主井提升机全数字网络化直流电控系统的开发及应用

王继超

摘要：主井提升机是煤矿生产的关键设备，本文重点对主井提升机的改造优化展开研究，进行了主井提升机全数字网络化直流电控系统的开发和应用，提高了矿井提升能力，实现了较好效果。

关键词：主井提升机;直流电控系统;开发;应用

1、研究背景

主井提升机是矿山生产的关键设备，其运行的安全性和可靠性对矿山生产起着至关重要的作用。传统的主井提升机通常在电动机转子回路中串接附加电阻进行起动和调速，这种控制系统存在可靠性差、调速性能较差、故障率高、电能浪费大、效率低等缺点。

2、主井提升机全数字网络化直流系统开发方案分析

随着电力电子技术的发展，主井提升机全数字网络化直流电控系统以成为现实，选用直流电动机传动，调速系统采用西门子公司的6RA70系列全数字直流调速装置实现磁场恒定、电枢换向串联12脉动控制。网络化操作系统采用S7-300双PLC双线制控制，配台式网络化控制操纵台，PLC实现对提升机的工艺控制和安全保护，安全保护采用以软件、硬件两回路安全回路实现双重保护。监控系统采用西门子原装进口工控机。操作系统、调速系统、监控系统之间通过工业局域网络进行系统通讯及信号交换，并预留与信号系统进行联网的接口，具有远程监控功能。该体统硬件配置功能强大、技术先进、安全可靠、高效节能。改进后的主井提升机具有以下优点：

2.1、采用电枢换向串联12脉动控制、磁场恒定。当一组整流装置出现故障情况下，12脉动可手动切换为6脉动，以确保提升机能实现全载半速运行，不需要减少载量。

2.2、加减速过程实现6/12脉动顺序控制，对电网的无功冲击较小，功率因数较高，高效节能。

2.3、采用全数字速度、电流、位置闭环控制使提升机在任意速度下运行稳定可靠并保持较高的运行效率。

2.4、操作和安全保护系统选用两套不同配置的西门S7-300系列可编程控制器，两套PLC互为CPU冗余控制。主辅PLC之间相互通讯及监视，操作过程实现双线控制方式，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。

2.5、PLC操作控制系统能完成提升机手动、半自动、全自动、慢动、检修及紧急控制等各种运行方式的控制要求等。控制系统根据罐位与去向之间的距离及提升种类，自动选取最大的运行速度，提高系统的运行效率。

2.6、装卸载系统整体设计包括装载站、卸载站和提升车房监控站三部分，主要运用PLC技术实现对装载给煤机，定量斗闸门等元件进行顺序控制，实现定重装载，满足提升信号的要求，可以在井底及绞车房内车房观察到提升重量.元件的运行状态等实时数据，并通过数据通信传导提升机上位计算机，便于网络化传输及提升工艺流程控制自动化。

3、对主井提升机全数字网络化直流系统开发过程研究

通过采用理论分析、探讨，方案确定，试运行与实际投运相结合的方法，以理论研究、方案比较为指导，针对：

3.1、转子回路串接电阻，消耗大量电能，造成资源浪费;

3.2、电阻分级切换，为有级调速，设备运行不平稳;

3.3、电动机滑环与电刷的电流大，不易维修，金属电阻的电流大经常烧坏造成短路;

3.4、低压变频器节能只设计在距井口40米处往上行驶才投入变频，电量节能不是全过程;

3.5、主副编码器没有同步校正，使编码器容易出现误差;

3.6、制动手柄没有软件控制。

3.7、控制回路主要开关没有输送到PLC，在出现事故时PLC上没有显示，延长了处理事故的时间。

3.8、电动机轴瓦减速机侧振动。

针对上述各项不利因素，特对新主井提升机全数字网络化直流电控系统进行开发应用，采用直流电动机传动，调速系统采用西门子公司的6RA70系列全数字直流调速装置实现磁场恒定、电枢换向串联12脉动控制。网络化操作系统采用S7-300双PLC双线制控制，配台式网络化控制操纵台，PLC实现对提升机的工艺控制和安全保护，安全保护采用以软件、硬件两回路安全回路实现双重保护。监控系统采用西门子原装进口工控机。实现PLC操作控制系统能完成提升机手动、半自动、全自动、慢动、检修及紧急控制等各种运行方式的控制要求等。控制系统根据罐位与去向之间的距离，自动选取最大的运行速度，提高系统的运行效率，达到高效节能。完成提升机位置闭环控制，实现位置的多重同步监测、校验等功能。主控PLC的故障自诊断，具有看门狗和负载能力显示功能。现场安全事故信号采用光电隔离后进PLC，利用PLC内部安全回路和外部硬件安全回路共同构成两重安全保护。在PLC内部也可设置多重保护回路，以实现对各种故障的综合判断。具有所要求的各种保护。实现数字行程给定功能，定位精度≤1cm，并实现数字行程罐位位置显示，在井筒内设置同步开关对光电编码器进行同步校正。

通过对原有的调速系统和控制回路进行改良设计，利用直流电动机传动，调速系统采用西门子公司的6RA70系列全数字直流调速装置实现磁场恒定、电枢换向串联12脉动控制，提高了提升机运行的稳定性，同时降低了能源消耗。网络化操作系统采用S7-300双PLC双线制控制，配台式网络化控制操纵台，PLC实现对提升机的工艺控制和安全保护，安全保护采用以软件、硬件两回路安全回路實现双重保护，极大保障了提升机运行的可靠性和安全性。监控系统采用西门子原装进口工控机。操作系统、调速系统、监控系统之间通过工业局域网络进行系统通讯及信号交换，并预留与信号系统进行联网的接口，具有远程监控功能。主轴传动装置上的轴编码器信号进入主控PLC，电机上的轴编码器（测速发电机）信号进入辅控PLC，作为两路完全独立的数字行程监控器的位置信号，通过网络通信，两路数字监控相互比较、冗余控制，实现速度的包络线保护、位置闭环控制，确保数字监控器的准确、可靠、安全。

4、主井提升机全数字网络化直流系统应用后的效果分析

4.1、技术先进性

提升数据柜选用双套不同配置的西门子S7-300可编程控制器。双PLC之间既有软件上的联锁，还有硬件上的联锁和看门狗电路。对PLC的运行进行监视，防止因为PLC死机或其他意外原因造成PLC故障时能及时监测并参与安全保护。

完成提升机位置闭环控制，实现位置的多重同步监测、校验等功能。主控PLC的故障自诊断，具有看门狗和负载能力显示功能。实现PLC程序、安全故障及事件的实时打印。软件和硬件冗余的安全回路。现场安全事故信号采用光电隔离后进PLC，利用PLC内部安全回路和外部硬件安全回路共同构成两重安全保护。在PLC内部也可设置多重保护回路，以实现对各种故障的综合判断。具有所要求的各种保护。

4.2、运行可靠性

现设备在手动、半自动、自动、检修操作方式控制下运行，给矿井正常提升、检修、保养提供了充分保证，操作和安全保护系统选用两套不同配置的西门子S7-300系列可编程控制器，两套PLC互为CPU冗余控制。主辅PLC之间相互通讯及监视，操作过程实现双线控制方式，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。从系统角度提高了设备运行的安全性。

5、小结

综上所述，对主井提升机全数字网络化直流电控系统的开发和应用，其整个系统设计思想先进，结构合理，使用方便，维护量小，保护性能完善可靠，使用寿命长，节能效果好，运行平稳故障率低，安全性能也明显的提高，大大增加了有效提升时间，提高了矿井的提升能力。

参考文献：

[1] 陈春林.浅谈全数字煤矿主井直流提升机的自动化控制技术[J].科技致富向导，2013，（18）.

[2] 孙鹏.对矿山提升机自动化控制趋势的探讨[J].中小企业管理与科技，2014，（31）.

（作者单位：冀中能源峰峰集团有限公司大淑村矿）