基于Control Builder M多水平提升副井位置值計(jì)算優(yōu)化

【摘要】現(xiàn)代礦山采用多繩摩擦式提升機(jī)，為了提高位置測量的精度，需要通過跑全程完成提升機(jī)滾筒直徑值校驗(yàn)和位置值的同步校正，本文以應(yīng)用廣泛的ABB提升控制系統(tǒng)為例，列舉了這種計(jì)算方式在多水平提升副井應(yīng)用的缺點(diǎn)，并提出優(yōu)化方案。

【關(guān)鍵詞】多水平提升；位置測量；滾筒直徑值；同步校正

安徽開發(fā)礦業(yè)有限公司1#副井為多水平井提升副井，該副井深度為641.75m，有6個(gè)水平：1水平井口、2水平-325m、3水平-425m、4水平-525m、5水平-571m、6水平-606m。該副井提升機(jī)為多繩摩擦提升機(jī)，采用ABB公司生產(chǎn)的整套直流提升控制系統(tǒng)，控制器為AC800M PLC。由于生產(chǎn)需要，罐籠運(yùn)行至5水平-571m和6水平-606m的次數(shù)非常少，正常生產(chǎn)后，經(jīng)常發(fā)生位置差故障引起緊急停車，給副井提升帶來了安全隱患。針對(duì)該問題，筆者從位置測量計(jì)算原理入手，深入分析故障產(chǎn)生的原因，提出了優(yōu)化方案。

1.系統(tǒng)介紹

ABB公司的直流提升控制系統(tǒng)由主控系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)組成，主控系統(tǒng)完成對(duì)提升機(jī)運(yùn)行控制，監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)提升系統(tǒng)運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控但不參與控制。Control Builder M為ABB公司AC800M PLC編程軟件，AC800M PLC通過CBM軟件實(shí)現(xiàn)各種控制應(yīng)用。位置差故障原因：主控系統(tǒng)測量的位置值和監(jiān)控系統(tǒng)測量的位置值進(jìn)行比較，若差值大于設(shè)定值，說明位置測量功能出現(xiàn)過大誤差，就會(huì)產(chǎn)生位置差故障，引起提升機(jī)緊急停車。

2.主控系統(tǒng)位置測量原理

2.1 位置值計(jì)算

在提升系統(tǒng)中，精確的位置測量是保證系統(tǒng)安全和控制性能的重要條件，因此ABB提升控制系統(tǒng)中不僅有兩個(gè)脈沖編碼器（電機(jī)側(cè)編碼器信號(hào)進(jìn)主控系統(tǒng)，滾筒側(cè)編碼器信號(hào)進(jìn)監(jiān)控系統(tǒng)）用于位置測量，還有自動(dòng)修正位置測量偏差和同步狀態(tài)保護(hù)功能。ABB提升控制系統(tǒng)用于位置檢測的傳感器為瑞典萊納林德有限公司生產(chǎn)的增量型編碼器。

主控系統(tǒng)位置測量：在ABB主控程序中，有一個(gè)位置計(jì)數(shù)器FrPosCounter單元，見圖1，該單元利用電機(jī)側(cè)編碼器的脈沖數(shù)計(jì)算位置值，計(jì)算公式為：

脈沖數(shù)×每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的長度（m）

=位置值（m） （1）

圖1 程序中的位置計(jì)數(shù)器

2.2 滾筒直徑值計(jì)算

每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的長度（m）是通過滾筒周長除以滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)一周編碼器發(fā)出的脈沖數(shù)得來，而滾筒周長由滾筒直徑值決定，滾筒直徑值是影響位置值計(jì)算的一個(gè)極為重要的參數(shù)，正確地計(jì)算出滾筒直徑值是提升系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要基礎(chǔ)。滾筒直徑會(huì)因襯塊的不斷磨損而發(fā)生變化，所以ABB電控系統(tǒng)對(duì)滾筒直徑值有自動(dòng)實(shí)時(shí)計(jì)算功能，對(duì)滾筒直徑值不斷修正，以計(jì)算出精確的位置值。

滾筒直徑值的計(jì)算分兩步，首先以上同步開關(guān)與下同步開關(guān)之間的距離為計(jì)算距離，計(jì)算出滾筒直徑值，再對(duì)計(jì)算出的直徑值進(jìn)行鑒別，計(jì)算結(jié)果在正常范圍內(nèi)（滾筒直徑值理論值±0.05m），則以4次計(jì)算值為基數(shù)求平均值，將求出的平均值作為滾筒直徑值。

滾筒直徑值計(jì)算原理簡介：上同步開關(guān)與下同步開關(guān)的位置為實(shí)際測量值，人工設(shè)定后系統(tǒng)不能自動(dòng)修改，兩個(gè)位置值做差后取絕對(duì)值用于滾筒周長計(jì)算。罐籠運(yùn)行至上同步開關(guān)動(dòng)作時(shí)，系統(tǒng)記錄下當(dāng)時(shí)脈沖編碼器脈沖數(shù)值1，當(dāng)罐籠運(yùn)行至下同步開關(guān)動(dòng)作時(shí)，系統(tǒng)記錄下當(dāng)時(shí)的脈沖編碼器脈沖數(shù)值2，滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)一周編碼器發(fā)出的脈沖數(shù)PulleyPpr.滾筒周長計(jì)算公式為：

PulleyPpr×

=滾筒周長 （2）

得到滾筒周長值后，用該值就可算出滾筒直徑值，計(jì)算公式為：

滾筒直徑= （3）

圖2 滾筒直徑值計(jì)算程序

2.3 位置值同步

正確的深度指示是提升機(jī)安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行的保證，為了消除編碼器在提升機(jī)運(yùn)行中所產(chǎn)生的偏差，就需要對(duì)提升容器的位置值進(jìn)行同步校正。1#副井ABB主控系統(tǒng)，下列情況自動(dòng)對(duì)位置值進(jìn)行同步校正：

（1）當(dāng)罐籠到達(dá)井口、井底停車位置時(shí)；

（2）當(dāng)罐籠向上運(yùn)行至上同步開關(guān)位置（上同步開關(guān)安裝與罐籠側(cè)，離井口12.78m）；

（3）當(dāng)配重向上運(yùn)行至下同步開關(guān)位置（下同步開關(guān)安裝與配重側(cè)，離井口7.75m）。

井口同步：當(dāng)提升機(jī)正常運(yùn)行，罐籠到達(dá)井口時(shí)，主控系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將井口的位置值0m賦值給罐籠的位置值，以消除位置偏差。

井底同步：當(dāng)提升機(jī)正常運(yùn)行，罐籠到達(dá)井底時(shí)，主控系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將井底的位置值-641.75m賦值給罐籠的位置值，以消除位置偏差。

上同步開關(guān)同步：當(dāng)提升機(jī)正常運(yùn)行，罐籠向上運(yùn)行至上同步開關(guān)位置，上同步開關(guān)動(dòng)作，給控制系統(tǒng)一個(gè)同步信號(hào)，主控系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將上同步開關(guān)位置值-12.78m賦值給罐籠的位置值，以消除位置偏差。

下同步開關(guān)同步：當(dāng)提升機(jī)正常運(yùn)行，罐籠向下運(yùn)行，配重向上運(yùn)行至下同步開關(guān)位置，下同步開關(guān)動(dòng)作，給控制系統(tǒng)一個(gè)同步信號(hào)，主控系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將下同步開關(guān)位置值-7.75m賦值給配重的位置值，以消除位置偏差。

3.主控系統(tǒng)位置測量原理

監(jiān)控系統(tǒng)位置值測量：提升機(jī)滾筒側(cè)安裝了一個(gè)編碼器，編碼器的脈沖信號(hào)接入到監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)使用脈沖數(shù)進(jìn)行位置值計(jì)算，位置值計(jì)算公式為：

脈沖數(shù)×每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的長度（m）

=位置值（m） （4）

當(dāng)罐籠向上運(yùn)行至上同步開關(guān)位置時(shí)，上同步開關(guān)動(dòng)作，監(jiān)控系統(tǒng)將-12.78m賦值給罐籠的位置值，以消除運(yùn)行偏差；當(dāng)罐籠向下運(yùn)行至下同步開關(guān)位置時(shí)，下同步開關(guān)動(dòng)作，監(jiān)控系統(tǒng)將-634.00m賦值給罐籠的位置值，以消除運(yùn)行偏差；

配重的位置值（PositionSkipY）由井深值（-641.75m）減去罐籠位置值（PositionSkipX）得出。

4.原因分析

由ABB主控系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)位置計(jì)算原理可知，產(chǎn)生位置差的原因有如下情況：（1）長時(shí)間未對(duì)滾筒直徑進(jìn)行計(jì)算校驗(yàn)，滾筒直徑值偏差過大；（2）編碼器的連接有問題，未能正確檢測電機(jī)或滾筒的運(yùn)轉(zhuǎn)情況；（3）長時(shí)間未進(jìn)行同步開關(guān)的位置同步。

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，電機(jī)側(cè)和滾筒側(cè)的編碼器連接正常，能夠正常檢測電機(jī)和滾筒的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。該礦正常生產(chǎn)后，提升機(jī)運(yùn)行到5水平和6水平的次數(shù)很少，由于長期不運(yùn)行至6水平，滾筒的直徑值長時(shí)間未進(jìn)行計(jì)算校驗(yàn)。罐籠也到不了下同步開關(guān)位置，主控系統(tǒng)配重的位置值無法同步校正，但監(jiān)控系統(tǒng)的配置位置值是由井深值（-641.75m）減去罐籠位置值得出，當(dāng)罐籠向上運(yùn)行至上同步開關(guān)，上同步開關(guān)動(dòng)作，罐籠位置值同步校正時(shí)，也相當(dāng)于給罐籠位置值也進(jìn)行了同步校正。隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，主控系統(tǒng)配重位置值偏差不斷累積，與監(jiān)控系統(tǒng)配重位置值差值也越來越大。當(dāng)差值大于設(shè)定值（5m）時(shí)，產(chǎn)生位置差故障，引起提升機(jī)緊急停車。

5.解決方案

當(dāng)罐籠向上運(yùn)行至上同步開關(guān)時(shí)，主控系統(tǒng)對(duì)罐籠位置值同步校正同時(shí)也對(duì)配重位置值的同步校正，以消除配重位置值的偏差，從而減小主控系統(tǒng)配重位置值與監(jiān)控系統(tǒng)配重位置值的差值。配重位置同步值賦值為：井深值（-641.75m）-罐籠位置同步值（-12.78m），使得主控系統(tǒng)配重位置同步值與監(jiān)控系統(tǒng)配重位置同步值相同。同時(shí)規(guī)定每周提升機(jī)空跑四趟全程修正滾筒直徑。

圖4 主控系統(tǒng)上同步開關(guān)同步校正程序

方案實(shí)施后，收到了非常好的效果，位置差故障沒有再發(fā)生，提升機(jī)安全穩(wěn)定性得到了大大提高，同時(shí)每天少跑8-9趟全程，節(jié)省了可觀的電能和時(shí)間。

6.結(jié)論

對(duì)于深度較大的礦井，位置偏差尤為突出，通過在合適位置進(jìn)行同步校正，可以將提升機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的位置偏差大大減小，為提升系統(tǒng)的安全可靠性提供保障。

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