副井PLC 提升電控系統智能優化設計

◎ 河北鋼鐵集團沙河中關鐵礦有限公司 劉陽

傳統模式的副井提升控制系統操作崗位較多，有提升工、信號工等等。提升工和井口信號工分為不同的崗位，每個水平都需要設置信號工，信號傳輸和顯示都受到崗位的限制，難以實現共享。隨著智能化、信息化技術的發展，對提升系統的模式提出了新的更高的要求。

一、傳統模式提升控制系統

1.電控系統構成。傳統模式下副井提升電氣控制系統，采用2 套PLC 進行邏輯功能控制，一套作為主要電氣控制系統的PLC，另一套作為監控電控系統的PLC。對提升機運行的數據（如減速區域減速信號、上下過卷信號、速度包絡線等）主要控制系統PLC，監控系統控制PLC 都會實時采集并進行對比，實現兩條控制線多重保護功能。

圖1.提升機操作系統

主要控制PLC 系統是指完成提升機從電機加速階段、額定設置速度階段、減速階段、爬行階段一直到提升系統停車的整個提升機運行過程中的邏輯控制，以及必要的保護，并且與傳動系統、閘控系統等其他系統實時的相互校核一些重要的信號，如距離、速度等信息在誤差允許的范圍內的一致性，共同完成對提升機所有設備有效控制的系統。

輔助控制系統是指對系統的高低壓的供電電源，以及對控制回路的接口和潤滑站等輔助部分的系統。調速系統是指根據主要控制PLC 系統發出的命令，使提升機的電機進行啟動、加速運行、減速運行、停止運行以及額定設置運行控制的系統，采用停機時給定20% 勵磁電流暖磁，啟動時額定恒勵磁電流給定、電樞換向12 脈動串聯無級調速系統。

監控控制PLC 系統是指在對提升機電控系統運行過程中的一些主要數據，其中包括信號系統的運行狀況、提升機在運行過程中一些關鍵參數以及關鍵參數的包絡曲線、提升機司機操作過程的信息監控顯示，與主要控制PLC 進行位置、速度等關鍵控制參數的實時對比，并將關鍵的數據、信息進行記錄存檔，以備需要查閱之需的系統。

提升機控制臺是電控系統的集中控制操作終端，負責對提升機系統的集中操作、監控，運行過程中的位置、電流、速度等信號以及各個保護功能的集中顯示。

2.運行模式。傳統的電控系統控制模式有自動、半自動、手動、檢修、回收等模式。自動工作控制模式指的是沒有人為干預的自動運行方式，目前國內副井提升系統主要擔負運輸人員或設備的功能，對安全性要求較高，因不可控因素較多，多數不采取自動運行這種運行方式；半自動工作控制模式指的提升機司機與信號工確認運行環境與人員安全狀態后，按下啟動鍵，提升機將會依照給定的速度開始運行的一個控制過程；手動工作控制模式指的是提升機司機通過操作手柄給出設定的提升機速度，提升機根據設定的速度完成提升運行的過程；檢修工作控制模式是指在提升機檢修工作過程中，提升機司機通過控制手柄控制提升機運行速度，檢修運行速度給定一般設定為0.3m/s～0.5m/s 運行；罐籠回收運行模式是指提升機在井口或井底區域罐籠發生過限位故障停車的異常情況下，對提升機故障進行消除后，使用回收模式，對提升機罐籠進行上、下操作，從而離開限位位置。

通常情況下，提升機房控制室和井口信號房分別設置，分別配備操作人員，各個水平還需要配備信號工。

3.存在的問題。隨著自動化和信息化技術的發展以及理念的提升，傳統的副井提升電控系統存在的一些問題也暴露出來，一是提升系統信號崗位多、人員多，從而造成人工成本居高不下；二是副井提升機房及井口房等設備分散，沒有實現集中監控和管理；三是罐籠內外不能聯系，沒有監控和數據顯示等，存在一定的安全隱患。

二、智能化電控系統優化設計

針對傳統模式提升電控系統存在的缺點，對電控系統進行優化設計，從而達到智能化控制。

1.網絡結構優化，將原有PROFIBUS-DP 總線通訊方式系統改造為光纖工業以太環網通訊，提高通訊速度、通訊可靠性、抗干擾能力、防沖擊能力、安全性和維護性。任何一段網絡中斷，系統也能通過環網繼續保持通訊正常，使系統安全性大大提高。

2.優化現場的視頻監控和數據監控信號，在配電室和提升機房等設備運行地點增加攝像頭，監控設備運行；在電機、減速機及滾筒等設備增加測溫和振動傳感器，監測設備運行狀態；同時在機房內增加煙霧傳感器等。所有模擬量信號都經過專用4-20MA 模擬量隔離模塊進行隔離，采集到PLC 系統中。

3.增加集中操作臺多套提升系統合并崗位。為了方便崗位人員的合并，在井口房區域增加提升系統操作臺、打點信號操作箱和操作裝置控制箱，遠程操作系統具備與提升機硐室操作系統相同的全部功能。各操作系統間聯鎖并設置轉換裝置，不得同時進行操作。各操作臺均配備PLC及工業以太網環網通訊與主要控制PLC 系統，這樣可以更大可能節省操作人員。

圖2.采控中心示意圖

4.增加語音對講功能。罐籠內和井口增加無線通訊系統、無線充電及供電系統等，能夠實現實時顯示提升機運行的行程、速度、安全回路等重要信息和信號系統的工作狀態，同時實現罐籠內和地面的語音對講及視頻功能。罐籠內增設了人臉識別技術，控制下井人數和下井人員的權限。

三、智能化電控系統特點

提升電控系統經過優化設計后，除具備原有系統的功能外，還具備了如下特點：

1.實現了在罐籠內通過面板操作，選擇罐籠的去向、開車、停車等操作控制及對深度和各水平的顯示功能，系統真正實現了電梯式操作。

2.罐籠全行程無線通訊，實現了在罐籠內和井口集控操作人員實時語音通話及視頻監控。

3.實現了罐籠內操作人員權限管理和人臉識別管理，控制了上下罐籠的人數，保證了人員上下井的安全。

4.電池定點無線充電，日常無需對電池進行更換和做特別的維護。

5.實現了對罐籠簾門、阻車器的智能控制以及檢測，實現卷簾門和阻車器及提升系統運行中的連鎖，使設備運行更安全。

6.實現遠程診斷系統維護功能，增加數據發布功能，和遠程診斷服務平臺相連接，利用先進的云技術實現工業互聯網通訊、數據傳輸、云計算等最新技術，通過現場權限設置，能夠監控提升機運行，通過數據發布協助現場維護。

四、結論

副井PLC 提升電控系統進行智能優化設計，實現了機房及井下各中段無人值守，實現了減員增效。副井井口房、信號房實現集中控制，提高了效率。罐籠內人員實現權限識別，操作上實現電梯式控制模式。整體來看，對副井PLC 提升電控系統進行智能優化設計，可以使系統的安全系數和舒適程度大大提高，是電控系統發展的方向。