PLC在煤矿提升机电控系统中的应用①

荆明星 罗建国 杨伟豪 王辉娜 周祝青

(1.华北科技学院,北京东燕郊 101601;2.中平能化集团,河南平顶山 467000)

PLC在煤矿提升机电控系统中的应用①

荆明星1,2②罗建国1杨伟豪2王辉娜2周祝青2

(1.华北科技学院,北京东燕郊 101601;2.中平能化集团,河南平顶山 467000)

针对中平能化集团高庄矿副井电控系统存在运行成本高、能耗大、自动化程度低等问题提出了改造方案,改造后安全性得到提高,事故率大大降低,安全效益、经济效益显著,对类似提升机电控系统的改造有借鉴作用。

PLC;提升机;电控系统;

近年来,随着矿山资源需求的高速增长,对矿山生产技术提出了越来越高的要求,国内绝大多数矿井提升机电控系统还使用交流串电阻调速继电器—接触器控制,效率低下,安全隐患多,严重制约着我国矿山产业的健康发展,急需进行大规模的技术改造和设备更新。根据国家第二批明令禁止使用产品目录,中平能化集团高庄矿副井提升机TKD电控系统属于禁用产品,主要存在以下缺点：(1)整个电控系统的继电器盘体积大,能耗高,接线复杂,电气接点多,故障率高,查找故障困难,日常维修量大。(2)故障诊断能力差,不能直接指示故障类型及故障发生点,维护和检修时间长,工作量大。为此,高庄矿结合矿井生产的实际需要,决定采用PLC电控对其进行改造。

1 项目目标和总体技术方案

1.1 项目目标

项目的总体目标是在数字化控制的基础上实现网络化、集散化控制,通过工业网络将PLC、数字化的变频器、数字化的调速器、上位机以及信号系统、装卸载系统,连成网络化集散控制系统,使各子系统在相对独立的基础上,硬件更加简单可靠,实现网络联接功能;同时采用组合式结构,实现功能化、单元化、模块化的灵活组态,使本矿提升机交流电控达到一个崭新的水平。

1.2 技术方案

1)提升机电控系统实现网络化。采用2台PLC用于控制,并将2台PLC、上位计算机、数字化变频装置和数字化调速装置等,通过工业网络联系在一起,在各子系统完成其独立功能的基础上实现集散控制,并预留与其他系统如提升信号系统、井下井上装卸载系统、矿山模拟调度系统等组成网络系统的接口,使提升机电控系统的硬件、软件配置更加简洁合理,系统的智能化水平极大地提高,整个系统更加安全可靠。

2)采用大功率的电子式接触器并用于对大型交流提升机的加速、减速、停车进行控制。实现非接触式无触点的开关控制,使电控系统中的元器件数量和设备间的连线大幅度下降,提高电控系统的安装调试效率,且做到无噪声、长寿命、免维护。

3)在每一套电控系统中,采用2套PLC进行冗余控制,使每一系统具有2套以上完全独立的深度、速度检测及采样通道,并通过2套独立的PLC之间的各种参数进行比较判别,确保提升机电控的关键控制环节,如减速、速度包络线保护、速度定点检测保护、安全回路、过卷保护、测速元件之间、深度采样元件之间均能实现2道以上的冗余串联控制,提高系统的安全可靠性。

4)上位机实现功能：在提升机的正常运行期间,作为提升机整机的监控系统;在安装调试、检修期间,作为PLC、数字化变频装置、数字化调速装置的编程器,进行编程工作;作为提升机电控系统工业局域网络与其他网络如 INTERNET网的接口,节省设备投资,提高整机性能。

5)建立远程诊断服务网络,能利用厂家的技术优势,及时解决使用中出现的故障和问题,并便于设备的维护、保养。

2 电控系统的构成和配置

提升机电控系统可简单地划分为：控制系统, (主控系统,辅孔系统),调速控制系统(调速系统,供电系统),监控系统(上位机,操作台),提升机电控系统构成如图1所示

图1 提升机电控系统构成

交流电控系统配置采用日本三菱公司原装FX2n双PLC控制,定子采用真空换向接触器、转子控制采用大功率无触点电机转子电阻控制装置,减速制动装置采用数字化低频制动电源装置,操作台采用网络化集散控制操作台,配上位机监控系统,远程诊断专家服务系统。双PLC之间、与减速制动装置、操作台、上位机、远程诊断专家服务系统之间,通过工业网络进行数据交换通信, NT型提升机网络化集散控制交流系统如图2所示。

图2 NT型提升机网络化集散控制交流系统

3 PLC电控系统调试

电控系统在完成设计、工厂制造、检验和试验后,在高庄矿有关技术人员和安装公司及洛阳源创有限公司技术人员共同努力下,于2009年1月 31日调试完毕。在各种负载下,运行证明,系统安全可靠,保护齐全灵敏,满足《煤矿安全规程要求》要。系统实现电流、时间平行加速原则,由提升状态与位置开关配合实现减速、爬行及自动停车。系统实现过卷、减速过速、高压未投、制动未投、通讯故障、制动电源故障、编码器断轴保护、等速过速、定点2m/s过速、提升错向、制动油压过高、制动弹簧疲劳、闸瓦磨损过度、测速机或编码器断线、等故障的检测,并自动选择一级制动或二级制动方式进行紧急制动。

4 改进后的PLC电控系统优点

高庄矿副井TKD-NT型PLC电控系统于2009年1月31日调试完毕,进入运行至今。与原TDK系统相比,新系统有以下几方面的优点：

1)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,使用大量电气元件执行控制过程。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元件,减少了控制元件的能量消耗,并且降低了设备故障率,提高了提升系统运行的安全性、可靠性以及电控设备的平均寿命。

2)提升机的操作控制系统采用两套工业用可编程序控制器PLC来完成,两套工业用可编程序控制器PLC,一台为主PLC,另一台为从PLC,主PLC负责提升机的主程序及系统管理,从PLC负责深度指示及后备保护。整个系统有主有从,互有分工,相互监视,互为安全冗余,从而确保提升机的安全运行。紧急情况下具备低速应急开车功能。

3)系统智能化水平高、人机界面优越,对于报警、运行状态和参数设定的综合诊断及监视信息,能以清晰的格式连续地显示在彩色屏幕上,任何使提升机安全制动的第1故障点就会被立即锁定并显示出来,从而使操作者立即予以确认并加以纠正。

4)系统增加了许多检测、监控及提升机运行过程重要参数的记录功能,使调试工作简单方便,为提升机故障原因及动态过程分析提供了依据,减少了查找故障的时间,可靠性进一步提高。

5)系统具有良好的容错能力,当各软、硬件功能与数据采集处理系统的通讯出错,以及当司机或运行人员在操作过程中发生一般性错误时,均不影响系统的正常运行。对意外情况引起的故障,系统具备恢复能力。

6)维护简单化、操作人性化,全中文监控系统使得提升机运行参数、运行状态、故障信息一目了然。自动、手动、半自动、检修、及等各种运行操作方式简单、可靠,全行程速度给定、速度闭环控制,可调闸闭环控制,使得控制系统安全可靠、操作轻松自得。

5 结语

经过近2年的实际运行,改造后的提升机电控系统运行安全可靠,操作简单,不但可以加强系统的控制功能,加强系统对故障的判别和处理能力,而且也大大提高了系统的可靠性和安全性,维护工作量也比原系统减少了40%,耗电量减少了20～30%,节能效果显著,

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[2] 于广胜.PLC技术在东海煤矿提升机电控系统的应用[J].煤矿机械,2009(5)

[3] 刘广龙,郑旭民,刘占民.三菱PLC在矿井提升机电控中的实际应用[J].煤,2010(5)

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[5] 李晓,薛永鲜.平煤八矿矸石山提升机电控系统改造[J].中州煤炭,2009(9)

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[7] 陈根强.杨庄矿主提升机电控系统改造[J].煤炭技术,2008(7)

PLC in the coalm ine hoist control system

JING M ingxing1,2,LUO Jianguo1,YANG W eihao2,WANG Huina2,ZHOU Zhuqing2
(1.North China lnstitute of Science and Technology,Yanjiao Beijing-East 101601;
2.Zhongping to Chemical Group,Pingdingshan Henan 467000)

Zhongping able to turn a group of high Colliery shaft electronic control system there is a high operating cost,energy consumption,low automation,proposed refor m program,refor mimproved the safety after the accident rate significantly lower safety benefit obvious economic benefits,for similar electric control system of the transfor mation of reference.

PLC;elevator;electronic control system;Application

T M921.5

A

1672-7169(2010)04-0071-03

2010-08-26

荆明星(1980-),男,河南省平顶山市人,原在中平能化集团高庄矿工作,现在华北科技学院机电系学习。