鶴崗市益新煤礦混合井3.25米提升機(jī)電控系統(tǒng)改造

張必克

【摘 要】本文對(duì)煤礦主井提升機(jī)原電控系統(tǒng)現(xiàn)狀作了簡(jiǎn)要介紹，提出了全數(shù)字網(wǎng)絡(luò)化電控系統(tǒng)改造方案。并介紹了數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化的電控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的功能特點(diǎn)，通過對(duì)新老系統(tǒng)深入分析以及性能比較，體現(xiàn)了新系統(tǒng)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化以及安全性、可靠性、高效性等特點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】混合井；提升機(jī)；電控系統(tǒng)

一、現(xiàn)場(chǎng)描述

（1）原電控系統(tǒng)描述：

原有電控采用TKD交流電控系統(tǒng)，維修量大，故障率高，提升效率低。

（2）提升機(jī)系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)：

1、 型號(hào)：JKM-3.25×4型塔式多繩摩擦式提升機(jī)

2、 滾筒直徑：3.25米

3、 天輪直徑：3.25米

4、 最大靜拉力：450KN

5、 最大靜拉力差：140KN

6、 減速機(jī)速比：10.5：1

7、 提升方式：立井多繩摩擦式

8、 提升高度：620

9、 最大提升速度：8m/s

10、 主電機(jī)：雙電機(jī)拖動(dòng)。每臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)參數(shù)：功率1000KW，電樞電壓660V，電樞電流1630A，額定轉(zhuǎn)速500/1000轉(zhuǎn)/分。

（3）高壓進(jìn)線電壓：6kV

二、改造后提升機(jī)電控系統(tǒng)

1、提升機(jī)采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電控傳動(dòng)系統(tǒng)要求采用全數(shù)字磁場(chǎng)恒定電樞可逆串聯(lián)12脈動(dòng)直流提升機(jī)電控系統(tǒng)。傳動(dòng)系統(tǒng)配置要求如下：

（1）勵(lì)磁調(diào)節(jié)及整流柜采用獨(dú)立的原裝西門子6RA80直流調(diào)速裝置。

（2）電樞調(diào)節(jié)柜內(nèi)采用兩臺(tái)西門子6RA80直流調(diào)速裝置控制XFJ7型大功率整流柜，實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)恒定、電樞可逆串聯(lián)12脈動(dòng)控制。帶有調(diào)節(jié)器應(yīng)急開車功能及單整流柜6脈動(dòng)半速全載運(yùn)行功能。

2、高壓真空開關(guān)柜保留原有設(shè)備，2臺(tái)整流變壓器、1臺(tái)輔助變壓器保留原有設(shè)備。供貨廠家應(yīng)保證其系統(tǒng)能完全與該部分設(shè)備無縫對(duì)接。

3、低壓配電柜除按系統(tǒng)已知的回路配置配電裝置外，還應(yīng)根據(jù)用戶現(xiàn)場(chǎng)要求的輔助配電回路配置電氣設(shè)備，低壓柜應(yīng)按國家標(biāo)準(zhǔn)留有裕量。控制系統(tǒng)應(yīng)留有與提升機(jī)閘控、潤滑等輔助系統(tǒng)的接口（具體數(shù)量和類型按實(shí)際需要量定）。

4、網(wǎng)絡(luò)化PLC控制系統(tǒng)采用西門子公司S7-300可編程控制器，其中兩套主、輔控PLC實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)“雙線制”控制，配套“數(shù)字行程控制”監(jiān)控功能。兩套PLC相互通訊及監(jiān)視，操作過程、安全保護(hù)實(shí)現(xiàn)雙線控制方式，對(duì)提升機(jī)運(yùn)行關(guān)鍵的信號(hào)（如速度、容器位置、安全、減速、過卷等等）均采用多重保護(hù)，互為監(jiān)視。PLC間采用總線通訊方式?？删幊炭刂破鞯腎/0模塊必須有不少于20%的備份。

在控制裝置的設(shè)置上要求能滿足正常及緊急故障狀態(tài)下安全提升的要求。提升機(jī)的控制系統(tǒng)與提升信號(hào)相閉鎖。

數(shù)字行程監(jiān)控器及提升控制器能對(duì)速度、位置、井筒開關(guān)等重要信號(hào)進(jìn)行相互監(jiān)視。

為進(jìn)行故障和誤操作分析，應(yīng)提供專用信號(hào)記錄儀，儲(chǔ)存的信息可隨時(shí)打印。打印機(jī)能記錄所有的報(bào)警信號(hào)和操作信號(hào)以及生產(chǎn)報(bào)表，并具備硬拷貝功能。顯示、打印應(yīng)采用中文。

5、網(wǎng)絡(luò)化PLC控制系統(tǒng)應(yīng)配備集控功能和遠(yuǎn)程協(xié)助維護(hù)功能，系統(tǒng)配置與老主井、新副井、老副井、混合井2.25相同功能配置的集控網(wǎng)絡(luò)模塊和遠(yuǎn)程協(xié)助功能，使PLC系統(tǒng)能夠與動(dòng)力科集控服務(wù)站連接，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力科對(duì)上述所有提升機(jī)電控系統(tǒng)的集中監(jiān)控，各提升機(jī)集控系統(tǒng)畫面及操作功能應(yīng)一致，便于維護(hù)管理；并且在任何地點(diǎn)均能通過IE瀏覽器觀察現(xiàn)場(chǎng)各臺(tái)提升機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)；并具備遠(yuǎn)程協(xié)助維護(hù)功能，通過廠家的遠(yuǎn)程協(xié)助維護(hù)系統(tǒng)服務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各臺(tái)提升機(jī)電控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控及診斷、網(wǎng)絡(luò)維護(hù)服務(wù)、遠(yuǎn)程協(xié)助修改程序等功能，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)通過該功能，廠家能夠快速監(jiān)控程序并解決現(xiàn)場(chǎng)故障、保證生產(chǎn)的連續(xù)性。

6、數(shù)字行程監(jiān)控器：在監(jiān)測(cè)提升容器在井筒中的準(zhǔn)確位置的基礎(chǔ)上，自動(dòng)跟蹤生成提升包絡(luò)線。主要完成滑繩和超速等判斷，實(shí)現(xiàn)提升全過程的位置、速度監(jiān)控。提升機(jī)每一側(cè)提升容器位置的測(cè)量、計(jì)算、同步以及顯示等均為獨(dú)立回路，主、副兩套PLC及開關(guān)獨(dú)立監(jiān)測(cè)。數(shù)字行程監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)元件為軸編碼器，軸編碼器利用同步開關(guān)有自校準(zhǔn)功能，并具備編碼器斷線保護(hù)功能。數(shù)字行程監(jiān)控器的定位精度不大于±1cm。

7、制動(dòng)閘系統(tǒng)：兩套閘控制環(huán)節(jié)（軟件與硬件冗余），即外部繼電器回路和內(nèi)部PLC同時(shí)作用于制動(dòng)閥，包括安全制動(dòng)和工作制動(dòng)。其中工作閘可實(shí)現(xiàn)PLC自動(dòng)和閘把手動(dòng)調(diào)節(jié)。電控系統(tǒng)應(yīng)能與液壓制動(dòng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致，正確的處理來自液壓制動(dòng)系統(tǒng)的信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行控制和監(jiān)視，并在安全制動(dòng)過程中實(shí)現(xiàn)恒減速或恒力矩制動(dòng)功能。

8、閘瓦監(jiān)控系統(tǒng)：應(yīng)配置一臺(tái)閘瓦監(jiān)控控制柜，柜內(nèi)配置獨(dú)立PLC、模擬量采集卡、PLC隔離電源、15寸名牌觸摸屏等設(shè)備，PLC與電控系統(tǒng)采用總線網(wǎng)絡(luò)通訊+硬接口的軟硬件冗余接口方式。閘瓦監(jiān)控系統(tǒng)還應(yīng)配備非接觸式模擬量閘間隙傳感器、紅外線閘盤溫度模擬量傳感器、非接觸式模擬量閘盤偏擺傳感器等，每組閘配備獨(dú)立的間隙傳感器傳感器，并形成獨(dú)立保護(hù)。彈簧疲勞、閘間隙保護(hù)、閘盤偏擺、閘盤超溫等保護(hù)可與提升機(jī)電控相閉鎖。保護(hù)值動(dòng)作精確，且細(xì)化到每一組盤形閘，便于現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)。保護(hù)可在15寸觸摸屏上通過監(jiān)控畫面顯示及校準(zhǔn)。閘瓦監(jiān)控臺(tái)體擺放在操作臺(tái)一側(cè)，要求采用流線弧形立式臺(tái)體，顏色及風(fēng)格與電控系統(tǒng)統(tǒng)一設(shè)計(jì)，美觀大方。

9、上位監(jiān)控系統(tǒng)：工控機(jī)和彩色終端及打印機(jī)組成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，（主機(jī)一臺(tái)，2G內(nèi)存，500G硬盤，帶鼠標(biāo)、鍵盤、22英寸液晶顯示器一臺(tái)，打印機(jī)一臺(tái)），上位監(jiān)控系統(tǒng)通過與PLC通訊采集數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)多畫面實(shí)時(shí)監(jiān)控，多參量數(shù)碼及曲線顯示和記錄，各種故障的報(bào)警及記錄。上位機(jī)預(yù)留上級(jí)局域網(wǎng)采集提升機(jī)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的接口并具有遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)能力，提升機(jī)的各種信息可存儲(chǔ)在專家服務(wù)系統(tǒng)中，供遠(yuǎn)程診斷使用，系統(tǒng)能夠記憶提升機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)，判斷提升機(jī)故障，進(jìn)行故障預(yù)測(cè)及故障保護(hù)。

10、便攜式提升機(jī)保護(hù)試驗(yàn)裝置：要求系統(tǒng)配備便攜式提升機(jī)保護(hù)試驗(yàn)裝置一臺(tái)，該裝置能夠與電控系統(tǒng)無縫對(duì)接，接入后能夠?qū)﹄娍叵到y(tǒng)各項(xiàng)安全保護(hù)進(jìn)行整定值修改和保護(hù)試驗(yàn)。該裝置配備獨(dú)立PLC，并具備友好的圖形化人機(jī)界面，簡(jiǎn)單易操作，使現(xiàn)場(chǎng)人員根據(jù)界面提示對(duì)各項(xiàng)保護(hù)進(jìn)行整定和試驗(yàn)。

11、開車方式：提升機(jī)應(yīng)具備半自動(dòng)、手動(dòng)、檢修、緊急控制及過卷回收等各種啟車運(yùn)行方式、加減速、爬行、停車和檢修控制等控制要求以及特殊工況。

12、安全保護(hù)：

安全回路應(yīng)具備雙重化，獨(dú)立運(yùn)行互為冗余。設(shè)置繼電器和主、副PLC及硬軟冗余結(jié)構(gòu)。安全回路的工作狀態(tài)能在監(jiān)視器上監(jiān)視。

外部繼電器安全回路應(yīng)獨(dú)立于其它回路，包括安全制動(dòng)、緊急停車、高壓分閘、變流器故障、超速、過卷、液壓站過壓、閘系統(tǒng)故障、快開分閘等，直接作用于電氣傳動(dòng)系統(tǒng)、閘制動(dòng)系統(tǒng)等。

第一類嚴(yán)重故障包括：過卷、等速過速、限速過速、全行程包絡(luò)線超速、爬行段超速、2m/s定點(diǎn)超速、高低壓電源故障、直流快開跳閘、勵(lì)磁回路失壓、電樞過流、磁場(chǎng)失磁、調(diào)節(jié)及整流裝置故障、錯(cuò)向、PLC故障、急停操作、網(wǎng)絡(luò)通訊故障、安全門在運(yùn)行中打開、2只測(cè)速元件同時(shí)損壞、井筒開關(guān)失靈、主回路失壓、速度比較錯(cuò)誤、殘壓高、電機(jī)溫度過高、鋼絲繩伸長過大等等；故障緊急停車后能夠計(jì)算急停位置補(bǔ)償量，對(duì)急停造成的位移差進(jìn)行補(bǔ)償。

第二類重故障包括：深度指示器失效保護(hù)、編碼器位置偏差過大、制動(dòng)油路故障（油壓過高、堵塞）、閘瓦磨損、主回路過壓或接地或欠壓等等；

第三類輕故障包括：測(cè)速元件損壞、潤滑溫度高、潤滑油壓高/低、電機(jī)溫度報(bào)警、彈簧疲勞、閘盤偏擺、風(fēng)機(jī)失壓等等；

符合《煤礦安全規(guī)程》最新版規(guī)定的各種保護(hù)和系統(tǒng)本身所必須的保護(hù)。

13、在井筒內(nèi)設(shè)置井筒開關(guān)，用于提升系統(tǒng)的減速、停車與過卷保護(hù)。減速及停車傳感器采用井筒磁感應(yīng)開關(guān)，帶MA標(biāo)志；過卷開關(guān)采用機(jī)械式限位開關(guān)。

14、配備編碼器三個(gè)（采用進(jìn)口品牌器件，帶聯(lián)軸節(jié)、安裝支架等）。

【參考文獻(xiàn)】

[1]譚國俊，熊樹.礦井直流提升機(jī)全數(shù)字新型電控系統(tǒng)[J].煤礦機(jī)電，2006，（1）：4-6.