煤礦提升機電氣控制系統的改造

王巧玲

（山西陽煤寺家莊煤業有限責任公司， 山西 昔陽 045300）

引言

礦井提升機作為煤炭開采的咽喉要地，其承擔的主要任務為實現綜采工作面與地面物料及設備的交互。在當前煤炭開采技術和綜采設備自動化不斷提升的時期，對礦井提升機的可靠性和穩定性提出了更高的要求和挑戰。提升機機械結構的可靠性和電氣控制系統的穩定性是確保其能夠高效、安全生產的前提。鑒于煤礦生產環境相對惡劣，在實際生產中會對電控系統造成干擾，進而出現一系列的問題[1]。經調研可知，提升機在實際提升過程中常存在換層過程中速度過快的問題，嚴重威脅著提升機運行的安全性。為此，急需對提升機電氣控制系統進行改造，以達到提升機抗干擾能力、穩定性和安全性的目的。

1 提升機電氣控制系統現狀

本文以我礦某工作面副井提升機為研究對象，該立井工作面的垂直深度為569 m，主要承擔煤矸石、設備以及人員等的提升任務。該提升機所采用的電機型號為ZKTD215/45，屬于低速直聯直流他勵電機[1]。

1.1 提升機電氣控制系統組成

該工作面立井提升機采用全數字直流傳動系統。目前，該系統所采用的調速系統為直流電控調速系統，其核心裝置為西門子6RA70 直流調速裝置，調速策略為雙閉環自動調節原理?；谏鲜鲋绷髡{速裝置和雙閉環自動調節原理實現了對提升機速度的全數字調節。

工作面提升機電控系統主要由配電系統（高壓、低壓）、安全保護系統、監測系統、操作系統以及全數字交流驅動系統組成[2]。電控系統的核心為PLC 控制器，為確保提升機運行的安全性，該電控系統采用雙PLC 冗余設計的原則。其中，一臺PLC 控制器主要承擔對提升機各項參數實時監測的功能；另一臺PLC控制器主要承擔對提升系統的保護及控制功能。

基于6RA70 直流調速裝置可實現對提升系統的速度給定控制、可變加速度/減速度的給定控制、速度閉環控制和電流閉環控制。

1.2 提升機電控系統問題分析

經對該提升機實際運行過程各項參數分析，得出其存在如下問題：

1）提升機在換層操作過程中，其提升速度處于相對不穩定的狀態；當提升容器達到指定位置后，罐籠會出現上下晃動的現象。

2）系統在正常換層操作時，提升速度較快，為保證換層速度滿足相關標準要求，作業人員常常手動操作制動閘不被完全打開，加速了制動系統的磨損。

3）由于換層速度較快，對日常的對罐操作造成干擾。

2 提升機電氣控制系統的改造與實施

2.1 提升機電氣控制系統的改造措施

經分析造成上述一系列問題的原因在于其換層速度過快。導致提升機換層速度過快的根本原因在于其電控系統中上位機程序針對換層速度的給定值過大，且該速度給定值不會根據系統實際運行情況進行自我調整[3]。此外，由于作業人員未能充分掌握設備性能，導致其在操作過程中存在一定的盲目性。因此，針對提升機電氣控制系統做出如下改造：

1）將上位機換層速度更改為可更改類型，且更改依據為速度給定手柄位置。操作人員可根據速度給定手柄的實時位置確定換層速度，且速度變化范圍為0～0.3 m/s；

2）設定速度給定手柄的最大脈沖量為24 500，當速度給定手柄不動時設定換層速度為0，當速度給定手柄發出的脈沖量為24 500 時，設定換層速度為0.3 m/s。即建立速度給定手柄所發出脈沖的數量與換層速度的對應關系[4]。此外，為防止作業人員的誤操作，在上位機程序中設定限幅環節。即，在程序中設置速度給定手柄的脈沖數量不超過24 500，即可避免換層速度不超過0.3 m/s。

3）加強對提升機作業人員的操作培訓。其中，當提升機在輕載工況下運行時，開始時刻將工作閘給定手柄和速度給定手柄同時打開；若提升機為重載提升工況時，應先打開速度給定手柄，待系統電流大于一定值后即可緩慢打開工作閘給定手柄；若提升機為重載下放工況時，速度給定手柄和工作閘給定手柄可同時打開，要求工作閘給定手柄僅打開一部分，待速度穩定后可完全打開工作閘給定手柄[5]。

2.2 提升機電氣控制系統改造方案

經2.1 分析造成提升機換層速度過快的主要原因為上位機程序存在缺陷。原PLC 控制程序如圖1所示，改造后PLC 程序框圖如圖2 所示。

圖1 原PLC 控制程序

圖2 改造后PLC 控制程序

對比圖1、圖2 可知，改造后PLC 控制對換層速度輸出需結合IN1 和IN2 的信息進行同時確定，即需明確速度給定手柄的位置及速度給定手柄位置與換層速度的對應關系兩項內容；而改造前換層速度僅需IN 即可確定，即為固定值0.3 m/s。

3 改造效果

為驗證本次針對電控系統的改造效果，本文特采取改造前后提升機的換層曲線進行對比分析。提升機換層曲線如圖3 所示。

分析圖3 可知，在電控系統改造前，提升機換層所需時間大約為10 s，即換層速度相對較快，且換層速度均大于0.3 m/s；在換層過程中電機電流波動較大，對設備的沖擊較大。電控系統改造完成后，提升機換層所需時間明顯延長，換層所需時間大約為23 s，且提升機的換層速度均小于0.3 m/s，約為0.2 m/s；在換層過程中電機電流變化相對平穩，減小由于電流波動而對設備所造成的沖擊。

綜上所述，原提升機電控系統經改造后，系統可平穩、緩慢地實現換層操作。且在換層過程中電機幾乎無電流波動，從而減小對設備造成的沖擊，間接提升了電機及相關設備的使用壽命?？傊?，電控系統改造完成后提升了提升機的穩定性和可靠性。

圖3 提升機換層曲線

4 結語

提升機作為綜采工作面的關鍵運輸設備，其運行的穩定性和可靠性直接決定綜采工作面的產煤效率和安全性。通過對提升機換層速度的上位機程序進行對應性改造，將換層速度與速度給定手柄位置關聯起來，使改造后的電控系統能夠實現提升機平穩、緩慢的換層操作，在確保提升機穩定性的同時，還減少了對設備的沖擊，間接了提升了工作效率，為保障綜采工作面的生產奠定了基礎。