煤矿主提升机电控系统优化

赵凯凯

摘要：随着科技的发展，煤矿企业发展越来越好。而提升机作为煤矿重要的运输设备，是机械和电气综合组成的一体化大型设备，矿井提升机的工作特点是在一定的距离内，按一定周期往复循环动作完成提升任务，必须具备良好的控制性能和完善的保护性能，来保证提升系统可靠地运转。矿井提升机在安全性可靠性等方面要求极高，电控结构复杂，参数多，安全性要求高，对于这样要求苛刻的复杂系统进行优化必然存在很多技术难题。

关键词：煤矿；主提升机；电控系统；优化分析

引言

煤矿主提升机作为矿井生产得以持续、高效开展的关键构成设备之一，其运行质量对整个矿井经济效益有着不可替代的关键作用。新华矿矿用提升机为典型的多绳摩擦提升机，配套电机功率2800kW，变频装置选用交直三电平拓扑结构。经过多年长期使用后，主提升机供电系统供电质量不断下降，变频装置损坏几率大幅提升，鉴于此，为实现提升机运行安全、有效，为矿井生产提供切实保障，提升机电控系统需要更具稳定性的供电网络，针对其开展电控系统优化意义重大。

一、背景及意义

矿井主提升系统主要由电控系统、制动系统、调速系统、润滑系统、信号系统等部分组成。其中电控系统为核心部分，制动系统是整个提升系统的安全保证，只有深入的对制动系统进行学习研究，才能有效的保证制动系统的可靠完善，进而保证主提升系统的安全运转。目前，国家相关部门及法律法规对提升制动系统的主要要求有以下几方面：

（一）《国家安全监管总局关于印发《淘汰落后安全技术工艺、设备目录（2015年第一批）》的通知》中的相关要求：矿井提升机制动系统十字弹簧控制压力的液压站属于限制使用设备，代替的技术装备为采用电磁比例阀或先导结构比例溢流阀控制压力的液压站，变频电机控制压力的液压站。

（二）《煤矿安全规程》（2006年）对提升制动系统的要求主要有以下3条：

1.第425条要求安全制动必须有并联冗余的回油通道。

根据要求首先要明确两个概念：①、安全制动：在提升机运行过程中发生异常情况，需要紧停车的情况，包括接近进口的一级制动和井中的二级制动；②、冗余的概念：指重复配置系统的某一部件，该部件的总数量需要≧2个，部件的类型一致，控制方式一致。所以也就是要求在一级制动回路和二级制动回路中的所有参与阀组必须是控制方式一致的同类型的2个以上阀组。而对于增加手动泄压阀的方式不在并联冗余的范畴，因为它与液压站上的电磁阀不是同类元件，控制方式一个是自动控制，一个是人工手动控制。可作为极端情况下，冗余保护以外的后备措施。

2.第426条提升机机械制动装置的制动力矩倍数要求

3.第427条立井提升系统的安全制动减速度必须符合下列要求：提升减速度≤5m·s-2，下放减速度≥1.5m·s-2。

二、提升机电控系统结构优化分析

（一）控制模块优化分析

提升机电控系统控制模块主要由MPI总线、Profibus-DP协议和S73000PLC站共同构成。其中MPI总线的功能是提前将系统运行所需相关数据存入配置表，并借助组态配置措施实现整个系统运行时信息通讯畅通；Profibus-DP协议借由对通讯模块的调配使用进行通讯编程，编程时依据主从协议对各模块进行调配；S73000PLC站共配设三个PLC设备，其中保护PLC充当主站，另两个作为从站，完整的数据采集过程借助数字量、模拟量和编码器计数模块共同完成，并通过程序编码实现对提升机信号的调控，提升机运行速率与行程的测定主要借由记录轴并量化编码装置生成的脉冲予以实现。各运行数据最终全部录入调节系统并通过分析后对提升机的安全运行进行指导。此外，电控系统配套使用的STEP7软件能够为提升机运行中所需的自动操控、手动操控、检修及加减速操作和各类保护功能提供有效服务，其整体设计采用结构化与模块化。

（二）变频调速优化分析

提升机变频调速装置采用DSP+FPGA相结合的构造，能够实现功率因数控制、故障诊断、速度闭环、电流及矢量闭环等功能，所用处理器多使用32bit数字信号。整个变频调速装置控制回路为三电平拓扑构造，四个功率组件串联分布于不同相的进线侧，同时出线侧和进线侧采取一样的布设方式，并借助二极管实现钳位与续流功能。主控回路中三种电平均采用直流母线输出的模式，这种方式相较于传统的双电平机构不仅能够显著降低变频设备运行时的干扰性，大幅削减功率装置和电机运行电压，同时还能显著降低开关启闭频率，减小开关损耗并显著提升系统运行的可靠性，实现系统优化升级。

此外，在系统的控制上，减少开关启闭频率和降低进线电抗能够实现系统运行时的能量双向流动，该功能的实现需要借助高性能的矢量控制予以达成。其具体方法为借助电机输出功率的调控，实现对电机定子及电网功率因素的控制，从而有效规避变频装置运行对电网的不利影响，防止电网受到“污染”。

三、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，大大提高了系統的安全性；（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；

结语

总之，煤矿主提升机电控系统作为提升机运行的操控枢纽，其运行的有效性对提升机自身功能的充分发挥有着关键影响。借助现代化技术将PLC工艺引入主提升机电控系统，不仅能够大幅提升系统运行的稳定性和安全性，而且能够对出现的故障进行自动诊断，从而确保设备运行不间断，确保最大发挥其生产性能，在规避系统运行故障发生的同时为矿井经济效益和社会效益的获得提供保障。

参考文献：

[1]周玲玲.矿井主提升机电控系统优化[J].煤矿现代化，2017（1）：17-18

[2]张建忠.浅析煤矿提升机电控系统改造[J].机电信息，2010（30）：162