升機(jī)領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)如大中院校、企業(yè)院所正在做數(shù)字化提升機(jī)電控系統(tǒng)的集成開發(fā)嘗試。但由于資金投入少，人力、技術(shù)力量不強(qiáng)，并且由于國(guó)際礦山領(lǐng)域經(jīng)濟(jì)的不景氣，整個(gè)系統(tǒng)的成熟性沒有再上一個(gè)臺(tái)階，目前應(yīng)用在提升機(jī)領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)的數(shù)控產(chǎn)品存在下列問題：

1）驅(qū)動(dòng)控制產(chǎn)品不成熟，功能不夠強(qiáng)大，可靠性還需要提高；

2）對(duì)提升控制工藝沒有深入的研究，缺乏提升控制與維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)，產(chǎn)品適應(yīng)性不強(qiáng)；

3）在硬件配置上，存在安全性差，系統(tǒng)可靠性需要探討，不能完全滿足提升控制的需要。

4 礦井提升機(jī)的特點(diǎn)

考慮當(dāng)今數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，緊密結(jié)合提升機(jī)控制工藝的需要，我們認(rèn)為當(dāng)今先進(jìn)的數(shù)字化提升機(jī)應(yīng)具有以下特點(diǎn)：

1）在驅(qū)動(dòng)控制上，礦井提升機(jī)直流拖動(dòng)與交流拖動(dòng)相比，調(diào)速性能好，不需附加其它拖動(dòng)裝置，隨著驅(qū)動(dòng)控制產(chǎn)品的成熟，完全能夠?qū)崿F(xiàn)全數(shù)字化控制，大大增加了系統(tǒng)的可靠性與控制精度。與此相比，交流控制產(chǎn)品不夠成熟，存在造價(jià)高、不易維護(hù)的特點(diǎn)；

2）在整個(gè)系統(tǒng)的配置上，應(yīng)采用現(xiàn)在比較成熟的網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)，既減少了現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)的工作量，增加了系統(tǒng)的可靠性，又減少了現(xiàn)場(chǎng)施工的工作量，減低了系統(tǒng)的整體成本；

3）數(shù)控化的系統(tǒng)要有友好的人機(jī)界面，實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)的各種信息，具有故障智能診斷功能，增加維護(hù)的方便性，減少系統(tǒng)的故障處理時(shí)間；

4）隨著基礎(chǔ)技術(shù)的不斷進(jìn)步，各元器件的可靠性大大提高，在提升機(jī)控制系統(tǒng)中，應(yīng)選用高可靠性的器件。

5 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；

6）在社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益方面，該系統(tǒng)的投運(yùn)，經(jīng)濟(jì)效益明顯，系統(tǒng)噸煤電耗得到下降，日提升量有了較大幅度的提高。在社會(huì)效益方面，系統(tǒng)故障診斷的智能化和運(yùn)行的自動(dòng)化，大大減輕了職工的勞動(dòng)強(qiáng)度，三條安全回路的可靠性設(shè)計(jì)，極大地提高了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，通過此次數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用，為該煤礦培養(yǎng)了一大批新型專業(yè)技術(shù)人才，為礦井今后的發(fā)展儲(chǔ)備了人力資源。

總之，礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)在煤礦提升系統(tǒng)中的應(yīng)用，表現(xiàn)出運(yùn)行穩(wěn)定、可靠、維護(hù)方便等優(yōu)勢(shì)，并能為煤礦的發(fā)展帶來社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，從而為煤礦安全生產(chǎn)提供了保障，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

[1]夏榮海，郝玉琛.礦井提升機(jī)械設(shè)備[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)學(xué)院出版社，1997.