煤礦立井提升機速度保護實驗方法設(shè)計與應(yīng)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(shè)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(guān)重要。為保障提升機的安全高效運轉(zhuǎn)，需要安裝保護裝置。但是現(xiàn)實工作中，立井提升機的速度保護試驗方法一直是困擾現(xiàn)場維護技術(shù)人員的問題。

生產(chǎn)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(shù)值與PLC內(nèi)部程序設(shè)置的值對比，正常工作中設(shè)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(chǎn)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(tǒng)

1.1 系統(tǒng)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(shè)計提升速度為8.8 m/s。傳動系統(tǒng)采用西門子6RA70串聯(lián)12脈動雙勵磁回路，直流提升電機拖動。電氣操作系統(tǒng)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(jiān)控計算機為工業(yè)計算機配備西門子PLC編程軟件step7及西門子Wincc組態(tài)監(jiān)控軟件，可對提升機全程各重要參數(shù)進行控制和監(jiān)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(tài)軟件來完成。提升機系統(tǒng)配置如圖1所示。

圖1 提升機系統(tǒng)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(nèi)部設(shè)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(nèi)部設(shè)定的最大速度值 DB11.DBD24時，系統(tǒng)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(nèi)部計算的編碼器深度和井筒安裝的定點檢測磁開關(guān)共同作用。當提升機經(jīng)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(tǒng)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(jīng)過PLC系統(tǒng)的運算提供系統(tǒng)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(jīng)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(guān)連接PLC輸入點。利用外接開關(guān)觸發(fā)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(shè)備出廠時無配備此類試驗功能，后期現(xiàn)場改造要增加試驗旋鈕，但現(xiàn)場已無備用旋鈕使用，須改動接線外加控制設(shè)備。此外PLC也無足夠的閑置輸入點，不能滿足設(shè)計要求，不能全部投入試驗。

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

北山副井提升機的上位監(jiān)控系統(tǒng)采用研華工控機+液晶顯示器，除調(diào)試時擔負編程工作外，還裝有監(jiān)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(tài)和數(shù)據(jù)。

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

2.1 設(shè)計方案

2.1.1 新建變量

打開工控機組態(tài)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(chuàng)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(chuàng)建窗口畫面。

2.1.3 關(guān)聯(lián)變量

把控制旋鈕依次關(guān)聯(lián)步驟1變量，并保存。

2.1.4 創(chuàng)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(shè)定值10.5 m/s變?yōu)?.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(jié)束后，點擊“退出界面”退出試驗界面。

2.3 設(shè)計優(yōu)點

2.3.1 無需接線改動，無需外增設(shè)備

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

2.3.2 操作更安全

由于設(shè)計的試驗畫面創(chuàng)建于單獨的窗口畫面上，平時工作中是關(guān)閉的，須由專業(yè)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(yīng)用性強

由于立井提升場所控制設(shè)備結(jié)構(gòu)類似，本試驗方法同樣也可推廣應(yīng)用于其他立井提升機，解決整個行業(yè)所面臨的技術(shù)難題。

3 應(yīng)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(tǒng)方法直接省掉了控制裝置的投入，節(jié)約了控制設(shè)備的投入。

副井提升機是礦山井上和井下的咽喉設(shè)備，是煤礦生產(chǎn)的一條“生命線”，一旦發(fā)生故障，輕則礦井停工停產(chǎn)，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(yīng)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(chǎn)效率，也進一步消除了設(shè)備運行的安全隱患，給副井提升的安全運轉(zhuǎn)帶來了有力的技術(shù)保障，使提升工作更加安全可靠運行，帶來了一定的經(jīng)濟效益。

4 結(jié)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(fā)生，使提升工作更加安全可靠，符合“安全第一”的生產(chǎn)理念。