浅谈主井电控系统 ＰＬＣ技术改造

马国庆

摘要:本文介绍了主井电控系统PLC可编程序控制器取代原来的继电器-接触器有触点逻辑电气控制方式,实现了数字程序化控制,确保提升机安全高效运行。

关键词:主井；电控系统；PLC技术改造

1 概述

唐山矿五号井提升机为缠绕式交流拖动提升机型号为2БM3000/1520，主提升电动机型号为JRQ158-8，电控系统采用TKDG系列电控系统进行调速。电控系统为上世纪七十年代的产品。因受到当时的科技水平和制造能力等各方面的限制，该电控系统存在诸多方面的问题。TKDG系列电控系统采用转子附加电阻方式启动调速，在爬行二次给电阶段大部分能量消耗在电阻中；电控系统采用TGG型高压开关柜和CG5型高压接触器来切断与接通主电机电源，高压接触器和换向器在使用中消耗大量能源，并且安装占用面积大维护检修步骤繁琐；控制系统采用继电器逻辑控制和磁放大器为控制核心的可调闸系统，该控制系统使用大量继电器和分立模拟元件，在提升机工作和间歇时一直消耗电能，且各继电器使用工作电压各异，维护、维修、更换等工作繁重，备件数量、占用资金极大；切换电阻时，做不到电流连续平稳切换，电流对主电机冲击相当大，加重电机工作负担，缩短了主电机的使用寿命。能源消耗大；维护、维修、更换等工作繁重；备件数量、占用资金大是这套电控系统存在的主要问题。

在国家节能减排政策的号召下，经过公司相关领导研究决定对其电控系统进行更新改造，采用双PLC可编程序控制器取代原来的继电器-接触器有触点逻辑电气控制方式。

2 技术改造可行性分析和特点

近年来,PLC可编程序控制器得到了惊人发展,技术趋于成熟,性能优越可靠。经多方调研论证,选择了技术力量雄厚、老绞车改造经验丰富、产品质量优良的唐山东润自动化工程技术有限公司合作,对主井电控系统进行PLC改造。技术特点如下:

高压电源开关,高压换向器真空化。高压换向器设置正、反之间、高低压之间机械电气闭锁,结构科学合理。真空化消弧特性好,绝缘状态高。高压换向器闭锁消除了高低压间、正反向间短路事故。

转子调速回路,采用可控硅20级编码启动专利技术,一是实现无触点切换,避免触头拉弧烧损和噪音；二是启动特性曲线平滑,冲击电流小。

最新西门子S7-300型PLC控制器,取代原来的继电器接触器的有触点逻辑控制方式,实现数程序化控制,减化了控制系统结构。设置双PLC实现了两线制保护。

上位计算机显示提升机运行状况,各运行参数,保护状态直观明了,便于查找事故和维护,提升机实时监控运行。

有扩展功能,可与局域网连接,实现网络化管理。

3 技术改造方案确定和实施

唐山矿五号井用于提人提物，改造安装工程必须停产进行，散煤收集停产期限最长三天，人员可以走斜井，所以时间紧任务重，此项工程必须进行科学合理安排，细致周密落实。

我们与东润自动化工程技术有限公司技术人员一起,对电器设备布置方式,安装附件的制作,新系统动力控制电缆数量进行了确定，提前在井上对转子柜、主令柜、高压换向柜进行了空载调试。

对原控制系统留用的设备摸清底数，控制电缆做好标识,确定投入新系统的安全性，为新设备接线做好准备。

对车房高压开关系统进行了提前检修，确保高压供电的正常运转。

提前敷设好各条信号控制电缆以及需要更换的高压动力电缆，做好一切接线调试准备。

专门成立电控改造小组，组织多次现场会进行实地测量与设计改造方案。经过我们与厂家的共同努力，原计划3天72小时的改造工程，我们停产开始拆卸旧设备，安装新柜子，接线调试等连续工作，直到正常运转共花了32小时，提前一天半完成安装调试任务。

4 实践检验效果

自11月份投入运行以来,高压真空柜、高压真空换向柜、主令控制柜，没有出现真空管漏气或粘联故障,高压换向器正反转向、高低压间发生短路、转子调速回路快速熔解器、可控硅烧损等事故。该控制系统具有冲击电流小,调速性能好等优点，装置自调试至今,没有发生电器元件烧损事故,运行可靠,制动闭环效果好。PLC数字化程序控制,电控系统结构简单,提升机运行状况显示直观,易于查找事故和维修,有利于提升机高效高质量运行。与老电控系统相比优势如下：

使用了GYHX型真空高压换向柜代替原有CG5型高压换向器。克服了CG5型换向器结构复杂，易吸潮（必须使用大功率除湿装置）、工作噪音大、维护维修复杂等等缺点。新的真空高压换向柜结构紧凑、工作噪音小、维护简单，取消了大功率的除湿装置，达到了节能降耗的目的。

采用新型反并联SCR编码元件代替接触器的主触点进行转子电阻切换。原来的转子切换接触器工作时不仅产生电弧火花，而且接触器线圈吸合使需要很大电流，维护维修量大。新型的反并联可控硅属于无触点原件，导通时不需要吸合线圈，从而节约能源。并且可控硅原件无噪音、体积小、重量轻、无震动；维护工作量小，使用可靠。

由PLC控制系统代替了原来的继电器逻辑控制和磁放大器闸控系统。原有系统继电器接触器逻辑关系复杂，使用大量电气原件执行控制过程。新的PLC系统用软件代替了原来的逻辑控制继电器，仅保留小部分执行继电器原件，减少了控制原件的能量消耗，并且具有“两软一硬”的三线制安全回路，系统可靠性增强，维护维修量降低。

增加了远程操作及监视诊断功能，人员能够在井上掌握提升机工作情况，系统出现问题能及时通过PLC程序查找故障，减少了人员反复升入井浪费的时间。

5 经济效益和社会效益

5.1 经济效益

节约电能：①更换高压真空换向柜、取消大功率除湿装置节约电能37万千瓦时/年；原高压换向器年耗电量:P年=365P=365*4*15*4=9万千瓦时/年；大功率除湿装置年耗电量:P年=365P=365*8*24*4=28万千瓦时/年

②更换新型转子控制柜节约电能35万千瓦时/年；老转子控制柜年耗电量:P年=365P=365*15*8*8.5=35万千瓦时/年；

③更换PLC控制系统年节约电能19万千瓦时/年；直流继电器年耗电量:P年=365P=365*15*24*1=13万千瓦时/年；交流继电器年耗电量:P年=365P=365*15*20*0.57=6万千瓦时/年；

④应用其他新型电力电子器件年节电约0.5万千瓦时/年；总计年节约电能：37+35+19+0.5=91.5万千瓦时；

节约维护维修费用5万元/年；节约备品备件折合4万元；

5.2 社会效益

主井提升机电控系统PLC改造后,数字化程序控制,取代了原系统中的继电器、接触器有触点逻辑控制方式,减化电控系统结构,保护齐全,提高了系统运行的可靠性,采用SCK组件编码多级启动,改善了提升机调速性能，减少了大电流冲击引起的机械冲击;高压开关、高压换向器真空化,杜绝了拉弧引发的短路事故;该系统性能好，运行稳定，事故率低，维修量小，操作简单,各种保护齐全,确保了矿井安全可靠提升。

结束语

主控的PLC,选用西门子S7-300型PLC的最新型产品,PLC模块之间通过PROFEBVS总线连接,简化了电控系统结构,转子可控硅多级编码技术先进,性能可靠,系统设计合理，线路设计简单可靠,外围元件最简化,性能可靠稳定,数字PID闭路,系统可靠性高、闭路效果好,数字双线制保护与模拟信号保护,使保护功能更可靠更完善,可实现网络化管理，该项技术改造也是我公司响应国家节能减排号召的又一成功举措。