煤礦主提升機電控系統(tǒng)優(yōu)化

趙凱凱

摘要：隨著科技的發(fā)展，煤礦企業(yè)發(fā)展越來越好。而提升機作為煤礦重要的運輸設備，是機械和電氣綜合組成的一體化大型設備，礦井提升機的工作特點是在一定的距離內(nèi)，按一定周期往復循環(huán)動作完成提升任務，必須具備良好的控制性能和完善的保護性能，來保證提升系統(tǒng)可靠地運轉(zhuǎn)。礦井提升機在安全性可靠性等方面要求極高，電控結(jié)構(gòu)復雜，參數(shù)多，安全性要求高，對于這樣要求苛刻的復雜系統(tǒng)進行優(yōu)化必然存在很多技術難題。

關鍵詞：煤礦；主提升機；電控系統(tǒng)；優(yōu)化分析

引言

煤礦主提升機作為礦井生產(chǎn)得以持續(xù)、高效開展的關鍵構(gòu)成設備之一，其運行質(zhì)量對整個礦井經(jīng)濟效益有著不可替代的關鍵作用。新華礦礦用提升機為典型的多繩摩擦提升機，配套電機功率2800kW，變頻裝置選用交直三電平拓撲結(jié)構(gòu)。經(jīng)過多年長期使用后，主提升機供電系統(tǒng)供電質(zhì)量不斷下降，變頻裝置損壞幾率大幅提升，鑒于此，為實現(xiàn)提升機運行安全、有效，為礦井生產(chǎn)提供切實保障，提升機電控系統(tǒng)需要更具穩(wěn)定性的供電網(wǎng)絡，針對其開展電控系統(tǒng)優(yōu)化意義重大。

一、背景及意義

礦井主提升系統(tǒng)主要由電控系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、信號系統(tǒng)等部分組成。其中電控系統(tǒng)為核心部分，制動系統(tǒng)是整個提升系統(tǒng)的安全保證，只有深入的對制動系統(tǒng)進行學習研究，才能有效的保證制動系統(tǒng)的可靠完善，進而保證主提升系統(tǒng)的安全運轉(zhuǎn)。目前，國家相關部門及法律法規(guī)對提升制動系統(tǒng)的主要要求有以下幾方面：

（一）《國家安全監(jiān)管總局關于印發(fā)《淘汰落后安全技術工藝、設備目錄（2015年第一批）》的通知》中的相關要求：礦井提升機制動系統(tǒng)十字彈簧控制壓力的液壓站屬于限制使用設備，代替的技術裝備為采用電磁比例閥或先導結(jié)構(gòu)比例溢流閥控制壓力的液壓站，變頻電機控制壓力的液壓站。

（二）《煤礦安全規(guī)程》（2006年）對提升制動系統(tǒng)的要求主要有以下3條：

1.第425條要求安全制動必須有并聯(lián)冗余的回油通道。

根據(jù)要求首先要明確兩個概念：①、安全制動：在提升機運行過程中發(fā)生異常情況，需要緊停車的情況，包括接近進口的一級制動和井中的二級制動；②、冗余的概念：指重復配置系統(tǒng)的某一部件，該部件的總數(shù)量需要≧2個，部件的類型一致，控制方式一致。所以也就是要求在一級制動回路和二級制動回路中的所有參與閥組必須是控制方式一致的同類型的2個以上閥組。而對于增加手動泄壓閥的方式不在并聯(lián)冗余的范疇，因為它與液壓站上的電磁閥不是同類元件，控制方式一個是自動控制，一個是人工手動控制?？勺鳛闃O端情況下，冗余保護以外的后備措施。

2.第426條提升機機械制動裝置的制動力矩倍數(shù)要求

3.第427條立井提升系統(tǒng)的安全制動減速度必須符合下列要求：提升減速度≤5m·s-2，下放減速度≥1.5m·s-2。

二、提升機電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析

（一）控制模塊優(yōu)化分析

提升機電控系統(tǒng)控制模塊主要由MPI總線、Profibus-DP協(xié)議和S73000PLC站共同構(gòu)成。其中MPI總線的功能是提前將系統(tǒng)運行所需相關數(shù)據(jù)存入配置表，并借助組態(tài)配置措施實現(xiàn)整個系統(tǒng)運行時信息通訊暢通；Profibus-DP協(xié)議借由對通訊模塊的調(diào)配使用進行通訊編程，編程時依據(jù)主從協(xié)議對各模塊進行調(diào)配；S73000PLC站共配設三個PLC設備，其中保護PLC充當主站，另兩個作為從站，完整的數(shù)據(jù)采集過程借助數(shù)字量、模擬量和編碼器計數(shù)模塊共同完成，并通過程序編碼實現(xiàn)對提升機信號的調(diào)控，提升機運行速率與行程的測定主要借由記錄軸并量化編碼裝置生成的脈沖予以實現(xiàn)。各運行數(shù)據(jù)最終全部錄入調(diào)節(jié)系統(tǒng)并通過分析后對提升機的安全運行進行指導。此外，電控系統(tǒng)配套使用的STEP7軟件能夠為提升機運行中所需的自動操控、手動操控、檢修及加減速操作和各類保護功能提供有效服務，其整體設計采用結(jié)構(gòu)化與模塊化。

（二）變頻調(diào)速優(yōu)化分析

提升機變頻調(diào)速裝置采用DSP+FPGA相結(jié)合的構(gòu)造，能夠?qū)崿F(xiàn)功率因數(shù)控制、故障診斷、速度閉環(huán)、電流及矢量閉環(huán)等功能，所用處理器多使用32bit數(shù)字信號。整個變頻調(diào)速裝置控制回路為三電平拓撲構(gòu)造，四個功率組件串聯(lián)分布于不同相的進線側(cè)，同時出線側(cè)和進線側(cè)采取一樣的布設方式，并借助二極管實現(xiàn)鉗位與續(xù)流功能。主控回路中三種電平均采用直流母線輸出的模式，這種方式相較于傳統(tǒng)的雙電平機構(gòu)不僅能夠顯著降低變頻設備運行時的干擾性，大幅削減功率裝置和電機運行電壓，同時還能顯著降低開關啟閉頻率，減小開關損耗并顯著提升系統(tǒng)運行的可靠性，實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化升級。

此外，在系統(tǒng)的控制上，減少開關啟閉頻率和降低進線電抗能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)運行時的能量雙向流動，該功能的實現(xiàn)需要借助高性能的矢量控制予以達成。其具體方法為借助電機輸出功率的調(diào)控，實現(xiàn)對電機定子及電網(wǎng)功率因素的控制，從而有效規(guī)避變頻裝置運行對電網(wǎng)的不利影響，防止電網(wǎng)受到“污染”。

三、礦井提升機電控系統(tǒng)在煤礦的應用

某煤礦副井提升機電氣控制系統(tǒng)采用TS3A型電控系統(tǒng)。TS3A型電控系統(tǒng)能將可靠性和安全性放在首位，電控設備執(zhí)行GB3797及煤炭行業(yè)相關標準，在元器件選擇上，進行嚴格篩選，關鍵環(huán)節(jié)全部采用進口部件，在工藝上，采用經(jīng)過實踐檢驗的電工行業(yè)先進技術，采用雙安全回路，關鍵控制量的傳輸也采用雙回路方式，一是通過PLC控制，一是直接傳輸。具有下列優(yōu)點：

（1）主回路驅(qū)動控制系統(tǒng)能自動優(yōu)化驅(qū)動電機的參數(shù)；（2）在安全回路方面，系統(tǒng)采用了相互獨立的繼電器安全回路和S7-400、S7-300分別形成的軟件安全回路，S7-400形成完善的故障診斷系統(tǒng)，S7-300作為S7-400故障診斷的后備，主要完成電樞過流和行程類故障的判定，針對井筒過卷、高壓柜合閘、快開及整流器故障，繼電器安全回路再次將其納入其中，大大提高了系統(tǒng)的安全性；（3）電控系統(tǒng)采用工業(yè)總線方式構(gòu)成系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡，通過總線方式傳輸數(shù)據(jù)，極大地簡化了控制系統(tǒng)的硬線連接，更有利于電控系統(tǒng)的進一步優(yōu)化工作；（4）具有完備的故障診斷和上位監(jiān)控功能，非常有利于對系統(tǒng)的維護，在較大程度上縮短了處理故障的時間；（5）控制系統(tǒng)軟件采用結(jié)構(gòu)化設計，使用于各種直流電機，實現(xiàn)了行程與速度給定一一對應的邏輯關系；

結(jié)語

總之，煤礦主提升機電控系統(tǒng)作為提升機運行的操控樞紐，其運行的有效性對提升機自身功能的充分發(fā)揮有著關鍵影響。借助現(xiàn)代化技術將PLC工藝引入主提升機電控系統(tǒng)，不僅能夠大幅提升系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和安全性，而且能夠?qū)Τ霈F(xiàn)的故障進行自動診斷，從而確保設備運行不間斷，確保最大發(fā)揮其生產(chǎn)性能，在規(guī)避系統(tǒng)運行故障發(fā)生的同時為礦井經(jīng)濟效益和社會效益的獲得提供保障。

參考文獻：

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