煤礦立井提升機速度保護實驗方法設計與應用

陳 亮

(中國平煤神馬集團平煤股份二礦，河南 平頂山 467000)

0 引言

煤礦立井提升機不僅擔負著礦井煤炭、矸石、設備、物料的提升，而且擔負著人員的上下井，因此煤礦立井提升機的安全運行至關重要。為保障提升機的安全高效運轉，需要安裝保護裝置。但是現實工作中，立井提升機的速度保護試驗方法一直是困擾現場維護技術人員的問題。

生產中礦山立井提升機對速度的保護有等速過速保護、定點限速保護、減速功能保護和深度指示失效(測速故障)。保護動作邏輯為PLC通過軸編碼器采集計算出的數值與PLC內部程序設置的值對比，正常工作中設置的保護值較大，如果以此值試驗運行會給運行工況帶來嚴重的沖擊，平時無法正常試驗，給立井提升機的運行帶來安全隱患。面對生產中的困難，本文介紹了一種立井提升機的速度保護試驗方法。

1 提升機系統

1.1 系統組成

某礦北山副井提升機絞車型號為JKMD-4×4Z Ⅲ，提升高度為847.5 m，設計提升速度為8.8 m/s。傳動系統采用西門子6RA70串聯12脈動雙勵磁回路，直流提升電機拖動。電氣操作系統采用西門子S7-300作為操作控制主控單元，安全保護采用軟件、硬件兩路安全回路雙重保護。監控計算機為工業計算機配備西門子PLC編程軟件step7及西門子Wincc組態監控軟件，可對提升機全程各重要參數進行控制和監控。本文介紹的提升機速度保護試驗方法就是利用工控機上的編程軟件、組態軟件來完成。提升機系統配置如圖1所示。

圖1 提升機系統配置圖

1.2 提升機速度保護

1.2.1 等速超速保護

當提升速度超過最大速度15%時(等速過速)，安全回路自動斷電，制動閘實施緊急制動停車。

程序中等速超速控制如下：DB11.DBD52為提升機的實際運行速度，全速運行速度為8 m/s，DB11.DBD24為PLC內部設定的，最大速度值為10.5 m/s，如果提升機的實際運行速度DB11.DBD52大于內部設定的最大速度值 DB11.DBD24時，系統就報等速超速故障，提升機安全制動。

1.2.2 定點限速保護

當提升機減速運行到接近井口(或者井底)的定點檢測位置后，提升機的運行速度要降低到2 m/s以下。定點檢測位置由PLC內部計算的編碼器深度和井筒安裝的定點檢測磁開關共同作用。當提升機經過定點檢測位置后，運行速度仍然大于2 m/s，安全回路斷開，提升機安全制動。測速機：模擬測速機用于檢測系統運行的實際速度，起保護和傳動速度反饋作用。脈沖編碼器：經過PLC系統的運算提供系統的速度和位置，并進行必要的速度保護和位置保護。

1.2.3 速度保護試驗方法

經考察了解，目前立井提升場所使用的速度保護試驗方法為外接多組開關連接PLC輸入點。利用外接開關觸發試驗程序，與較小的速度值作比較，可順利保護動作，從而完成速度保護試驗，但此種方法有如下弊端。

1)設備出廠時無配備此類試驗功能，后期現場改造要增加試驗旋鈕，但現場已無備用旋鈕使用，須改動接線外加控制設備。此外PLC也無足夠的閑置輸入點，不能滿足設計要求，不能全部投入試驗。

2)由于是外接的試驗旋鈕，易發生誤操作事故。工作中維護更改操作模式時易誤觸發，從而使提升機不能正常運轉。類似故障在生產中已有發生，且發生后不易被發現，無疑埋下了安全隱患，應當避免此類人為故障發生。

3)由于外加旋鈕使用不便，在提升場所試驗時需要修改參數，較為耗時，整個提升保護試驗完成需要1 h左右。這種方式也不安全，稍不留意提升機就不能正常啟動。

2 新型速度保護試驗方法設計與應用

北山副井提升機的上位監控系統采用研華工控機+液晶顯示器，除調試時擔負編程工作外，還裝有監控軟件西門子Wincc，通過形象的畫面顯示和記錄提升機的運行狀態和數據。

該速度保護試驗方法利用工控機上的編程軟件、組態軟件來完成。設計方案核心是采用組態畫面完成速度保護試驗。

2.1 設計方案

2.1.1 新建變量

打開工控機組態軟件Wincc，打開變量管理，然后新建變量“保護實驗投退” M52.7、 “等速過速試驗” M52.2、 “定點限速保護”M52.3等。

2.1.2 創建試驗畫面

點擊圖形編輯器，新建“TSJ保護試驗”畫面，然后打開“TSJ保護試驗”畫面，創建窗口畫面。

2.1.3 關聯變量

把控制旋鈕依次關聯步驟1變量，并保存。

2.1.4 創建試驗程序

打開step7軟件，打開梯形圖程序，編寫每一步試驗控制程序。把步驟1定義好的變量M52.7、M52.2、M52.3等分別串于每一步試驗程序前，并保存下載至PLC。

2.1.5 動作原理

以等速超速為例， “保護試驗投退”旋鈕投入M52.7接通—“等速過速試驗”旋鈕投入M52.2接通—試驗程序投入，等速過速最大設定值10.5 m/s變為0.5 m/s—提升機運行，當提升機實際速度值DB11.DBD52大于試驗值0.5 m/s時，提升機報“等速過速”故障，安全回路斷，提升機制動停車。

2.2 試驗方法

打開“TSJ保護試驗”畫面，點擊畫面旋鈕，各個速度保護依次試驗。試驗全部結束后，點擊“退出界面”退出試驗界面。

2.3 設計優點

2.3.1 無需接線改動，無需外增設備

副井提升機速度保護試驗采用提升機現有工控機的組態軟件設計完成，無需改動設備接線和增加其他控制設備。

2.3.2 操作更安全

由于設計的試驗畫面創建于單獨的窗口畫面上，平時工作中是關閉的，須由專業維護人員打開，從而完全避免了人為的誤操作。此外，試驗的控制完全由軟件完成，相比于外接線控制更加安全可靠。

2.3.3 操作直觀，方便快捷

試驗時打開試驗畫面，鼠標點擊每個試驗旋鈕即可開始不同的試驗，操作更方便，且操作時窗口畫面實時顯示動作，使操作更直觀。采取此種試驗方法整個提升機所有的保護試驗僅需10 min完成，簡便省時。

2.3.4 應用性強

由于立井提升場所控制設備結構類似，本試驗方法同樣也可推廣應用于其他立井提升機，解決整個行業所面臨的技術難題。

3 應用效果

提升機速度保護試驗方法的資金和材料投入為0，相比于傳統方法直接省掉了控制裝置的投入，節約了控制設備的投入。

副井提升機是礦山井上和井下的咽喉設備，是煤礦生產的一條“生命線”，一旦發生故障，輕則礦井停工停產，重則造成人員傷亡。本文介紹的副井提升機速度保護試驗方法投入應用后，充分解決了北山副井提升機速度保護試驗的難題，提高了生產效率，也進一步消除了設備運行的安全隱患，給副井提升的安全運轉帶來了有力的技術保障，使提升工作更加安全可靠運行，帶來了一定的經濟效益。

4 結語

本文介紹的副井速度保護試驗方法保證了各種保護的正常投用，避免了不必要的事故發生，使提升工作更加安全可靠，符合“安全第一”的生產理念。