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      煤礦主井提升機(jī)電控系統(tǒng)改造與應(yīng)用

      2023-12-27 03:43:19鄭宏才
      中國(guó)煤炭工業(yè) 2023年11期
      關(guān)鍵詞:提升機(jī)電控編碼器

      文/鄭宏才

      鐵法煤業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司大興煤礦主井2#提升機(jī)電控系統(tǒng)已使用10余年,繼電器、編碼器等相關(guān)電氣元件故障頻發(fā),導(dǎo)致生產(chǎn)中斷的情況逐漸增多,嚴(yán)重影響主提升系統(tǒng)工作效率。為了保證主提升系統(tǒng)的高效性和穩(wěn)定性,大興煤礦于2020年9月至12月對(duì)主井2#提升機(jī)的電控系統(tǒng)實(shí)施改造。此次改造在保證提升機(jī)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的前提下,從整個(gè)提升系統(tǒng)入手,在兼顧提高設(shè)備功效的同時(shí),對(duì)傳動(dòng)控制部分、行程控制部分、數(shù)據(jù)傳輸部分等進(jìn)行了改造與優(yōu)化,并且應(yīng)用了一系列行之有效的節(jié)能技術(shù),取得了良好的使用效果。

      一、提升機(jī)電源部分以及傳動(dòng)控制部分改造

      1.電控系統(tǒng)電源部分改造

      將原電控系統(tǒng)中高壓電源部分設(shè)備設(shè)施予以保留,原傳動(dòng)控制部分全部換新采用磁場(chǎng)恒定、電樞換向、12脈動(dòng)并聯(lián)的運(yùn)行方式,在確保系統(tǒng)正常使用的前提下,徹底杜絕了由于主回路部件氧化銹蝕帶來(lái)的一系列故障以及電能浪費(fèi)問(wèn)題。

      2.傳動(dòng)控制部分改造

      將原西門(mén)子6RA70直流調(diào)速裝置更新為具有性能可靠、使用穩(wěn)定、維護(hù)量小等諸多優(yōu)點(diǎn)的6RA80系列產(chǎn)品,該系列產(chǎn)品將運(yùn)行代碼和故障代碼由4位字符升級(jí)至5位字符,使提升主電機(jī)的調(diào)節(jié)控制范圍更加寬泛,各種傳動(dòng)保護(hù)功能更為安全可靠。對(duì)提升主電機(jī)傳動(dòng)控制參數(shù)重新進(jìn)行調(diào)試整定,依照設(shè)備的實(shí)際性能及使用情況,在實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速、穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上,最大限度地對(duì)雙閉環(huán)直流調(diào)速中的PID調(diào)節(jié)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,并且重新對(duì)速度環(huán)中的微分(超前控制)環(huán)節(jié)各參數(shù)進(jìn)行反復(fù)模擬試驗(yàn),有效遏制了提升機(jī)變速時(shí)出現(xiàn)的速度超調(diào)趨勢(shì),使其能夠與積分(滯后控制)環(huán)節(jié)進(jìn)行較好配合,使系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定,也減少了相應(yīng)的無(wú)功損耗。傳動(dòng)控制部分改造在保障提升主電機(jī)在各種工況下運(yùn)行性能的同時(shí),大幅提高了主電機(jī)的工作效率以及電能利用率,降低了無(wú)謂的電能損耗。

      二、提升機(jī)行程控制部分改造

      1.電控系統(tǒng)中行程控制技術(shù)概述

      主提升機(jī)屬于在兩定點(diǎn)間進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)的大型機(jī)械設(shè)備,這樣的工作性質(zhì)及使用特點(diǎn),決定了提升機(jī)電控系統(tǒng)中的行程與速度聯(lián)合控制是最重要的部分。對(duì)提升機(jī)的控制,歸根結(jié)底是對(duì)于行程(位置)的控制。在提升機(jī)運(yùn)行過(guò)程中,位置及行程誤差的產(chǎn)生原因多種多樣,在傳統(tǒng)的行程控制工藝中,普遍采取在電機(jī)軸側(cè)、深度指示器側(cè)(牌坊或速控器)安裝編碼器的方式,通過(guò)對(duì)主滾筒單次全行程運(yùn)行總轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行聯(lián)合計(jì)量,配合每米脈沖數(shù)或單脈沖實(shí)際距離,來(lái)?yè)Q算出箕斗的實(shí)際行程與位置。

      但是,頻繁的重載往復(fù)運(yùn)動(dòng)會(huì)使鋼絲繩不可避免地出現(xiàn)拉伸及蠕動(dòng)變形,使鋼絲繩的實(shí)際長(zhǎng)度不斷發(fā)生改變。同時(shí),人為對(duì)鋼絲繩主滾筒運(yùn)行直徑進(jìn)行調(diào)整(車(chē)?yán)K槽及換襯塊),也會(huì)造成滾筒上鋼絲繩運(yùn)行圈數(shù)的變化,導(dǎo)致運(yùn)行狀態(tài)下的行程誤差不斷累積。在傳統(tǒng)的提升機(jī)行程控制技術(shù)環(huán)境下,一旦出現(xiàn)編碼器故障、停車(chē)開(kāi)關(guān)損壞、PLC掉電等現(xiàn)象造成行程混亂、提升機(jī)故障停止運(yùn)行時(shí),只能通過(guò)反復(fù)的空載運(yùn)行來(lái)逐步對(duì)各編碼器進(jìn)行校準(zhǔn),直至準(zhǔn)確一致,有時(shí)因行程校準(zhǔn)而空載運(yùn)行的次數(shù)可達(dá)十余次。頻繁的空載提升在降低提升機(jī)工作效率的同時(shí),也造成了機(jī)械磨損和電能浪費(fèi)。

      2.電控系統(tǒng)中行程控制技術(shù)的優(yōu)化改造

      大興煤礦主井2#提升機(jī)新電控系統(tǒng)采用導(dǎo)繩輪增量計(jì)數(shù)、速控器絕對(duì)計(jì)數(shù)、斷銷(xiāo)保護(hù)、滑繩保護(hù)、斷電行程記憶、同步開(kāi)關(guān)賦值等多種方式,聯(lián)合解決了主提升機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的行程控制問(wèn)題。

      (1)導(dǎo)繩輪編碼器計(jì)數(shù)方式。在傳統(tǒng)行程控制工藝的基礎(chǔ)上,即保留電機(jī)軸側(cè)編碼器和深度指示編碼器的同時(shí),增設(shè)導(dǎo)繩輪編碼器,以導(dǎo)繩輪轉(zhuǎn)數(shù)作為計(jì)量依據(jù)計(jì)算行程。因?qū)ЮK輪周長(zhǎng)較為固定,在忽略鋼絲繩與導(dǎo)繩輪襯塊間細(xì)微的滑動(dòng)摩擦的基礎(chǔ)上,無(wú)論滾筒直徑是否發(fā)生變化,此編碼器僅以鋼絲繩在導(dǎo)繩輪上運(yùn)行一周的固定長(zhǎng)度作為計(jì)量依據(jù),避免了傳統(tǒng)控制工藝中因主滾筒直徑變化造成的計(jì)量基準(zhǔn)改變而導(dǎo)致的多個(gè)編碼器出現(xiàn)行程偏差。

      (2)速控器絕對(duì)值計(jì)數(shù)方式。絕對(duì)值編碼器較增量式編碼器的最大優(yōu)點(diǎn),就是其具有掉電保持自動(dòng)記憶的功能,采用絕對(duì)值編碼器配合電機(jī)軸、速控器、導(dǎo)繩輪三個(gè)增量式編碼器進(jìn)行聯(lián)合計(jì)量,可以避免因故障斷電時(shí)出現(xiàn)的行程數(shù)據(jù)丟失或錯(cuò)誤問(wèn)題,同時(shí)絕對(duì)值編碼器在PLC程序內(nèi)部?jī)H作計(jì)量監(jiān)視用,并不參與實(shí)際的行程與速度控制,作用僅在于對(duì)操作人員及時(shí)進(jìn)行調(diào)零提示,如此可提高系統(tǒng)行程控制的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

      (3)同步開(kāi)關(guān)定點(diǎn)賦值方式。因主井2#提升機(jī)總提升行程是固定不變的,為763m,且同步開(kāi)關(guān)的安設(shè)位置是固定不變的,在4m位置,采取同步開(kāi)關(guān)定點(diǎn)賦值的方式,可將鋼絲繩長(zhǎng)度的各種變化誤差自動(dòng)屏蔽,使其縮小到停車(chē)位置至同步位置之間的4m范圍之內(nèi),極大地避免了誤差的過(guò)度累積,減少了每個(gè)提升循環(huán)后的行程顯示偏移量。

      通過(guò)以上方法對(duì)主提升機(jī)的行程進(jìn)行聯(lián)合控制,有效解決了主提升機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的行程控制問(wèn)題,減少了各種因素造成的行程誤差累積,提高了行程計(jì)量的準(zhǔn)確度及可靠性。即使出現(xiàn)編碼器故障、停車(chē)開(kāi)關(guān)損壞、PLC掉電等現(xiàn)象造成提升機(jī)行程故障時(shí),故障處理之后僅需開(kāi)啟同步測(cè)數(shù)空載運(yùn)行一至兩次,即可完成各編碼器的校準(zhǔn),恢復(fù)主提升機(jī)行程控制部分的正常使用,有效避免了因行程校準(zhǔn)而進(jìn)行空載運(yùn)行的次數(shù),提高了提升機(jī)工作效率,節(jié)約了電能。

      三、提升機(jī)中央控制等部分改造

      1.中央控制部分以及數(shù)據(jù)通訊部分改造

      新增遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)站1臺(tái),采用光纜傳輸連接,用以監(jiān)視提升機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況數(shù)據(jù),對(duì)提升控制主副P(pán)LC進(jìn)行組態(tài)、編程、調(diào)試及系統(tǒng)維護(hù)。新增DP(PROFINET網(wǎng)絡(luò)分站),配置網(wǎng)絡(luò)傳輸用服務(wù)器與千兆環(huán)網(wǎng)交換機(jī)連接;數(shù)據(jù)傳輸利用PROFINET工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳送接口接入礦井網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了提升機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)的高速、可靠傳輸。在卸載操作室內(nèi)增設(shè)1臺(tái)工控機(jī),實(shí)現(xiàn)了絞車(chē)控制監(jiān)控的全部功能,同時(shí)具備故障內(nèi)容的顯示、報(bào)警以及查詢(xún)功能,可為提升機(jī)檢修維護(hù)提供準(zhǔn)確故障點(diǎn),節(jié)省故障排查時(shí)間,減輕檢修維護(hù)人員的工作量。

      系統(tǒng)控制單元采用西門(mén)子S7-1500系列可編程控制器,通過(guò)TIA博途平臺(tái)V15.1,利用梯形圖和語(yǔ)句表聯(lián)合編程的方式,對(duì)提升機(jī)工藝流程進(jìn)行詳細(xì)、準(zhǔn)確的程序編輯。在井塔十層操作臺(tái)上預(yù)留硬件接口,用于測(cè)試提升機(jī)性能時(shí)使用。原控制系統(tǒng)中的舊設(shè)備部件及其纜線等全部換新,既保證了信號(hào)傳輸與設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性及可靠性,又有效避免了由于元器件、纜線等老化造成的電氣故障以及電能損耗。

      2.電控系統(tǒng)中其他部分改造

      井塔十層更新操作臺(tái)1臺(tái),二層新增1臺(tái)卸載操作臺(tái)以及遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)站,兩臺(tái)操作臺(tái)在使用功能、工作模式上保持完全一致,并在二層卸載操作臺(tái)設(shè)置權(quán)限轉(zhuǎn)換操作開(kāi)關(guān),配合裝載操作臺(tái),提升系統(tǒng)內(nèi)不同工作地點(diǎn)均可實(shí)現(xiàn)“手動(dòng)”“自動(dòng)”兩種控制方式的任意設(shè)置,減輕了作業(yè)人員的工作量。

      此外,在本次改造中,在整流變壓器室、輔助變壓器室、勵(lì)磁變壓器室、高壓柜室、低壓柜室、液壓站和潤(rùn)滑站室等地點(diǎn),全部安設(shè)了聲控節(jié)能燈具,其耗電量低,工作效率高,避免了“長(zhǎng)明燈”現(xiàn)象的發(fā)生。同時(shí),在保證電控系統(tǒng)安全可靠、滿足正常使用需求的前提下,傳感器優(yōu)先采用無(wú)源型以及小功率型,并且對(duì)主備液壓站的緊急回油功能進(jìn)行了電控部分的改造,在保證緊急回油功能完好可靠的同時(shí),取消了兩個(gè)電磁閥的使用,減少了不必要的電器元件投入,避免了電能的浪費(fèi),提升了整個(gè)提升機(jī)電控系統(tǒng)的節(jié)電效能。

      四、結(jié)語(yǔ)

      大興煤礦主井2#提升機(jī)電控系統(tǒng)成功改造實(shí)踐表明,主提升系統(tǒng)作為煤炭企業(yè)生產(chǎn)工藝中不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié),只有在保障其安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行的前提下,積極推廣應(yīng)用節(jié)能技術(shù),方可促進(jìn)煤礦安全高效發(fā)展和綠色低碳轉(zhuǎn)型,為礦井實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展作出積極貢獻(xiàn)。

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