ABB主立井提升机提升控制系统的结构分析

杨 森

（晋能控股集团晋城煤炭事业部长平公司，山西 高平 048000）

立井提升煤矿里面立井提升机是主要设备中的其中一个，其主要作用是提升物料、原煤及设备、人员的上升下降。提升机运行的高效性、安全性主要表现在其电控系统里，其电控系统的优缺点会对矿井中的人员的安全和生产的效率有很大影响。所以，ABB 立井提升电控系统是把非常安全可靠的系统为标准来进行设计与选型的。本文与ABB 公司生产的落地式摩擦式提升机相结合，并研究和分析提升机自动化控制系统，希望可以在结果中发现实现自动化的提升机控制系统的可靠、合理及科学的设计观念和使用的方法。

1 ABB提升系统的组成部分

检测保护、逻辑、通讯、比较、算数计算、顺序控制等功能可以由ABB主控系统软件来完成，构成部分包括S800 I/O系统与AC800M PLC系统，AC56000传动控制系统重点要完成的功能是和传动相关的监测控制保护功能、电流闭环控制功能和速度。传动控制系统有以下三部分组成：励磁控制、电流控制、驱动控制，有以下几项组成：高压柜、励磁单元(EXU)、变压器、电压限副单元(VLU)、两套直流调速装置。提升机被监控系统计算与监督检测其位置和速度等，作为后备功能对系统的主控和驱动进行保护，电机侧的编码器脉冲给监控系统的位置速度发送解算信号。ABB提升系统联合ABB闸控系统，其具有紧急制动功能的是恒力矩制动与恒减速制动，在投入紧急制动的时候，首要投入安全制动功能比较良好的恒减速制动。以下几项组成了操作维护系统，包含控制速度的手柄、选择开关、制动手柄、按钮、蜂鸣器、光字牌、显示仪表和深度指示器等。对监视系统进行提升，并供给客户最直观的界面，能够对系统的提升供给最及时的数据监视和对系统进行维护。卸载站信号控制系统与装载站信号控制系统构成了井筒信号系统。

2 ABB提升系统的主要控制功能

2.1 设备的分闸、合闸、起动、停止和提升机位置及速度的测量功能

设备主要包含以下几部分，如传动风冷系统、变流器、电机风机、高压开关的合闸、分闸与起动、停止的外围设备等。使用增量型编码来测量ABB 提升机速度位置，其增量型编码器的位置是电机及滚筒的一边，经过脉冲式编码器输出信号把信号输送至DP820 模块，最后其信号被PLC程序来进行计算。

2.2 滚筒直径具有的功能

对提升机速度和位置计算有很大影响的参数是滚筒直径，因为绳衬一直在发生着摩擦，进而导致计算有误差，为了计算的准确性，就需要一直对其修改纠正，要把滚筒直径在CPU未复位时记录下来，这样有利于复位以后可以对直径进行重置[1]。

2.3 井筒开关和提升机一致功能

在程序里面，脉冲技术模块提供的数据满足滚筒直径、提升机的速度、位置计算需要的所有的数据，所以，确保提升机能否安全、精确及正确的运行由脉冲计数模块提供数据是否正确来决定，因此，在提升时，要想把偏差清除掉，就要校正其步伐一致。提升机在运行时的步骤是：第一，起步。第二，爬行。第三，匀加速。第四，匀速。第五，匀减速。第六，爬行。第七，低爬。第八，停车制动。在这一步骤中，提升速度控制的最重要的部分是第五至第八部分，所以，在这一阶段的井筒内相应部位安装了井筒传感器：到位开关(+0m)、同步开关(-6.1m)、减速点开关(-84m)。

3 分析ABB提升控制系统的安全原则和保护策略

3.1 ABB提升控制系统的安全原则

由于把欧盟的EN954-1 作为了ABB 提升机控制系的参考标准，并且ABB 提升机控制系统达到了标准，把欧盟的EN954-1当作标准的有选型及系统设计等。为了使提升机系统的危害下降，可以使用安全性比较出名的设计规则来对其进行设计。

3.2 可编程序控制器的保护功能

PLC 控制系统中监控AHM 与主控AHC 是两套没有任何联系的，并被ABB 的高性能PLC 系统所使用，在监控AHM 与主控AHC 中，AHC 是控制及监视提升机的，但AHM只用于监视提升机。Watch-dog存在于监控AHM与主控AHC中，其作用是对PLC工作情况进行监视，没有关联的跳闸输出存在于两个控制中，比较两个控制器主要的过程变量，若偏差没在范围内的，就会造成安全回路发生跳闸。内置电池后备时间:48h 以上，系统读写存储器:8Mbyte，处理器模块:PM856/PM861，48MHz，Profibus-D 只TCP/IP，通讯接日/协议：Etherne，I/O 模块：5800 I/O，最小任务周期：1ms。

3.3 明确提升机的位置及速度

由互无联系的控制器AHM及AHC对提升机速度及位置进行计算，AHC 主控系统和AHM 监控系统这两套控制器分别读取的是滚筒一方和电机一方的轴的末尾增量型脉冲编码脉冲信号(10000ppr)，并与其相对应的脉冲量的计数卡相连，而且把同步开关的安装在了井筒中，位置检查开关的设置，是同步其位置，为准确地确定提升机的速度及位置提供保障。

3.4 安全回路的保护的工作原理

软件安全回路及硬件安全回路构成了安全回路的保护，其中硬件安全回路占主导地位，并且硬件安全回路和安全回路互相作用，控制系统主要状况信号、传动系统、信号系统、监控系统、装卸载系统、制动系统等，在要求投入安全回路时，控制系统中就会有跳闸动作在软件安全回路中发生，并且，硬件安全回路也会接到跳闸的指令；此时，硬件安全回路会被上面所讲的触发信号所断开，继而安全制度会被触发。安全保护的最终部分即为硬件安全回路，其依据的是上电时闭合，失电时断开，最大程度的保障安全回路在任意的一个异常情况下都可以动作跳闸，为提升机运行的安全性、可靠性提供保障[2]。

3.5 安全制动保护的工作原理

安全制动回路被设计在系统中，若有紧急制动发生时，制动器中的油会快速地由两条回路回油，并且油压会快速地下降至为V37 的压力，闸控卡会对V37 压力进行控制，完成恒减速紧急制动，若恒减速不成功的时候就会转换成恒力矩制动。把后备电池设计在了闸控板中，如果有电源发生了中断，也可以设置的安全制动模式启动。

3.6 划分ABB提升机控制系统的故障等级

有很多的保护功能被设计在ABB 提升机控制系统中，依据提升机系统受到故障的影响不同，故障被保护功能分为了三种。系统监视内经常发生的故障就是报警故障，比方天轮/主轴承和主变压器等的温度比较高，系统在运行时这类故障会对其有间接的危害，但不用中断提升，只要有报警信号发出，把故障信息让维修及操作人员知道即可，对故障的处理在合适的时间进行就可以。电气减速紧停故障虽然会对提升机的运行有很大影响，但其不可能马上有重大事故产生，比方，当主轴承的温度大于75℃时，液压站中蓄能器含有的氮气压力就会下降到非常低的值，所以，提升机首先把电气的速度减慢到和爬行相同，然后接着紧急停车制动。以下是急停的两种故障:第一类故障是马上就能导致紧急制动，第二类故障是提升机已经停车了然后才有紧急停车发生的。前者发生紧急停车制动以后，提升机系统就会马上停车，不然也许会危害成套的系统。后者发生紧急停车制动以后，不可能马上就有十分严重的危害或事故产生，还能够把这次的提升完成，若已经停车了，仍要提升首先就是把急停故障进行排除。依据提升机的操作功能的不同来对主要的控制系统的保护功能进行划分为：反转保护、高压保护、液压制动系统的保护、速度保护、低压保护、井筒设备的情况保护、位置测量保护、过卷保护、温度保护、张力测量保护、辅助设备状态保护、运行的同步保护、其他保护等。

4 结论

矿井中所有的大型设备中提升机就是其中的一个，对整体矿井的生产的安全性有至关重要作用的是提升机的安全性。该文与ABB 提升机的电控系统相结合并有条理的进行了分析与设计，可以为研究提升机的控制技术和电控系统的使用提供参考。研究更加成熟、先进、可靠的提升机自动化控制系统技术，就需要所有的矿井科技工作人员一起奋发，方能提升我国使用提升机的控制技术和自动化的控制系统。