摘要：文章介紹了兗州礦區(qū)在數(shù)控技術(shù)應(yīng)用于礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)改造方面進(jìn)行的研究成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，具有相當(dāng)?shù)膮⒖純r(jià)值。

關(guān)鍵詞：煤礦；提升機(jī)；數(shù)控技術(shù)

中圖分類號(hào)：TD679文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

引言

    煤礦的井口提升工序是生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)。立井提升機(jī)擔(dān)負(fù)著物料、人員等的提升任務(wù)，是煤礦的關(guān)鍵機(jī)電設(shè)備之一。它的安全、可靠運(yùn)行對(duì)礦井的生產(chǎn)及安全起著非常重要的作用，不僅關(guān)系到礦井的生產(chǎn)能力，而且還與礦工的生命安全緊密系在一起。由于提升機(jī)的生產(chǎn)工藝要求比較高，所以它的電氣傳動(dòng)及控制一直是各國電氣傳動(dòng)界的重要研究領(lǐng)域。隨著生產(chǎn)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，礦井提升系統(tǒng)的安全可靠性也越來越顯突出，人們對(duì)提升機(jī)電控系統(tǒng)的要求，包括人性化、智能化設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)形式等都提出更高的要求。兗州礦區(qū)對(duì)提升機(jī)電控設(shè)備的長期操作過程中積累了許多經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)數(shù)控技術(shù)改造后的新設(shè)備仍然存在一些不完美的地方。近幾年來，兗州礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司下屬煤礦在數(shù)控技術(shù)應(yīng)用于礦井提升機(jī)的傳動(dòng)與控制改造方面進(jìn)行大量的研究和實(shí)踐，并且取得良好的現(xiàn)場使用效果，今后有必要繼續(xù)進(jìn)行深入研究和技術(shù)改造，使提升機(jī)數(shù)控系統(tǒng)更加完善。他們的經(jīng)驗(yàn)對(duì)國內(nèi)同行具有相當(dāng)?shù)膮⒖純r(jià)值。

1、礦井提升機(jī)數(shù)控化改造的研究

    山東科技大學(xué)和兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司南屯煤礦對(duì)國內(nèi)目前仍然大量使用的舊型礦井提升機(jī)數(shù)控化改造進(jìn)行了研究。

    礦井?dāng)?shù)控提升機(jī)系統(tǒng)主要由主控、驅(qū)控、制動(dòng)、監(jiān)控和井筒信號(hào)系統(tǒng)等組成，其安全回路設(shè)計(jì)以硬件安全回路為主,驅(qū)動(dòng)控制、制動(dòng)、監(jiān)控、井筒信號(hào)系統(tǒng)及關(guān)鍵狀態(tài)信號(hào)與主控有聯(lián)系和通訊關(guān)系的系統(tǒng)對(duì)安全回路調(diào)閘有要求時(shí),主控的安全回路（軟件安全回路）就會(huì)動(dòng)作,并向繼電器安全回路發(fā)出調(diào)閘指令。提升機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般以硬件繼電器安全回路為最后、最基礎(chǔ)的保護(hù)環(huán)節(jié),安全回路遵循帶電閉合、失電分?jǐn)嗟脑O(shè)計(jì)原則，以確保在任何異常的情況下安全回路均能調(diào)閘，確保提升機(jī)的安全運(yùn)行。

⑴行程校正

    礦井?dāng)?shù)控提升機(jī)利用主控系統(tǒng)接收來自與滾筒軸相連的脈沖變換器脈沖信號(hào)，進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)，然后計(jì)算出提升位置值和速度值。在提升過程中，由于鋼絲繩蠕動(dòng)、伸長、滑繩和主滾筒襯墊變化等因素會(huì)對(duì)提升機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生影響，以致計(jì)數(shù)結(jié)果出現(xiàn)偏差。為了防止提升機(jī)在運(yùn)行中的可變性因素導(dǎo)致行程計(jì)算與箕斗或罐籠實(shí)際位置不符，設(shè)置提升機(jī)行程校正功能。

    ①提升行程精確校正。提升箕斗在向上運(yùn)行過程中遇到井筒位置磁開關(guān)時(shí)，將磁開關(guān)所在位置的提升高度寫入PLC的高速計(jì)數(shù)功能模塊，實(shí)現(xiàn)行程校正。為了彌補(bǔ)磁開關(guān)動(dòng)作的不可靠性，系統(tǒng)在不同的位置高度設(shè)置多個(gè)行程位置校正開關(guān)。如果1個(gè)開關(guān)動(dòng)作失常而其余位置開關(guān)動(dòng)作仍能精確校正，在校正磁開關(guān)位置不變的情況下改變到位開關(guān)前的校正值實(shí)現(xiàn)到位位置小范圍調(diào)整，解決提升繩由于某種原因產(chǎn)生的長度變化對(duì)提升機(jī)狀態(tài)的影響。

    ②校正位置開關(guān)狀態(tài)檢查。這是提升機(jī)行程校正功能的預(yù)防性措施，主要實(shí)現(xiàn)箕斗或者罐籠向下運(yùn)行過程中檢查井筒位置開關(guān)動(dòng)作是否正常。如果連續(xù)2次檢測到同一個(gè)位置開關(guān)動(dòng)作失常，則自動(dòng)閉鎖自動(dòng)和手動(dòng)提升方式，警示提升機(jī)司機(jī)轉(zhuǎn)換到檢查工作方式進(jìn)行檢修。

    ③計(jì)算系數(shù)自動(dòng)校正。主要實(shí)現(xiàn)對(duì)主滾筒摩擦襯墊厚度變化的跟蹤檢測，完成單脈沖的行程計(jì)算。當(dāng)提升機(jī)工作在自動(dòng)方式并且穩(wěn)定運(yùn)行10min以上時(shí)，檢測到某個(gè)固定位置的行程值超過或者低于這個(gè)位置實(shí)際行程值的一定誤差范圍，就自動(dòng)啟動(dòng)計(jì)算系數(shù)校正功能，減小由于計(jì)算系數(shù)不精確造成的行程計(jì)算誤差。

⑵零速度閉環(huán)控制

    提升機(jī)最容易出現(xiàn)問題是運(yùn)行階段敞閘、起速和停車。在提升機(jī)敞閘的同時(shí)，控制系統(tǒng)的速度環(huán)和電流環(huán)均已閉環(huán)，但是速度環(huán)和電流環(huán)的滯后性使提升機(jī)在敞閘的同時(shí)出現(xiàn)向反方向下墜的現(xiàn)象。如果敞閘開始前給電流環(huán)輸入端1個(gè)電流給定值，驅(qū)動(dòng)裝置在提升機(jī)敞閘起始點(diǎn)輸出1個(gè)階躍的抑制重載箕斗或者罐籠下沉的電流，在整個(gè)敞閘過程中驅(qū)動(dòng)裝置輸出電流跟隨作用于主滾筒的下沉重力達(dá)到力的平衡。一旦工作閘達(dá)到制動(dòng)器開閘壓力就投入速度給定，實(shí)現(xiàn)敞閘自動(dòng)控制。同樣，完成提升行程后運(yùn)用零速度閉環(huán)控制功能，提升機(jī)在整個(gè)閉閘停車過程中均處于零速度閉環(huán)控制狀態(tài)，解決停車過程中停車不準(zhǔn)確或者倒車問題。

⑶電流調(diào)節(jié)器

    電流負(fù)反饋控制采用PI調(diào)節(jié)器，并帶有電壓適配器前饋控制及斷續(xù)電流前饋控制。電流PI調(diào)節(jié)器為比例積分調(diào)節(jié)器，設(shè)定2個(gè)積分系數(shù)分別用于電流連續(xù)和斷續(xù)時(shí)調(diào)節(jié)，免除電流斷續(xù)造成控制性能變軟的不良影響。通過程序計(jì)算實(shí)際反電勢，經(jīng)過濾波后得到反電勢濾波值并與變流器空載時(shí)的電壓濾波值相比，其結(jié)果加到電流調(diào)節(jié)器的輸出中，作為產(chǎn)生延遲角的條件，形成電壓適配前饋控制，使變流器的輸出電壓跟隨反電勢變化。如果反電勢增加，比值變大使延遲角變小，而提高輸出電壓數(shù)值；反之亦然。采用電壓適配前饋控制以后，增加對(duì)變流器輸出電壓的控制，電流連續(xù)時(shí)電流控制由PI調(diào)節(jié)器、電壓適配前饋、斷續(xù)電流前饋共同參與，斷續(xù)越嚴(yán)重?cái)嗬m(xù)電流前饋控制越大，使提升機(jī)獲得較好的控制性能。

⑷超重控制

    ①裝載控制。如果定量倉滿倉裝載，則輸送機(jī)和給料機(jī)停運(yùn)，并限制向箕斗裝載。由于給料機(jī)的給料量相對(duì)穩(wěn)定，可以通過控制給料機(jī)運(yùn)行時(shí)間來控制裝載量。

    ②提升控制。在提升機(jī)初始加速前設(shè)計(jì)0.5～1m恒速段作為提升電流準(zhǔn)確檢測區(qū)域。如果檢測電流大于正常提升電流某個(gè)范圍，則提升機(jī)禁止提升；如果檢測電流小于正常提升電流某個(gè)范圍，可以判斷向下運(yùn)行的箕斗未卸空，此箕斗提升1個(gè)循環(huán)后才允許定量倉向其裝載；在提升機(jī)初始加速段檢測電流，無論哪種過流保護(hù)裝置動(dòng)作，提升機(jī)都實(shí)施安全制動(dòng)。

2、東灘煤礦主井提升機(jī)電控系統(tǒng)數(shù)控技術(shù)改造

    兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司東灘煤礦主井摩擦提升機(jī)由額定功率1700kW低速直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。提升機(jī)的電控和液壓制動(dòng)系統(tǒng)是瑞典ASEA公司上世紀(jì)70年代中期的產(chǎn)品，井筒信號(hào)系統(tǒng)為繼電器控制的數(shù)碼顯示及語音系統(tǒng)。電控設(shè)備及制動(dòng)系統(tǒng)已嚴(yán)重老化，故障率高、運(yùn)行可靠性差，每年維修及購置配件的費(fèi)用達(dá)40萬元。該礦采用數(shù)控技術(shù)對(duì)其進(jìn)行改造，實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)良好。

(1)全數(shù)字傳動(dòng)系統(tǒng)

    ①電樞部分。由4組西門子6脈沖四象限全數(shù)字SIMO-REG6RA70DCMASTER整流裝置通過2串聯(lián)、2并聯(lián)組成提升機(jī)電樞傳動(dòng)系統(tǒng)。每組DCMASTER輸出額定電流1500A、額定整流電壓DC400V。此傳動(dòng)系統(tǒng)具有電樞電流閉環(huán)控制、力矩控制、電樞換向等功能，并通過Profibus現(xiàn)場總線與提升機(jī)主控系統(tǒng)通訊，設(shè)有過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、過電流保護(hù)、電流設(shè)定值與反饋值誤差保護(hù)、直流回路絕緣保護(hù)、柜內(nèi)冷卻風(fēng)量檢測保護(hù)、熔斷器狀態(tài)監(jiān)視等完善的保護(hù)功能，確保提升機(jī)運(yùn)行安全可靠。

    ②勵(lì)磁部分。由1組SIMOREG6RA70DCMASTER組成提升機(jī)恒定勵(lì)磁系統(tǒng)，提供127A、90V直流電產(chǎn)生恒定磁場；最大輸出電流280A，可以根據(jù)需要選定和電樞部分一樣的保護(hù)功能。

(2)電氣控制系統(tǒng)

    由S7400PLC+FM458組成主控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)提升工藝控制和提升機(jī)監(jiān)控功能，并由FM458實(shí)現(xiàn)提升機(jī)速度環(huán)和位置環(huán)的控制及優(yōu)化。

    ①PLC冗余系統(tǒng)。由SIMATICS7400PLC系統(tǒng)對(duì)提升機(jī)進(jìn)行開環(huán)控制，通過就地安裝在設(shè)備的分布式遠(yuǎn)程終端ET200接入數(shù)字量和模擬量輸入/輸出，并通過Profibus總線和主PLC通訊聯(lián)系。ET200遠(yuǎn)程I/O安裝在低壓柜、制動(dòng)系統(tǒng)電控箱、閘箱、信號(hào)柜內(nèi)，極大減少電纜數(shù)量以及斷線、短路概率，使系統(tǒng)更加安全、可靠。由CPU416和CPU414等組成雙PLC，2套相互獨(dú)立的PLC系統(tǒng)構(gòu)成安全回路，集成所有涉及人、設(shè)備及物料安全的故障信號(hào)監(jiān)控，信號(hào)數(shù)據(jù)采集和保護(hù)均采用雙線制。2套系統(tǒng)的運(yùn)算結(jié)果相互監(jiān)控，出現(xiàn)安全故障或監(jiān)控結(jié)果不同時(shí)觸發(fā)安全回路并報(bào)警。電控系統(tǒng)對(duì)故障分為三類：I類故障立即進(jìn)行機(jī)械安全制動(dòng)，并發(fā)出聲光報(bào)警；II類故障先進(jìn)行電氣制動(dòng)，再施加安全制動(dòng)停車；III類故障允許提升機(jī)完成本周期運(yùn)行，停車后施加工作制動(dòng)，故障未解除不能再運(yùn)行。

    ②閉環(huán)控制系統(tǒng).以FM458-1DP（工藝控制模塊）為核心的監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)速度環(huán)和位置環(huán)的閉環(huán)控制及行程工藝監(jiān)控。全提升周期位置閉環(huán)控制精度±10mm；速度閉環(huán)控制精度±1%；具有連續(xù)速度監(jiān)控、逐點(diǎn)速度監(jiān)控、位置和速度突變監(jiān)控等功能；在整個(gè)提升過程中對(duì)提升速度進(jìn)行連續(xù)控制和監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)加、減速度的平滑變化，減小對(duì)鋼絲繩和其他機(jī)械設(shè)備的沖擊；優(yōu)化提升過程，根據(jù)提升速度自動(dòng)選擇不同的減速點(diǎn)，提升時(shí)間壓縮到最短。

(3)液壓制動(dòng)系統(tǒng)

    西馬格公司提供的“恒減速ST3-D”型盤形制動(dòng)裝置，由1個(gè)共用油箱、閥組、電動(dòng)變量泵、各種傳感器、6對(duì)BEl00盤形閘及管路等構(gòu)成，具有單獨(dú)的液壓電控系統(tǒng)。電動(dòng)變量泵流量40L/min，工作油壓力14.4MPa，每對(duì)盤形閘正壓力l00kN。壓力油對(duì)蓄能器充液，在主工作壓力的作用下，閘彈簧被壓縮使制動(dòng)閘閘瓦與制動(dòng)盤之間達(dá)到規(guī)定的間隙（2～3mm），達(dá)到工作壓力時(shí)泵的流量減小到維持工作水平。

    ①單箱雙系統(tǒng)。即2套獨(dú)立的電動(dòng)變量泵、2套獨(dú)立的閥系統(tǒng)共用1個(gè)油箱，2套系統(tǒng)1用1備。通過轉(zhuǎn)換液壓電控柜盤面上的選擇開關(guān)，可以切換2臺(tái)電動(dòng)變量泵；通過操作連在總進(jìn)油管路上的手動(dòng)換向閥可以切換2套閥路，極大減少制動(dòng)系統(tǒng)故障對(duì)生產(chǎn)的影響。

    ②2套S7-300PLC及ET200遠(yuǎn)程I/O組成液壓電控系統(tǒng)。采用雙通道控制技術(shù)，對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)各閥件、壓力開關(guān)、溫控開關(guān)、盤形閘等元件進(jìn)行實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)控，確保制動(dòng)系統(tǒng)安全可靠。

    ③安全制動(dòng)時(shí)能以恒減速率安全地停止提升機(jī)。減小對(duì)滾筒、鋼絲繩的沖擊。在恒減速制動(dòng)失效時(shí)自動(dòng)切換為恒力矩制動(dòng)，確保提升機(jī)安全制動(dòng)。

    ④司機(jī)操作臺(tái)及人機(jī)界面、畫面顯示。司機(jī)操作臺(tái)設(shè)帶粗精顯示的深度指示器、速度和閘控手柄控制器、按鈕、開關(guān)、指示燈、信號(hào)、電樞電流表、勵(lì)磁電流表、速度表、加速度表、力矩表、油壓表等與操作有關(guān)的元件。人機(jī)界面及畫面顯示采用西門子WinCC軟件監(jiān)控電腦，實(shí)現(xiàn)對(duì)位置、速度等的實(shí)時(shí)監(jiān)控，還可以通過修改設(shè)定參數(shù)進(jìn)行過速保護(hù)、滑繩保護(hù)、系統(tǒng)A/B速度相互監(jiān)控差值保護(hù)、系統(tǒng)A/B位置相互監(jiān)控差值保護(hù)等位置、速度保護(hù)實(shí)驗(yàn)。

    ⑤提升信號(hào)系統(tǒng)。具備完善的信號(hào)功能，并且通過網(wǎng)絡(luò)和硬線兩種方式與提升機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)相聯(lián)系。信號(hào)系統(tǒng)以S7-300PLC為核心控制器，安裝在操作室內(nèi)的信號(hào)柜中，并作為提升機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的從站；上井口和下井口信號(hào)操作臺(tái)各設(shè)置1套ET200遠(yuǎn)程I/O。操作室內(nèi)的PLC對(duì)所有提升信號(hào)、井口設(shè)施狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測及控制；操作室、上井口、下井口均設(shè)有LED顯示屏，用于提升信號(hào)及各狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示及音響。

3、興隆莊煤礦提升機(jī)電控系統(tǒng)數(shù)控技術(shù)改造

    兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司興隆莊煤礦的主、副井塔各安裝2臺(tái)70年代由瑞典成套引進(jìn)的HSVE2.8型6繩摩擦式提升機(jī)，均采用可控硅供電，直流他激電動(dòng)機(jī)。其電控系統(tǒng)為磁場可逆、邏輯無環(huán)流、速度電流雙閉環(huán)的速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。主井2臺(tái)提升機(jī)提升容器均為雙箕斗，擔(dān)負(fù)礦井的提升原煤任務(wù)。副井2臺(tái)提升機(jī)中，1#提升機(jī)2個(gè)提升容器均為雙層4車罐籠；2#提升機(jī)2個(gè)提升容器，1個(gè)為雙層4車寬罐籠、1個(gè)為配重平衡錘，用于提升人員、矸石和物料等。經(jīng)過幾十年的使用，提升機(jī)已達(dá)服務(wù)年限，故障率頻發(fā)，電氣控制部分備品、備件奇缺，且價(jià)格十分昂貴（有的產(chǎn)品備件廠家已經(jīng)不再生產(chǎn)），給檢修維護(hù)帶來困難。在極不適應(yīng)礦井生產(chǎn)需求情況下，該礦與ABB公司對(duì)4臺(tái)提升機(jī)的電控設(shè)備進(jìn)行更新?lián)Q代，改造為AC110控制器與DCF600交流器數(shù)控系統(tǒng)。

⑴提升機(jī)電控系統(tǒng)改造。

    ①主電控回路改造。由磁場換向改為電樞換向，避免啟動(dòng)、減速和停機(jī)的撞擊，減輕設(shè)備的損傷。

    ②更換新一代監(jiān)控器。在主電動(dòng)機(jī)、提升鋼絲繩和主軸各安裝1個(gè)編碼器，為HMS監(jiān)控器提供信號(hào)，減少誤差，避免某個(gè)編碼器與另兩個(gè)編碼器檢測信號(hào)不統(tǒng)一或誤差較大發(fā)生急停的情況，有效保障安全提升。

    ③操縱臺(tái)多設(shè)1個(gè)旁路運(yùn)行方式。其作用是當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)某些故障時(shí)使提升機(jī)繼續(xù)運(yùn)行。此故障選擇可使緊急驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)代替主控來控制，使提升機(jī)繼續(xù)運(yùn)行；當(dāng)井筒信號(hào)系統(tǒng)電源被檢測出存在接地故障時(shí)，故障選擇給主控系統(tǒng)1個(gè)信號(hào)，旁路接地故障，系統(tǒng)可繼續(xù)運(yùn)行。

    ④制動(dòng)控制與制動(dòng)系統(tǒng)。制動(dòng)控制改為恒力矩和恒減速2種方式。恒力矩緊急制動(dòng)是按預(yù)先設(shè)定制動(dòng)時(shí)間和順序緊急制動(dòng)的開環(huán)制動(dòng)控制方式，用于負(fù)載恒定的主井提升。制動(dòng)過程與實(shí)際負(fù)荷狀態(tài)無關(guān)。恒減速制動(dòng)控制是通過檢測制動(dòng)過程實(shí)際速度值（換算為減速度），實(shí)現(xiàn)制動(dòng)對(duì)減速度半閉環(huán)控制，只控制制動(dòng)過程液壓壓力下降而不能使之上升，即檢測緊急制動(dòng)速度達(dá)到預(yù)定值，保持壓力達(dá)到恒減速，用于負(fù)載變化較大和有人員提升的副井。

    ⑤制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)有2套液壓站。可降低制動(dòng)力度和防止液壓部件如油管斷裂及同類故障。所有的備用閘可容易地接到另一個(gè)液壓工作站上。任何對(duì)連接閘鉗管路改動(dòng)都受到限位開關(guān)監(jiān)控器與HST屏幕所給選擇命令的對(duì)比。

⑵改造后存在的問題。

    ①提升機(jī)運(yùn)行后選擇開關(guān)不能再做其它選擇。因?yàn)檫\(yùn)行后不能轉(zhuǎn)換運(yùn)行方式，司機(jī)在自動(dòng)運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)異常不能工作制動(dòng)停車，只能緊急制動(dòng)，其后果十分嚴(yán)重。所以，在上下人時(shí)須使用手動(dòng)，也嚴(yán)禁使用半自動(dòng)，副井雙罐在正常裝填情況下才能使用半自動(dòng)模式。如果裝填情況不符合半自動(dòng)條件，井口信號(hào)工立即聯(lián)系司機(jī)取消半自動(dòng)模式。如果能夠改進(jìn)為異常狀態(tài)下轉(zhuǎn)換成工作制動(dòng)停機(jī)就更安全。

    ②高壓開關(guān)柜故障和變流器跳閘故障。這是改造后常見的故障。出現(xiàn)高壓柜故障在操作臺(tái)難以復(fù)位開車，需到高壓柜本地復(fù)位，通常要重復(fù)幾次才行。出現(xiàn)高壓柜跳閘故障通常變流器也跳閘，其原因是故障信號(hào)在發(fā)向主控系統(tǒng)的同時(shí)，還通過串聯(lián)在安全回路中的繼電器觸發(fā)安全回路，導(dǎo)致變流器跳閘發(fā)生急停。目前只是用復(fù)位或重復(fù)復(fù)位來解決。

4、北宿煤礦副井提升機(jī)電控系統(tǒng)數(shù)控技術(shù)改造

    兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司北宿煤礦二號(hào)副井2JK-3/20單繩纏繞式提升機(jī)于1990年投入運(yùn)行，配備JR1510-10電動(dòng)機(jī)，400kW、6kV，采用TKD交流電控。隨著數(shù)控直流調(diào)速技術(shù)在我國礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)中的研究與開發(fā)應(yīng)用，該礦在原電控的基礎(chǔ)上將動(dòng)力制動(dòng)改為可控硅低頻制動(dòng)，改用PLC邏輯替代原來的繼電器邏輯，但是這次改造以后在運(yùn)行中仍然存在嚴(yán)重問題。為此，他們采用數(shù)控技術(shù)代替模擬控制徹底解決礦井提升機(jī)交流拖動(dòng)調(diào)速性能不理想、外圍硬件多以及穩(wěn)定性差等問題，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化提升。

    這次改造后采用TS3A電控系統(tǒng)，有手動(dòng)、檢查、換層與半自動(dòng)等操作方式。提升機(jī)設(shè)置過卷、等速段超速、減速段超速、全程過速、同步超限、裝卸載故障、緊停、編碼器故障、電機(jī)超溫跳閘、整流裝置故障跳閘、快開跳閘、緊急停車、勵(lì)磁故障、操作程序故障、液壓系統(tǒng)故障、低壓電源系統(tǒng)故障、風(fēng)機(jī)輔助系統(tǒng)故障、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)故障、松繩故障及驅(qū)動(dòng)失敗等主要保護(hù)。軟件安全回路分別由2套S7-400組成，外加1套獨(dú)立的繼電器安全回路。液壓站采用恒力矩控制。在提升機(jī)房內(nèi)設(shè)整流變壓器、電抗器和直流快速斷路器各1臺(tái)。主整流柜內(nèi)含1臺(tái)SIEMENS6RA70整流裝置為直流電動(dòng)機(jī)的電樞回路供電。供電采用晶閘管并聯(lián)6脈動(dòng)，電樞換向，并且提供勵(lì)磁供電。提升機(jī)控制臺(tái)設(shè)置2個(gè)進(jìn)口給定手柄，分別用于速度給定及制動(dòng)閘給定。臺(tái)內(nèi)設(shè)ET200M遠(yuǎn)程分站。顯示屏設(shè)置主要狀態(tài)和主要故障顯示燈。圓盤深度指示器和數(shù)字深度指示器配有電樞電流、勵(lì)磁電流、數(shù)碼速度、加速度、工作閥電流與制動(dòng)油壓表。主控柜內(nèi)設(shè)2套S7-400，其功能互相冗余，分別承擔(dān)提升機(jī)的程序控制、行程控制、狀態(tài)監(jiān)測及各種保護(hù)。輔助柜內(nèi)含繼電器安全回路及ET200M。電樞回路的調(diào)節(jié)功能包括設(shè)定轉(zhuǎn)速給定源、自由選擇轉(zhuǎn)速實(shí)際值信號(hào)、速度自動(dòng)調(diào)節(jié)、電樞電流自動(dòng)調(diào)節(jié)、斜坡函數(shù)發(fā)生器、轉(zhuǎn)矩限幅、電流限幅、預(yù)控制器及觸發(fā)裝置。行程監(jiān)控包括自動(dòng)生成提升包絡(luò)線以及提升全過程位置、速度監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)速度逐點(diǎn)保護(hù)，系統(tǒng)的行程控制精度不超過±20mm。

5、楊村煤礦副井提升機(jī)數(shù)控自動(dòng)化系統(tǒng)改造

    兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司楊村煤礦副井提升機(jī)原先配置交流異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)TKD系統(tǒng)，采用繼電器有觸點(diǎn)邏輯控制，以磁放大器為核心組成模擬量可調(diào)閘閉環(huán)調(diào)節(jié)，靠切換串入交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電阻達(dá)到調(diào)速的目的，調(diào)節(jié)精度難以保證，穩(wěn)定性和線性度差，而且設(shè)備老化，影響礦井的安全生產(chǎn)。為此，他們決定對(duì)其進(jìn)行改造，并在中國礦業(yè)大學(xué)和兗州礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司的支持下，研制出提升機(jī)數(shù)控自動(dòng)化系統(tǒng)。

⑴控制系統(tǒng)技術(shù)改造范圍。

    PLC應(yīng)用在交流提升機(jī)的改造上，主要表現(xiàn)在采用PLC邏輯替代繼電器邏輯；采用電子線路替代磁放大器，對(duì)可調(diào)閘和動(dòng)力制動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制；主令控制器用簡單的接點(diǎn)耦合替代；速度信號(hào)采用電子線路處理。這些技術(shù)在一定程度上改善提升機(jī)的性能，但是仍然存在問題：外圍硬件過多，沒有充分發(fā)揮PLC軟件功能，裝置容易出現(xiàn)故障和產(chǎn)生不穩(wěn)定；簡單耦合的主令控制器可靠性差，容易造成開車控制重大錯(cuò)誤；對(duì)速度檢測增加中間有源環(huán)節(jié)，容易造成速度監(jiān)測錯(cuò)誤；減速點(diǎn)等關(guān)鍵點(diǎn)設(shè)置太少，留有隱患；沒有良好的調(diào)節(jié)控制程序，調(diào)速性能不理想。礦井提升機(jī)直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)與交流異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)相比，調(diào)速性能好、不需要附加其它拖動(dòng)裝置、容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。此項(xiàng)改造的內(nèi)容是去掉TKD電控系統(tǒng)、交流電動(dòng)機(jī)和信號(hào)操車設(shè)備等，改為新型的直流調(diào)速自動(dòng)化系統(tǒng)，開發(fā)1套由高壓開關(guān)柜、整流變壓器、電樞整流柜、司機(jī)控制臺(tái)、PLC柜、低壓配電柜和上位監(jiān)視機(jī)等組成的全數(shù)字自動(dòng)化副井提升電控系統(tǒng)，使用直流電動(dòng)機(jī)，更換1套PLC控制信號(hào)操車設(shè)備。

⑵提升機(jī)電控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。

    ①動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)。6kV來自礦井35kV變電所2路進(jìn)線，手動(dòng)切換。提升機(jī)房放置1臺(tái)6kV高壓柜。高壓柜采用真空斷路器，設(shè)有速斷、過流、欠壓、失壓跳閘等保護(hù)功能。2路380V進(jìn)線作為低壓供電回路，手動(dòng)投切。低壓配電柜設(shè)置多路輸出，擔(dān)負(fù)提升機(jī)電控及信號(hào)系統(tǒng)的供電，主要有主冷卻風(fēng)機(jī)、制動(dòng)液壓站、潤滑站等輔助設(shè)備的供電以及系統(tǒng)需要的DC24V、DC15V、DC110V、DC220V、AC220V、AC110V控制電源。

    ②驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。提升機(jī)房設(shè)1臺(tái)整流變壓器，直流電動(dòng)機(jī)主回路為1臺(tái)主整流柜，內(nèi)置1臺(tái)SIEMENS6RA70整流裝置。直流電動(dòng)機(jī)的電樞回路采用晶閘管6脈動(dòng)供電，電樞換向。6RA70SIMOREGDCMASTER系列整流器為全數(shù)字緊湊型整流器，輸入三相電源，為變速直流驅(qū)動(dòng)提供電樞和勵(lì)磁供電，穩(wěn)定電樞電流15～2000A。開環(huán)和閉環(huán)驅(qū)動(dòng)控制及通訊功能由2臺(tái)功能強(qiáng)大的微處理器實(shí)現(xiàn)，驅(qū)動(dòng)控制功能通過參數(shù)將軟件提供的程序塊實(shí)現(xiàn)。他們根據(jù)提升機(jī)行程控制的要求，由PLC完成系統(tǒng)的速度曲線與保護(hù)曲線運(yùn)算，綜合成為速度的給定輸出。速度控制由6RA70裝置完成，速度拐點(diǎn)處設(shè)置圓形過渡，減少機(jī)械沖擊。以獨(dú)立的每轉(zhuǎn)5000脈沖編碼器完成速度反饋。電流調(diào)節(jié)器是具有相互獨(dú)立設(shè)定P放大值和調(diào)節(jié)積分時(shí)間的PI調(diào)節(jié)器。電流實(shí)際值通過三相交流側(cè)的電流互感器檢測，經(jīng)過負(fù)載電阻、整流、模擬、數(shù)字變換之后，送往電流調(diào)節(jié)器。電流調(diào)節(jié)器的輸出形成觸發(fā)裝置的控制角，同時(shí)作用于觸發(fā)裝置的還有預(yù)控制器。電流調(diào)節(jié)回路的預(yù)控制器用于改善調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，電流調(diào)節(jié)回路的允許上升時(shí)間6～9ms。預(yù)控制及電流給定值和電動(dòng)機(jī)EMF有關(guān)。通過電流預(yù)控制器實(shí)現(xiàn)電流預(yù)給功能。由6RA70主站完成對(duì)速度控制的響應(yīng)，使提升機(jī)平穩(wěn)起動(dòng)。

    ③提升機(jī)控制系統(tǒng)。操作臺(tái)設(shè)置2個(gè)手柄，分別用于速度給定及制動(dòng)閘給定?？刂婆_(tái)顯示盤設(shè)置主要狀態(tài)顯示燈、主要故障顯示燈、圓盤式深度指示器和數(shù)字深度指示器、電樞電流表、勵(lì)磁電流表、速度表等?？刂婆_(tái)內(nèi)設(shè)ET200M遠(yuǎn)程分站。主控柜內(nèi)設(shè)2套S7-400，主PLC實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的程序控制、行程控制保護(hù)、狀態(tài)監(jiān)測及各種保護(hù)；從PLC自動(dòng)生成提升包絡(luò)線，實(shí)現(xiàn)提升全過程位置、速度監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)速度逐點(diǎn)保護(hù)，系統(tǒng)行程控制誤差≤±20mm。如果其中1套主機(jī)故障，另外1套應(yīng)急開車。系統(tǒng)設(shè)有主S7-400軟安全回路完成系統(tǒng)所有保護(hù)；從S7-400軟安全回路完成系統(tǒng)的行程保護(hù)；1套繼電器直動(dòng)的硬件安全回路完成系統(tǒng)的重要保護(hù)。提升機(jī)的控制工藝程序設(shè)計(jì)采用功能模塊化結(jié)構(gòu)，主要功能有手動(dòng)、檢查、平罐等操作方式，滿足副井提升工藝的需要。他們根據(jù)此提升機(jī)的特點(diǎn)，操作與設(shè)置有機(jī)結(jié)合，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與提升系統(tǒng)融為一體，設(shè)計(jì)對(duì)系統(tǒng)開發(fā)、帶力矩起動(dòng)與停車時(shí)減少系統(tǒng)沖擊等的保護(hù)。

    ④人機(jī)對(duì)話。上位機(jī)采用17″液晶顯示器。上位機(jī)顯示包括提升機(jī)狀態(tài)全圖、信號(hào)系統(tǒng)信息、故障信息、提升驅(qū)動(dòng)信息、高壓供電、低壓配電、液壓制動(dòng)系統(tǒng)圖、提升網(wǎng)絡(luò)圖等畫面，直觀顯示提升系統(tǒng)當(dāng)前信息及歷史數(shù)據(jù)。上位監(jiān)視程序可進(jìn)行過程圖形化監(jiān)視、數(shù)據(jù)采集和管理、監(jiān)督控制。

    ⑤信號(hào)、裝載定量控制系統(tǒng)。PLC主井提升信號(hào)、裝載定量控制系統(tǒng)適于無瓦斯、煤塵、爆炸危險(xiǎn)的環(huán)境，具有聲光兼?zhèn)?、?shù)字顯示、信號(hào)記憶；急停報(bào)警；信號(hào)之間閉鎖；信號(hào)指令與開車回路閉鎖、急停與安全回路閉鎖，到位設(shè)施不正常發(fā)不出開車信號(hào)；急停記憶和信號(hào)自保；提升次數(shù)記憶和提升指令存儲(chǔ)；提升類別顯示；熱備簡易打點(diǎn)信號(hào)系統(tǒng)等功能。

⑶改造效果。

    應(yīng)用實(shí)踐表明：由于硬件電路均采用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路，元器件少、結(jié)構(gòu)簡單、故障點(diǎn)少、可靠性高；硬件采用以總線聯(lián)系的模塊化結(jié)構(gòu)，控制算法和系統(tǒng)控制利用軟件完成具有可構(gòu)置性，可以進(jìn)行功能擴(kuò)展，運(yùn)行靈活；硬件工作狀態(tài)可以通過軟件反映，軟件運(yùn)行情況也可以通過硬件監(jiān)視，軟、硬件故障均可通過指示直接反映出來，維護(hù)方便；設(shè)有微處理器，整個(gè)控制功能與調(diào)速算法均由軟件完成，控制精度高，穩(wěn)定性好；數(shù)控直流拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行效率高，無功能耗低，可以節(jié)約大量的電能，減少維護(hù)的費(fèi)用；此系統(tǒng)能夠產(chǎn)生“S”形曲線，減少對(duì)系統(tǒng)的沖擊，保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行的平滑性；此項(xiàng)成果容易實(shí)現(xiàn)數(shù)字通訊，并與其它系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，將系統(tǒng)中的運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)傳遞到網(wǎng)絡(luò)上，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化管理。

主要參考文獻(xiàn)：

[1]王進(jìn)野,楊奉忠,王其軍.礦井提升機(jī)數(shù)控化改造[J].煤礦機(jī)電,2005,26(6):76-77

[2]李偉生,劉相楠.應(yīng)用數(shù)控技術(shù)改造提升機(jī)電控系統(tǒng)[J].煤礦機(jī)電,2007,28(3):61-63

[3]馬連霞.對(duì)瑞典新舊兩代HSVE多強(qiáng)摩擦式提升機(jī)的操作經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)改造的探討[J].煤礦現(xiàn)代化,2009,18(4):117-118

[4]岳朝柱,王德堂,王公華.提升機(jī)全數(shù)字化控制自動(dòng)化系統(tǒng)的研制與應(yīng)用[J].山東煤炭科技,2005,23(3):4-5