云岡礦TKD 系列礦井提升機的PLC 改造

謝俊芬

(大同煤礦集團有限責任公司云岡礦，山西大同037003)

1 提升機對電控裝置的要求及系統改造

礦井提升機承擔礦物的提升、人員的上下、材料的運送等任務，是礦山大型關鍵設備，因此對電控裝置有以下要求。

1.1 要求滿足四象限運行

提升容器在上下時，電氣系統必須要按照加速、等速、減速、爬行、停車五個階段運行，也就是說電動機必須根據負載的變化而自動地工作在正向電動、正向制動、反向電動、反向制動，即滿足四象限運行。

1.2 平滑調速且調速精度高

提升系統要求電氣傳動系統能滿足運送物料、運送人員、運送火工品、檢查驗繩、低速爬行等，所以要求提升機電氣傳動系統能平滑調速。對于調速精度，提升機一般要求靜差較小(高速下S≤1%)，這是為了系統在不同負載下的減速段的距離誤差小。這樣爬行段距離可設計的盡可能短，以獲得較高的提升能力。

1.3 設置準確可靠的速度給定裝置

提升工藝要求電氣傳動系統的加減速平穩，根據有關安全規程，對提升機的加、減速度有一定了限制。另外，為了提高提升設備的使用壽命，減少人們對加減速度的不適應程度，降低加速時的電流沖擊，要使提升機按S 形速度曲線實現加速和減速。

1.4 設置行程顯示與行程控制器

為了便于提升機司機的操作，電控系統應設置可靠的提升容器在井筒位置的顯示裝置和位置檢測裝置，準確地檢測出提升容器在井筒中與減速點開始、停車及過卷相對應的位置，實現可靠地停車和減速。

1.5 設置完善的故障監視裝置

故障監視裝置的可靠性應表現在兩個方面:①電控系統的穩定性好，故障少。②出現故障后應能根據故障性質及時進行保護，并能對故障內容進行記憶和顯示，以便迅速排除故障。此外，設置可靠的閘控電路，實現分級制動。

2 PLC 控制系統構成

礦井提升機是整個礦井的樞紐，除了能按照預定的力圖和速度圖，在四象限實現平穩啟動、等速運行、減速運行、爬行和停車，而且在運行過程中要有極高的可靠性和安全性。根據提升機上述工況要求，采用的PLC 控制系統構造的交流提升機拖動系統見圖1。圖1 中，PLC 控制系統主要由 PLC 控制柜、可控硅加速柜、低頻電源柜和上位機監控等4 部分構成。

2.1 PLC 控制系統

目前，我礦經PLC 改造的三套電控設備，其中二套是由淮南市六信電控設備公司生產的TKD-PLC 型提升機電控系統，另一套為焦作華飛電子電器工業公司生活的JTDK-ZN-OIS 型提升機電控系統。

圖1 提升機拖動系統框圖

TKD-PLC 型電控系統采用的是西門子生產的S7-300 型PLC，JTDK-ZN-OIS 型電控系統采用的是日本三菱公司生產的FX2N型PLC。雖然結構不同，但都是以PLC 為核心控制系統，用于完成提升機行程控制、邏輯操作、故障保護及液壓制動控制等。PLC 與安裝在提升機上的軸編碼器配合，完成提升行程和提升速度的控制功能。PLC 將外部信號(操作臺面板上的選擇開關信號，按鈕信號等)接收過來，按照預定的邏輯控制進行處理，并發出開車所需要的各種信號，使絞車按照預定的力圖和速度圖安全運行。PLC 還對軸編碼器發出的脈沖進行記數，并進行脈沖量化處理，間接檢測計算出提升容器的行程S 和速度Vf，并根據計算出的S、Vf 和Vg 對提升機進行監視保護。

PLC 與繼電器構成雙線制提升機安全保護回路。來自提升機各部分的保護信號分為立即施閘、井口施閘、電氣制動和報警4 類。其中井口施閘、電氣制動和報警類事故信號直接引入到PLC 中，PLC 將其處理后送監視器顯示故障類型并控制聲光報警系統報警并施閘。而立即施閘類事故信號除引入到PLC 中處理、顯示、報警外，還直接引入到安全直動回路，動作施閘系統施閘。系統的安全回路有兩套:一套由PLC 構成，另一套為繼電器直動回路。

2.2 可控硅加速柜

可控硅加速柜和以前的轉子接觸器在布線結構上一樣，承擔加速時的電阻切換，主要由晶閘管及其觸發回路構成。與原有的接觸器相比較，具有無觸點、功耗小、維修量小等優點，因而具有廣闊的應用前景。

2.3 交-交變頻電源柜

低頻電源采用全數字交-交變頻器和現代控制技術，解決了礦井交流提升系統在減速段的調速與爬行問題。減速階段在各種負載條件下均可嚴格按照給定的速度圖運行，使交流拖動系統在負力減速方式下達到直流拖動系統的調速性能，提高了提升效率，而且節能效果十分顯著。

1)裝置采用全數字交-交變頻器和邏輯無環流控制技術，省去有環流系統的3 個換流電抗器，具有體積小、噪音低、空載損耗小等特點。

2)減速段速度調節采用低頻發電制動方式，將系統的動能反饋給電網。與動力制動減速相比，不僅調速性能好、減速與爬行自然過渡，而且節能效果顯著。

3)采用現代智能控制技術實現速度閉環調節，負力減速階段在各種負載條件下均可嚴格按照給定的速度圖運行，使交流拖動系統在減速段達到直流拖動系統的調速性能。

4)由于裝置優良的調節性能和發電制動與電動狀態的自然過渡，不需要進行任何主線路的轉換?？蓪崿F正力減速與爬行、負力減速與爬行等多種工作方式，在提升系統的最大靜張力差允許范圍內均能實現負力減速。能滿足主、副井提升的所有控制要求。

5)裝置采用多CPU 計算機控制系統，在I/O 接口、功能單元、信息存儲和系統總線等多方面采用了容錯設計。系統具有完善的自診斷功能，通過彩色液晶顯示器可以顯示各種故障信息(70 余種)、速度圖和系統運行參數等，提高了系統的可靠性和可維護性。

2.4 上位機監控部分

目前監控部分可分為兩類:一類是基于Windows 操作系統，通過PLC 編程軟件設計出監控界面，可在計算機屏幕上實時動態反映提升機系統的所有運行參數和運行狀態。另一類是在司機臺內部集成觸摸屏，由廠家一次性寫入程序，也可顯示提升機系統的運行參數和運行狀態，只是內容較少，不便于人員修改增加顯示內容。

通過監控界面，可顯示提升機主回路、低壓配電回路、提升系統、速度圖、液壓制動系統、裝卸載系統和故障信息等畫面，能使司機對提升機的運行狀況一目了然，若發生故障，司機能及時從監視器上了解到故障類型及位置，及時通知維修人員排除故障。另一方面能使計算機自動判斷出故障類型。計算機對提升機進行故障診斷時，對系統輸入的所有信號用專家知識進行分析、推理，最后做出正確決策。整個故障診斷邏輯包括推理機構和知識數據庫兩大部分。為保證故障診斷結果的合理與正確，在決策的快速性和抗干擾能力方面作了重點考慮。

3 結語

該電控系統除了具有《煤礦安全規程》要求的各種保護和閉鎖功能外，還增加了軟件的保護功能，并為工業局域網和現場總線控制留有友好的接口，保證了系統的可兼容性，提高了提升系統的安全性。由于運行故障率低，大大增加了有效提升時間，提高了礦井的提升能力。

［1］晉民杰，李自. 礦井提升機械［M］. 北京:機械工業出版社，2011.

［2］潘英.礦山提升機械設計［M］. 徐州:中國礦業大學出版社，2001.

［3］葛世榮.礦井提升可靠性技術［M］. 徐州:中國礦業大學出版社，1994.