浅析矿井提升机电控系统在煤矿的应用

赵广社，吴硕果，何晓明

兖煤菏泽能化有限公司，山东 菏泽 274705

1 概述

矿井提升机的电控系统主要包括主控、驱动控制、监控、井筒信号、制动控制、人机对话、显示、硬件安全回路及其它子系统等硬件和软件。该系统具有全数字调速+可控硅整流+PLC控制功能，其中主控部分采用S7-400系列的可编程程序控制器，完成S曲线的给定和速度闭环控制；全数字直流调速系统的主驱动部分变流装置采用西门子6RA70；操作台配备工控机与PLC建立网络通讯，实现整个系统的时时监控；主控PLC、行程控制PLC、上位机，通过PROFIBUS总线构成网络；操作台配远程I/O，控制柜配远程I/O，远程I/O与主控PLC通过PROFIBUS总线构成网络；主井装卸载及提升信号系统采用PLC可编程控制，实现定量装载、监控、记忆、显示灯，彻底解决了原“TKD”电控老化、维修量大、事故率高、交流控制不稳定、停车位置不准确，经常出现紧急制动等不安全隐患，为矿井的长远发展奠定了基础。

2 矿井提升控制技术研究的必要性

目前我国提升机设备的制造和技术水平远远落后于世界提升机的发展水平，无论在硬件还是软件上都有较大差距。国内提升机电控系统设备技术水平较国外还有较大差距。数字化电控设备虽然已有部分产品，但尚未实现系列化、系统化、规模化。在提升机数控技术上仍处于学习发展阶段，多为消化吸收国外的成熟技术，技术相对较简单的软硬件已能够设计编制，但一些关键软件技术如驱动控制等尚未有较大突破若使用还需购买，生产的较高档电控设备的硬件多为国外公司的成熟产品。国内产品尚未达到国外80年代末的技术水平。

德国SIEMENS（西门子）公司和瑞典ABB公司是世界提升机电控设备生产领域的两大主要公司，代表了提升机电控技术和装备的世界先进水平。他们均生产系列化的提升机直流和交流驱动数据化电控设备，德国SIEMENS（西门子）公司的代表产品为SIMATICS5系列（用于主控、制动控制、井筒信号等）和SIMADYND 系列（用于驱动控制和监控）；瑞典ABB公司代表产品为MASTERPIECE系列（用于主控和监控）、PRIDE系列（用于直流驱动控制）和TCDC系列（用于交交变频交流驱动控制）。对应于硬件设备，两公司开发了适应不同系统要求的模块化、系列化、易读、易编的专用程序软件。

该系统不仅可用于煤炭、冶金行业的提升机系统，还可广泛应用于有驱动控制的领域及许多过程控制需要的场合，不仅可以成套使用，还可以根据实际情况使用某些系统，前景十分广阔，国外进口设备不仅价格高，而且技术服务和配件购置不方便；国内数控设备有取代国外数控设备的趋势。对提高我国提升机等领域的技术水平和经济效益具有重要意义。

3 矿井提升机的现状

我国提升机大部分使用模拟控制，模拟提升机的主控系统采用电器控制，触点多，接线复杂，故障率高，维护困难；驱动控制系统采用直流发电机组拖动，无功电耗较大；保护系统、监控系统等的信号采集采用机械传动、分离元件处理。

随着数控技术进入中国，中国也进行了数控化的产品开发研制，并且逐渐的应用到了提升机领域，国内如大中院校、企业院所正在做数字化提升机电控系统的集成开发尝试。但由于资金投入少，人力、技术力量不强，并且由于国际矿山领域经济的不景气，整个系统的成熟性没有再上一个台阶，目前应用在提升机领域的国内的数控产品存在下列问题：

1）驱动控制产品不成熟，功能不够强大，可靠性还需要提高；

2）对提升控制工艺没有深入的研究，缺乏提升控制与维护的经验，产品适应性不强；

3）在硬件配置上，存在安全性差，系统可靠性需要探讨，不能完全满足提升控制的需要。

4 矿井提升机的特点

考虑当今数控技术的发展，紧密结合提升机控制工艺的需要，我们认为当今先进的数字化提升机应具有以下特点：

1）在驱动控制上，矿井提升机直流拖动与交流拖动相比，调速性能好，不需附加其它拖动装置，随着驱动控制产品的成熟，完全能够实现全数字化控制，大大增加了系统的可靠性与控制精度。与此相比，交流控制产品不够成熟，存在造价高、不易维护的特点；

2）在整个系统的配置上，应采用现在比较成熟的网络化设计，既减少了现场维护的工作量，增加了系统的可靠性，又减少了现场施工的工作量，减低了系统的整体成本；

3）数控化的系统要有友好的人机界面，实时显示系统的各种信息，具有故障智能诊断功能，增加维护的方便性，减少系统的故障处理时间；

4）随着基础技术的不断进步，各元器件的可靠性大大提高，在提升机控制系统中，应选用高可靠性的器件。

5 矿井提升机电控系统在煤矿的应用

某煤矿副井提升机电气控制系统采用TS3A型电控系统。TS3A型电控系统能将可靠性和安全性放在首位，电控设备执行GB3797及煤炭行业相关标准，在元器件选择上，进行严格筛选，关键环节全部采用进口部件，在工艺上，采用经过实践检验的电工行业先进技术，采用双安全回路，关键控制量的传输也采用双回路方式，一是通过PLC控制，一是直接传输。具有下列优点：

1）主回路驱动控制系统能自动优化驱动电机的参数；

2）在安全回路方面，系统采用了相互独立的继电器安全回路和S7-400、S7-300分别形成的软件安全回路，S7-400形成完善的故障诊断系统，S7-300作为S7-400故障诊断的后备，主要完成电枢过流和行程类故障的判定，针对井筒过卷、高压柜合闸、快开及整流器故障，继电器安全回路再次将其纳入其中，大大提高了系统的安全性；

3）电控系统采用工业总线方式构成系统通讯网络，通过总线方式传输数据，极大地简化了控制系统的硬线连接，更有利于电控系统的进一步优化工作；

4）具有完备的故障诊断和上位监控功能，非常有利于对系统的维护，在较大程度上缩短了处理故障的时间；

5）控制系统软件采用结构化设计，使用于各种直流电机，实现了行程与速度给定一一对应的逻辑关系；

6）在社会和经济效益方面，该系统的投运，经济效益明显，系统吨煤电耗得到下降，日提升量有了较大幅度的提高。在社会效益方面，系统故障诊断的智能化和运行的自动化，大大减轻了职工的劳动强度，三条安全回路的可靠性设计，极大地提高了系统运行的安全性，通过此次数字化技术的应用，为该煤矿培养了一大批新型专业技术人才，为矿井今后的发展储备了人力资源。

总之，矿井提升机电控系统在煤矿提升系统中的应用，表现出运行稳定、可靠、维护方便等优势，并能为煤矿的发展带来社会和经济效益，从而为煤矿安全生产提供了保障，具有较高的推广应用价值。

[1]夏荣海，郝玉琛.矿井提升机械设备[M].徐州：中国矿业学院出版社，1997.