鶴崗市益新煤礦混合井3.25米提升機電控系統改造

張必克

【摘 要】本文對煤礦主井提升機原電控系統現狀作了簡要介紹，提出了全數字網絡化電控系統改造方案。并介紹了數字化網絡化的電控系統的硬件結構和系統的功能特點，通過對新老系統深入分析以及性能比較，體現了新系統的數字化、網絡化以及安全性、可靠性、高效性等特點。

【關鍵詞】混合井；提升機；電控系統

一、現場描述

（1）原電控系統描述：

原有電控采用TKD交流電控系統，維修量大，故障率高，提升效率低。

（2）提升機系統主要技術參數：

1、 型號：JKM-3.25×4型塔式多繩摩擦式提升機

2、 滾筒直徑：3.25米

3、 天輪直徑：3.25米

4、 最大靜拉力：450KN

5、 最大靜拉力差：140KN

6、 減速機速比：10.5：1

7、 提升方式：立井多繩摩擦式

8、 提升高度：620

9、 最大提升速度：8m/s

10、 主電機：雙電機拖動。每臺直流電動機參數：功率1000KW，電樞電壓660V，電樞電流1630A，額定轉速500/1000轉/分。

（3）高壓進線電壓：6kV

二、改造后提升機電控系統

1、提升機采用直流電機驅動，電控傳動系統要求采用全數字磁場恒定電樞可逆串聯12脈動直流提升機電控系統。傳動系統配置要求如下：

（1）勵磁調節及整流柜采用獨立的原裝西門子6RA80直流調速裝置。

（2）電樞調節柜內采用兩臺西門子6RA80直流調速裝置控制XFJ7型大功率整流柜，實現磁場恒定、電樞可逆串聯12脈動控制。帶有調節器應急開車功能及單整流柜6脈動半速全載運行功能。

2、高壓真空開關柜保留原有設備，2臺整流變壓器、1臺輔助變壓器保留原有設備。供貨廠家應保證其系統能完全與該部分設備無縫對接。

3、低壓配電柜除按系統已知的回路配置配電裝置外，還應根據用戶現場要求的輔助配電回路配置電氣設備，低壓柜應按國家標準留有裕量。控制系統應留有與提升機閘控、潤滑等輔助系統的接口（具體數量和類型按實際需要量定）。

4、網絡化PLC控制系統采用西門子公司S7-300可編程控制器，其中兩套主、輔控PLC實現安全保護“雙線制”控制，配套“數字行程控制”監控功能。兩套PLC相互通訊及監視，操作過程、安全保護實現雙線控制方式，對提升機運行關鍵的信號（如速度、容器位置、安全、減速、過卷等等）均采用多重保護，互為監視。PLC間采用總線通訊方式。可編程控制器的I/0模塊必須有不少于20%的備份。

在控制裝置的設置上要求能滿足正常及緊急故障狀態下安全提升的要求。提升機的控制系統與提升信號相閉鎖。

數字行程監控器及提升控制器能對速度、位置、井筒開關等重要信號進行相互監視。

為進行故障和誤操作分析，應提供專用信號記錄儀，儲存的信息可隨時打印。打印機能記錄所有的報警信號和操作信號以及生產報表，并具備硬拷貝功能。顯示、打印應采用中文。

5、網絡化PLC控制系統應配備集控功能和遠程協助維護功能，系統配置與老主井、新副井、老副井、混合井2.25相同功能配置的集控網絡模塊和遠程協助功能，使PLC系統能夠與動力科集控服務站連接，實現動力科對上述所有提升機電控系統的集中監控，各提升機集控系統畫面及操作功能應一致，便于維護管理；并且在任何地點均能通過IE瀏覽器觀察現場各臺提升機的運行狀態；并具備遠程協助維護功能，通過廠家的遠程協助維護系統服務平臺實現對現場各臺提升機電控系統的遠程監控及診斷、網絡維護服務、遠程協助修改程序等功能，當設備出現故障時通過該功能，廠家能夠快速監控程序并解決現場故障、保證生產的連續性。

6、數字行程監控器：在監測提升容器在井筒中的準確位置的基礎上，自動跟蹤生成提升包絡線。主要完成滑繩和超速等判斷，實現提升全過程的位置、速度監控。提升機每一側提升容器位置的測量、計算、同步以及顯示等均為獨立回路，主、副兩套PLC及開關獨立監測。數字行程監控系統的監測元件為軸編碼器，軸編碼器利用同步開關有自校準功能，并具備編碼器斷線保護功能。數字行程監控器的定位精度不大于±1cm。

7、制動閘系統：兩套閘控制環節（軟件與硬件冗余），即外部繼電器回路和內部PLC同時作用于制動閥，包括安全制動和工作制動。其中工作閘可實現PLC自動和閘把手動調節。電控系統應能與液壓制動系統協調一致，正確的處理來自液壓制動系統的信號，對其進行控制和監視，并在安全制動過程中實現恒減速或恒力矩制動功能。

8、閘瓦監控系統：應配置一臺閘瓦監控控制柜，柜內配置獨立PLC、模擬量采集卡、PLC隔離電源、15寸名牌觸摸屏等設備，PLC與電控系統采用總線網絡通訊+硬接口的軟硬件冗余接口方式。閘瓦監控系統還應配備非接觸式模擬量閘間隙傳感器、紅外線閘盤溫度模擬量傳感器、非接觸式模擬量閘盤偏擺傳感器等，每組閘配備獨立的間隙傳感器傳感器，并形成獨立保護。彈簧疲勞、閘間隙保護、閘盤偏擺、閘盤超溫等保護可與提升機電控相閉鎖。保護值動作精確，且細化到每一組盤形閘，便于現場維護。保護可在15寸觸摸屏上通過監控畫面顯示及校準。閘瓦監控臺體擺放在操作臺一側，要求采用流線弧形立式臺體，顏色及風格與電控系統統一設計，美觀大方。

9、上位監控系統：工控機和彩色終端及打印機組成上位機監控系統，（主機一臺，2G內存，500G硬盤，帶鼠標、鍵盤、22英寸液晶顯示器一臺，打印機一臺），上位監控系統通過與PLC通訊采集數據實現多畫面實時監控，多參量數碼及曲線顯示和記錄，各種故障的報警及記錄。上位機預留上級局域網采集提升機生產數據的接口并具有遠程聯網能力，提升機的各種信息可存儲在專家服務系統中，供遠程診斷使用，系統能夠記憶提升機正常運行時的狀態，判斷提升機故障，進行故障預測及故障保護。

10、便攜式提升機保護試驗裝置：要求系統配備便攜式提升機保護試驗裝置一臺，該裝置能夠與電控系統無縫對接，接入后能夠對電控系統各項安全保護進行整定值修改和保護試驗。該裝置配備獨立PLC，并具備友好的圖形化人機界面，簡單易操作，使現場人員根據界面提示對各項保護進行整定和試驗。

11、開車方式：提升機應具備半自動、手動、檢修、緊急控制及過卷回收等各種啟車運行方式、加減速、爬行、停車和檢修控制等控制要求以及特殊工況。

12、安全保護：

安全回路應具備雙重化，獨立運行互為冗余。設置繼電器和主、副PLC及硬軟冗余結構。安全回路的工作狀態能在監視器上監視。

外部繼電器安全回路應獨立于其它回路，包括安全制動、緊急停車、高壓分閘、變流器故障、超速、過卷、液壓站過壓、閘系統故障、快開分閘等，直接作用于電氣傳動系統、閘制動系統等。

第一類嚴重故障包括：過卷、等速過速、限速過速、全行程包絡線超速、爬行段超速、2m/s定點超速、高低壓電源故障、直流快開跳閘、勵磁回路失壓、電樞過流、磁場失磁、調節及整流裝置故障、錯向、PLC故障、急停操作、網絡通訊故障、安全門在運行中打開、2只測速元件同時損壞、井筒開關失靈、主回路失壓、速度比較錯誤、殘壓高、電機溫度過高、鋼絲繩伸長過大等等；故障緊急停車后能夠計算急停位置補償量，對急停造成的位移差進行補償。

第二類重故障包括：深度指示器失效保護、編碼器位置偏差過大、制動油路故障（油壓過高、堵塞）、閘瓦磨損、主回路過壓或接地或欠壓等等；

第三類輕故障包括：測速元件損壞、潤滑溫度高、潤滑油壓高/低、電機溫度報警、彈簧疲勞、閘盤偏擺、風機失壓等等；

符合《煤礦安全規程》最新版規定的各種保護和系統本身所必須的保護。

13、在井筒內設置井筒開關，用于提升系統的減速、停車與過卷保護。減速及停車傳感器采用井筒磁感應開關，帶MA標志；過卷開關采用機械式限位開關。

14、配備編碼器三個（采用進口品牌器件，帶聯軸節、安裝支架等）。

【參考文獻】

[1]譚國俊，熊樹.礦井直流提升機全數字新型電控系統[J].煤礦機電，2006，（1）：4-6.