鹤岗市益新煤矿混合井3.25米提升机电控系统改造

张必克

【摘 要】本文对煤矿主井提升机原电控系统现状作了简要介绍，提出了全数字网络化电控系统改造方案。并介绍了数字化网络化的电控系统的硬件结构和系统的功能特点，通过对新老系统深入分析以及性能比较，体现了新系统的数字化、网络化以及安全性、可靠性、高效性等特点。

【关键词】混合井；提升机；电控系统

一、现场描述

（1）原电控系统描述：

原有电控采用TKD交流电控系统，维修量大，故障率高，提升效率低。

（2）提升机系统主要技术参数：

1、 型号：JKM-3.25×4型塔式多绳摩擦式提升机

2、 滚筒直径：3.25米

3、 天轮直径：3.25米

4、 最大静拉力：450KN

5、 最大静拉力差：140KN

6、 减速机速比：10.5：1

7、 提升方式：立井多绳摩擦式

8、 提升高度：620

9、 最大提升速度：8m/s

10、 主电机：双电机拖动。每台直流电动机参数：功率1000KW，电枢电压660V，电枢电流1630A，额定转速500/1000转/分。

（3）高压进线电压：6kV

二、改造后提升机电控系统

1、提升机采用直流电机驱动，电控传动系统要求采用全数字磁场恒定电枢可逆串联12脉动直流提升机电控系统。传动系统配置要求如下：

（1）励磁调节及整流柜采用独立的原装西门子6RA80直流调速装置。

（2）电枢调节柜内采用两台西门子6RA80直流调速装置控制XFJ7型大功率整流柜，实现磁场恒定、电枢可逆串联12脉动控制。带有调节器应急开车功能及单整流柜6脉动半速全载运行功能。

2、高压真空开关柜保留原有设备，2台整流变压器、1台辅助变压器保留原有设备。供货厂家应保证其系统能完全与该部分设备无缝对接。

3、低压配电柜除按系统已知的回路配置配电装置外，还应根据用户现场要求的辅助配电回路配置电气设备，低压柜应按国家标准留有裕量。控制系统应留有与提升机闸控、润滑等辅助系统的接口（具体数量和类型按实际需要量定）。

4、网络化PLC控制系统采用西门子公司S7-300可编程控制器，其中两套主、辅控PLC实现安全保护“双线制”控制，配套“数字行程控制”监控功能。两套PLC相互通讯及监视，操作过程、安全保护实现双线控制方式，对提升机运行关键的信号（如速度、容器位置、安全、减速、过卷等等）均采用多重保护，互为监视。PLC间采用总线通讯方式。可编程控制器的I/0模块必须有不少于20%的备份。

在控制装置的设置上要求能满足正常及紧急故障状态下安全提升的要求。提升机的控制系统与提升信号相闭锁。

数字行程监控器及提升控制器能对速度、位置、井筒开关等重要信号进行相互监视。

为进行故障和误操作分析，应提供专用信号记录仪，储存的信息可随时打印。打印机能记录所有的报警信号和操作信号以及生产报表，并具备硬拷贝功能。显示、打印应采用中文。

5、网络化PLC控制系统应配备集控功能和远程协助维护功能，系统配置与老主井、新副井、老副井、混合井2.25相同功能配置的集控网络模块和远程协助功能，使PLC系统能够与动力科集控服务站连接，实现动力科对上述所有提升机电控系统的集中监控，各提升机集控系统画面及操作功能应一致，便于维护管理；并且在任何地点均能通过IE浏览器观察现场各台提升机的运行状态；并具备远程协助维护功能，通过厂家的远程协助维护系统服务平台实现对现场各台提升机电控系统的远程监控及诊断、网络维护服务、远程协助修改程序等功能，当设备出现故障时通过该功能，厂家能够快速监控程序并解决现场故障、保证生产的连续性。

6、数字行程监控器：在监测提升容器在井筒中的准确位置的基础上，自动跟踪生成提升包络线。主要完成滑绳和超速等判断，实现提升全过程的位置、速度监控。提升机每一侧提升容器位置的测量、计算、同步以及显示等均为独立回路，主、副两套PLC及开关独立监测。数字行程监控系统的监测元件为轴编码器，轴编码器利用同步开关有自校准功能，并具备编码器断线保护功能。数字行程监控器的定位精度不大于±1cm。

7、制动闸系统：两套闸控制环节（软件与硬件冗余），即外部继电器回路和内部PLC同时作用于制动阀，包括安全制动和工作制动。其中工作闸可实现PLC自动和闸把手动调节。电控系统应能与液压制动系统协调一致，正确的处理来自液压制动系统的信号，对其进行控制和监视，并在安全制动过程中实现恒减速或恒力矩制动功能。

8、闸瓦监控系统：应配置一台闸瓦监控控制柜，柜内配置独立PLC、模拟量采集卡、PLC隔离电源、15寸名牌触摸屏等设备，PLC与电控系统采用总线网络通讯+硬接口的软硬件冗余接口方式。闸瓦监控系统还应配备非接触式模拟量闸间隙传感器、红外线闸盘温度模拟量传感器、非接触式模拟量闸盘偏摆传感器等，每组闸配备独立的间隙传感器传感器，并形成独立保护。弹簧疲劳、闸间隙保护、闸盘偏摆、闸盘超温等保护可与提升机电控相闭锁。保护值动作精确，且细化到每一组盘形闸，便于现场维护。保护可在15寸触摸屏上通过监控画面显示及校准。闸瓦监控台体摆放在操作台一侧，要求采用流线弧形立式台体，颜色及风格与电控系统统一设计，美观大方。

9、上位监控系统：工控机和彩色终端及打印机组成上位机监控系统，（主机一台，2G内存，500G硬盘，带鼠标、键盘、22英寸液晶显示器一台，打印机一台），上位监控系统通过与PLC通讯采集数据实现多画面实时监控，多参量数码及曲线显示和记录，各种故障的报警及记录。上位机预留上級局域网采集提升机生产数据的接口并具有远程联网能力，提升机的各种信息可存储在专家服务系统中，供远程诊断使用，系统能够记忆提升机正常运行时的状态，判断提升机故障，进行故障预测及故障保护。

10、便携式提升机保护试验装置：要求系统配备便携式提升机保护试验装置一台，该装置能够与电控系统无缝对接，接入后能够对电控系统各项安全保护进行整定值修改和保护试验。该装置配备独立PLC，并具备友好的图形化人机界面，简单易操作，使现场人员根据界面提示对各项保护进行整定和试验。

11、开车方式：提升机应具备半自动、手动、检修、紧急控制及过卷回收等各种启车运行方式、加减速、爬行、停车和检修控制等控制要求以及特殊工况。

12、安全保护：

安全回路应具备双重化，独立运行互为冗余。设置继电器和主、副PLC及硬软冗余结构。安全回路的工作状态能在监视器上监视。

外部继电器安全回路应独立于其它回路，包括安全制动、紧急停车、高压分闸、变流器故障、超速、过卷、液压站过压、闸系统故障、快开分闸等，直接作用于电气传动系统、闸制动系统等。

第一类严重故障包括：过卷、等速过速、限速过速、全行程包络线超速、爬行段超速、2m/s定点超速、高低压电源故障、直流快开跳闸、励磁回路失压、电枢过流、磁场失磁、调节及整流装置故障、错向、PLC故障、急停操作、网络通讯故障、安全门在运行中打开、2只测速元件同时损坏、井筒开关失灵、主回路失压、速度比较错误、残压高、电机温度过高、钢丝绳伸长过大等等；故障紧急停车后能够计算急停位置补偿量，对急停造成的位移差进行补偿。

第二类重故障包括：深度指示器失效保护、编码器位置偏差过大、制动油路故障（油压过高、堵塞）、闸瓦磨损、主回路过压或接地或欠压等等；

第三类轻故障包括：测速元件损坏、润滑温度高、润滑油压高/低、电机温度报警、弹簧疲劳、闸盘偏摆、风机失压等等；

符合《煤矿安全规程》最新版规定的各种保护和系统本身所必须的保护。

13、在井筒内设置井筒开关，用于提升系统的减速、停车与过卷保护。减速及停车传感器采用井筒磁感应开关，带MA标志；过卷开关采用机械式限位开关。

14、配备编码器三个（采用进口品牌器件，带联轴节、安装支架等）。

【参考文献】

[1]谭国俊，熊树.矿井直流提升机全数字新型电控系统[J].煤矿机电，2006，（1）：4-6.