寺河礦副斜井提升機電控及液壓系統的改造設計

王 凱

（山西省晉煤集團寺河煤礦，山西 晉城 048205）

1 工程概況

寺河煤礦副斜井井口安裝1臺2KJ-2.5/20A型雙滾筒單繩纏繞式提升機，承擔著全礦井下的矸石、設備、人員以及輔助材料的運輸工作。該提升機的電控系統使用串電阻式調速方式，故障頻繁發生，因此必須對電控及液壓系統進行改造。

2 電控及液壓系統的改造思路分析

在改造方案中提出采用變頻調速控制電控方式，更換原有電機和電控裝置，保留原設備的機械部分，不但能解決提升機電控經常出現故障的問題，還能收回更換整機增加的成本。

3 電控及液壓系統的改造設備的選型研究

3.1 電機的選型

本次電控系統改造后的控制方式由串電阻式改造為變頻式，結合礦井提升機現有電源現狀，選中煤礦供電電壓等級660V為電機電壓等級，考慮到變頻控制增加的電機功率富裕系數，確定電機功率為250kW較為合適。

3.2 變頻調速系統選型

目前工業使用較為成熟的變頻調速系統，結合礦井提升機配套電機的選擇，使用交直交型變頻調速較為合適，作為煤礦提升設備其必須具備提升重物、下發重物、空載運行等各種運行模式，故變頻調速需具備四象限工作模式，并且具備較好的節能效果。本方案調速系統選擇AB公司ACS800系列的全數字交直交DTC控制變頻器。柜體式安裝的ACS800配置有源供電單元，適用于能源可再生的傳動場合。

3.3 網絡化操作和監控系統設計與選型

在改造設計中，選用2套西門子S7-300系列PLC，1套形成主控PLC，1套作為從屬保護，利用PROFIBUS總線形成主從控制模式。在設計時各PLC分站均采用PROFFIBUS總線連接方式，有效地降低故障點，提高電控系統的安全可靠性。本套提升機電控系統采用現場總線控制系統，使用兩套可編程控制器、操作臺遠程I/O，上位工控機通過現場總線構成整個提升系統的網絡控制系統。

3.4 傳感器配置

速度和位置傳感器采用德國進口的高精度軸編碼器，進行速度反饋和位置測量。整個系統共安裝3只軸編碼器，其中主軸安裝2只，進行兩套PLC位置測量并相互監測，方便對提升機進行全行程的速度、位置檢測和保護；高速軸安裝1只，進行速度反饋。

井筒開關傳感器安裝在井筒內，過卷開關是結構簡單、動作可靠的無工作電源的開關。

3.5 信號系統

本系統中，KXT7礦用多功能提升信號裝置采用PLC控制，主信號、備用信號相互獨立，備用信號滿足應急開車條件。信號系統與提升機主控系統的安全閉鎖關系如下：

（1）井底與井口閉鎖功能：井底不發信號，井口發不出信號。

（2）井口與車房閉鎖功能：井口不發信號，車房收不到信號。

（3）水平之間的閉鎖功能：一個水平發出信號后，其他水平不能發出。

（4）信號指令之間閉鎖功能：某一信號指令發出后，其他信號指令不能發出，急停信號、停止信號除外。

（5）信號與開車回路的閉鎖功能：信號不發到車房，絞車不能啟動。

（6）急停信號與絞車安全回路閉鎖功能：按下急停按鈕，斷開絞車安全回路。

（7）水平安全設施與信號的閉鎖功能：跑車防護裝置等井口安全設施不到位，信號不能發出。

3.6 電源系統選型

高壓電源配置：副斜井配置4臺高壓柜，單母線接線，負責整個提升系統的雙回路高壓供電及保護（型號：KGS1型）。數量：進線柜2臺，測量保護柜1臺，出線柜1臺。高壓配電系統為10kV雙回路進線，一路工作，一路備用，故障后手動切換。其二次回路的聯鎖和控制接點輸入到電控PLC控制系統進行操作控制。高壓配電柜選用直流操作，配38AH直流屏一套。開關柜具有微機綜保裝置，兼備控制、計量、數據采集、通信及繼電保護功能。

低壓電源配置：副斜井提升輔助設AC380/220V、50Hz低壓電源，采用二回路供電，二回路互為備用，當一回路電源故障時另一回路能進行切換。低壓配電系統采用單母線不分段結線形式，為全系統提供控制、操作電源。進線柜內設雙電源投切裝置。低壓電源設計一臺低壓配電柜。低壓電源柜含雙回路進線開關，多路空開為液壓站、潤滑站、信號系統、PLC、井筒開關、風機、機房照明、其他機房設備供電，設有設備檢修時的檢修用電源回路，含直流電源為PLC模板供電，含2kV·A進口品牌UPS為PLC及工控機供電，設有電源電壓顯示儀表。

3.7 液壓制動系統

原液壓站運行中故障率過高，本方案為電控系統配置一套先進的型號為TH112A1低壓液壓站，更換現有的液壓站。主要參數如下：最大工作油壓6.3MPa，最大供油量9～14L/min，工作油溫≤70℃，油箱儲油量殘壓≤1MP，二級制動延時時間比例0～10s，閥允許最大輸入電流800mA，進口原裝比例閥信號0～10VDC。

4 改造后系統的安裝調試

本次電控改造包含提升機電機的更換，故機械設備的拆除、安裝與電氣及電控設備的安裝應同時進行。設備安裝完成后，在提升低速（小于0.5m/s）空罐的情況下試車，實時關注電流速度曲線趨勢圖，配合施工單位檢查罐道安裝情況，然后逐步提速1m/s、2m/s到3m/s。期間重點檢查等速段、減速段保護等速度保護功能可靠性。最后在閘控系統的配合下，加載運行，主要完成半載全速、全載全速的緊急制動試驗。根據要求分別就提物半載的下放與提升、提物全載的下放與提升進行了試驗，整體運行效果良好，速度保護功能可靠。

5 結束語

寺河煤礦副斜井提升機經電控系統的改造設計后，運行效果良好，連續運行三個月內，電控系統沒有出現任何故障。提升機在改造后，采用了變頻調速，節電率在25%～40%，且控制質量有了很大的提升，實現了無級變速，提升機實現了軟停、軟啟，消除了對電網的沖擊。