同步共點多通道智能閘控系統的實踐應用

趙 忻

（山西潞安集團和順一緣煤業有限責任公司， 山西 和順 032700）

引言

礦井提升機是資源與能源礦山開采的咽喉設備，而提升機電液制動系統是礦山運行安全和運行效率的關鍵部件。中信重工機械公司與潞安集團在對國內外礦井提升設備制動系統應用現狀進行分析總結的基礎上，結合未來礦井提升設備大型化、高效率、超井深及重載的發展趨勢，利用數字化技術，開發出功能完備、保護全面、適用廣泛、性能優異的多通道恒減速閘控系統。并進行了大量的工業試驗，積累了珍貴的基礎數據，同時在潞安集團一緣煤業已經建成投入生產運行。

1 同步共點多通道智能閘控系統的分析

1.1 基本說明

礦井提升機是礦山開采中運輸人員和物料的咽喉設備，而礦井提升機制動系統的作用除了保證提升機正常運轉停車外，更重要的是在提升機控制系統出現失控的情況下，可將提升機安全停車，避免事故發生。隨著千萬噸級礦山和千米深井礦山的不斷出現，使得這些提升系統成為大質量模數系統，普通的恒力矩二級制動系統和恒減速備二級制動模式的制動系統較難通過防滑驗算，在極端情況下存在安全隱患，已經不能滿足這些特大型礦井提升機的需要。針對這一狀況，設計開發了共點同步多通道恒減速電液制動系統，當其中一路恒減速制動方式失效時仍然實行恒減速制動模式，并且達到原來的制動效果[1]。

本礦井提升智能多通道恒減速控制系統主要用于對制動性能和制動安全性要求較高的礦井提升機，特別適用于大型、特大型多繩摩擦主井提升設備的電液制動系統。智能多通道恒減速電液制動系統在任何工況下實施緊急安全制動時，比例方向閥的操作由連接到提升機的速度控制系統來控制，由此保證提升機實際減速度能夠與給定減速度曲線保持一致。多個通道的恒減速制動功能均起作用，如果某一通道的恒減速制動功能失靈，則切斷有問題的通道，其他通道則通過電液閉環控制系統的自動控制作用，保證制動功能準確，以及減速度恒定不變，達到恒減速制動的目的。

1.2 系統組成、主要功能及其原理

該閘控系統由兩臺多通道恒減速液壓站、一套三聯閘控柜、一組制動器裝置及閘檢測等附件組成。主要功能如下：

1）工作制動。為盤形制動器提供可以調節的壓力油，使提升機獲得不同的制動力矩；使礦井提升機正常地運轉、調速、停車。

2）井中多通道恒減速安全制動。在井中發生各種事故狀態下，自動調節盤形制動器的油壓，使提升機按設定減速度制動，停車后盤形制動器迅速施加全部制動力，使提升系統處于全制動狀態。

3）系統自診斷功能在開始工作前可對制動控制系統進行自診斷檢查，確保安全制動控制系統處于良好的工作狀態。

4）故障監控功能。隨時對安全制動系統的狀態進行監視，包括對各個通道的恒減速制動功能監視，并對故障點進行顯示，以便查找和排除故障[2-3]。

2 系統的關鍵技術及創新

1）開發出一種應用數字比例方向閥的恒減速控制單元二通過數字比例控制技術高速響應提升系統運行速度的控制要求，精確調節制動力，保證大質量提升系統按設定減速度平穩安全制動停車。

2）開發出應用數字比例溢流閥的壓力調節控制單元。應用數字比例溢流閥有效調節系統壓力，進行制動閘開閘和合閘的斜坡、增益和始動特性曲線凋節，提高系統動態特性。

3）開發出多通道同步共點恒減速控制模式。獨特的多通道同步共點既保證了正常工作模式下系統各執行單元動作的一致性，又保證了在極端故障狀態下系統冗余保護的可靠性。該技術可徹底解決大型主井提升機對于防滑驗算較難通過的問題。

主井箕斗提升一般都是雙容器提升，箕斗本體相對載荷較輕，所以防滑校驗較難通過，對此我們首先應采用合適的制動方式，選用摩擦系數較高的摩擦襯墊以及采用增加圍抱角等措施。原先國內外的單通道恒減速電液制動系統由于都具有備用二級制動功能，而二級制動往往很難通過防滑驗算，本項目采用了恒減速制動熱備的制動方式，即多通道恒減速制動方式，在某一條恒減速制動通道發生故障的情況下，可以利用其他通道的恒減速制動功能來實現提升機的安全可靠停車。由于采用多通道恒減速制動的控制技術，對于主井雙箕斗提升采用合適的制動方式即本項目的恒減速熱備方式，就比較容易通過防滑計算，不需要再給箕斗增加配重，減少了提升加速時的能耗，防止了鋼絲繩和提升機的規格擴大，從而大幅度減少了設備投資[4]。

4）開發了一種數字溢流閥級聯互保模式壓力控制回路（圖1所示），新設計的雙溢流閥邏輯關系確保系統壓力在任意一個溢流閥故障和兩個閥同時工作時特性一致、壓力相同，避免意外失壓造成的安全事故。

圖1 數字溢流閥級聯互保模式壓力控制回路

5）開發出雙PLC主從監控互為切換的控制單元。

6）系統開發了故障自診斷與隔離技術。系統集成傳感監測技術，具備關鍵部位的故障自診斷與隔離技術，在系統檢測到某一元件出現故障后對該同路進行隔離并給出警示信號。第一，制動系統提供多通道恒減速制動通道，每條電氣、液壓通道都有獨立的元器件，每條減速制動回路都有檢測，保證在任何一條通道出現故障時其他通道可以100%修復通道的功能。第二，通過系統中的檢測組件，對液壓系統、電氣控制系統、制動器裝置及提升系統的運狀態進行全方位的檢測，保證系統的工作狀態完全在控制范圍內。第三，采用PLC對整個安全制動控制過程進行了智能控制，能夠主動地通過對各種相關信進行檢測、分析、推理并采取有效應對措施，解決了相關環節人為控制產生的故障與誤差，確保制動系統能夠可靠制動[5]。

7）開發雙工作點恒減速電液制動技術，解決大質量上提和下放工況的可靠制動。隨著提升系統向高速、大載荷發展，單一的恒減速工作點已經不能滿足提升機運轉的所有工況。在提升系統質量模數較大的情況下，根據不同工況，通過對制動系統恒減速工作點的計算和校核，將恒減速制動工作點設定2個參數，實現恒值閉環恒減速的安全制動效果，電氣控制簡化框圖如圖2所示。

圖2 電氣控制簡化框圖

3 結論

1）開發出一種應用數字比例方向閥的恒減速控制單元，可控制運行速度。

2）開發出應用數字比例溢流閥的壓力調節控制單元，可有效調節系統壓力。

3）開發出多通道同步共點恒減速控制模式，以及數字溢流閥級聯互保模式壓力控制回路和雙PLC主從監控互為切換的控制單元的應用，可有效地加強同步共點多通道智能閘控系統的功能。

4）故障自診斷與隔離技術的應用可有效地降低系統的故障率。