馬國慶

摘要:本文介紹了主井電控系統(tǒng)PLC可編程序控制器取代原來的繼電器-接觸器有觸點邏輯電氣控制方式,實現(xiàn)了數(shù)字程序化控制,確保提升機安全高效運行。

關鍵詞:主井；電控系統(tǒng)；PLC技術改造

1 概述

唐山礦五號井提升機為纏繞式交流拖動提升機型號為2БM3000/1520，主提升電動機型號為JRQ158-8，電控系統(tǒng)采用TKDG系列電控系統(tǒng)進行調(diào)速。電控系統(tǒng)為上世紀七十年代的產(chǎn)品。因受到當時的科技水平和制造能力等各方面的限制，該電控系統(tǒng)存在諸多方面的問題。TKDG系列電控系統(tǒng)采用轉子附加電阻方式啟動調(diào)速，在爬行二次給電階段大部分能量消耗在電阻中；電控系統(tǒng)采用TGG型高壓開關柜和CG5型高壓接觸器來切斷與接通主電機電源，高壓接觸器和換向器在使用中消耗大量能源，并且安裝占用面積大維護檢修步驟繁瑣；控制系統(tǒng)采用繼電器邏輯控制和磁放大器為控制核心的可調(diào)閘系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)使用大量繼電器和分立模擬元件，在提升機工作和間歇時一直消耗電能，且各繼電器使用工作電壓各異，維護、維修、更換等工作繁重，備件數(shù)量、占用資金極大；切換電阻時，做不到電流連續(xù)平穩(wěn)切換，電流對主電機沖擊相當大，加重電機工作負擔，縮短了主電機的使用壽命。能源消耗大；維護、維修、更換等工作繁重；備件數(shù)量、占用資金大是這套電控系統(tǒng)存在的主要問題。

在國家節(jié)能減排政策的號召下，經(jīng)過公司相關領導研究決定對其電控系統(tǒng)進行更新改造，采用雙PLC可編程序控制器取代原來的繼電器-接觸器有觸點邏輯電氣控制方式。

2 技術改造可行性分析和特點

近年來,PLC可編程序控制器得到了驚人發(fā)展,技術趨于成熟,性能優(yōu)越可靠。經(jīng)多方調(diào)研論證,選擇了技術力量雄厚、老絞車改造經(jīng)驗豐富、產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良的唐山東潤自動化工程技術有限公司合作,對主井電控系統(tǒng)進行PLC改造。技術特點如下:

高壓電源開關,高壓換向器真空化。高壓換向器設置正、反之間、高低壓之間機械電氣閉鎖,結構科學合理。真空化消弧特性好,絕緣狀態(tài)高。高壓換向器閉鎖消除了高低壓間、正反向間短路事故。

轉子調(diào)速回路,采用可控硅20級編碼啟動專利技術,一是實現(xiàn)無觸點切換,避免觸頭拉弧燒損和噪音；二是啟動特性曲線平滑,沖擊電流小。

最新西門子S7-300型PLC控制器,取代原來的繼電器接觸器的有觸點邏輯控制方式,實現(xiàn)數(shù)程序化控制,減化了控制系統(tǒng)結構。設置雙PLC實現(xiàn)了兩線制保護。

上位計算機顯示提升機運行狀況,各運行參數(shù),保護狀態(tài)直觀明了,便于查找事故和維護,提升機實時監(jiān)控運行。

有擴展功能,可與局域網(wǎng)連接,實現(xiàn)網(wǎng)絡化管理。

3 技術改造方案確定和實施

唐山礦五號井用于提人提物，改造安裝工程必須停產(chǎn)進行，散煤收集停產(chǎn)期限最長三天，人員可以走斜井，所以時間緊任務重，此項工程必須進行科學合理安排，細致周密落實。

我們與東潤自動化工程技術有限公司技術人員一起,對電器設備布置方式,安裝附件的制作,新系統(tǒng)動力控制電纜數(shù)量進行了確定，提前在井上對轉子柜、主令柜、高壓換向柜進行了空載調(diào)試。

對原控制系統(tǒng)留用的設備摸清底數(shù)，控制電纜做好標識,確定投入新系統(tǒng)的安全性，為新設備接線做好準備。

對車房高壓開關系統(tǒng)進行了提前檢修，確保高壓供電的正常運轉。

提前敷設好各條信號控制電纜以及需要更換的高壓動力電纜，做好一切接線調(diào)試準備。

專門成立電控改造小組，組織多次現(xiàn)場會進行實地測量與設計改造方案。經(jīng)過我們與廠家的共同努力，原計劃3天72小時的改造工程，我們停產(chǎn)開始拆卸舊設備，安裝新柜子，接線調(diào)試等連續(xù)工作，直到正常運轉共花了32小時，提前一天半完成安裝調(diào)試任務。

4 實踐檢驗效果

自11月份投入運行以來,高壓真空柜、高壓真空換向柜、主令控制柜，沒有出現(xiàn)真空管漏氣或粘聯(lián)故障,高壓換向器正反轉向、高低壓間發(fā)生短路、轉子調(diào)速回路快速熔解器、可控硅燒損等事故。該控制系統(tǒng)具有沖擊電流小,調(diào)速性能好等優(yōu)點，裝置自調(diào)試至今,沒有發(fā)生電器元件燒損事故,運行可靠,制動閉環(huán)效果好。PLC數(shù)字化程序控制,電控系統(tǒng)結構簡單,提升機運行狀況顯示直觀,易于查找事故和維修,有利于提升機高效高質(zhì)量運行。與老電控系統(tǒng)相比優(yōu)勢如下：

使用了GYHX型真空高壓換向柜代替原有CG5型高壓換向器?？朔薈G5型換向器結構復雜，易吸潮（必須使用大功率除濕裝置）、工作噪音大、維護維修復雜等等缺點。新的真空高壓換向柜結構緊湊、工作噪音小、維護簡單，取消了大功率的除濕裝置，達到了節(jié)能降耗的目的。

采用新型反并聯(lián)SCR編碼元件代替接觸器的主觸點進行轉子電阻切換。原來的轉子切換接觸器工作時不僅產(chǎn)生電弧火花，而且接觸器線圈吸合使需要很大電流，維護維修量大。新型的反并聯(lián)可控硅屬于無觸點原件，導通時不需要吸合線圈，從而節(jié)約能源。并且可控硅原件無噪音、體積小、重量輕、無震動；維護工作量小，使用可靠。

由PLC控制系統(tǒng)代替了原來的繼電器邏輯控制和磁放大器閘控系統(tǒng)。原有系統(tǒng)繼電器接觸器邏輯關系復雜，使用大量電氣原件執(zhí)行控制過程。新的PLC系統(tǒng)用軟件代替了原來的邏輯控制繼電器，僅保留小部分執(zhí)行繼電器原件，減少了控制原件的能量消耗，并且具有“兩軟一硬”的三線制安全回路，系統(tǒng)可靠性增強，維護維修量降低。

增加了遠程操作及監(jiān)視診斷功能，人員能夠在井上掌握提升機工作情況，系統(tǒng)出現(xiàn)問題能及時通過PLC程序查找故障，減少了人員反復升入井浪費的時間。

5 經(jīng)濟效益和社會效益

5.1 經(jīng)濟效益

節(jié)約電能：①更換高壓真空換向柜、取消大功率除濕裝置節(jié)約電能37萬千瓦時/年；原高壓換向器年耗電量:P年=365P=365*4*15*4=9萬千瓦時/年；大功率除濕裝置年耗電量:P年=365P=365*8*24*4=28萬千瓦時/年

②更換新型轉子控制柜節(jié)約電能35萬千瓦時/年；老轉子控制柜年耗電量:P年=365P=365*15*8*8.5=35萬千瓦時/年；

③更換PLC控制系統(tǒng)年節(jié)約電能19萬千瓦時/年；直流繼電器年耗電量:P年=365P=365*15*24*1=13萬千瓦時/年；交流繼電器年耗電量:P年=365P=365*15*20*0.57=6萬千瓦時/年；

④應用其他新型電力電子器件年節(jié)電約0.5萬千瓦時/年；總計年節(jié)約電能：37+35+19+0.5=91.5萬千瓦時；

節(jié)約維護維修費用5萬元/年；節(jié)約備品備件折合4萬元；

5.2 社會效益

主井提升機電控系統(tǒng)PLC改造后,數(shù)字化程序控制,取代了原系統(tǒng)中的繼電器、接觸器有觸點邏輯控制方式,減化電控系統(tǒng)結構,保護齊全,提高了系統(tǒng)運行的可靠性,采用SCK組件編碼多級啟動,改善了提升機調(diào)速性能，減少了大電流沖擊引起的機械沖擊;高壓開關、高壓換向器真空化,杜絕了拉弧引發(fā)的短路事故;該系統(tǒng)性能好，運行穩(wěn)定，事故率低，維修量小，操作簡單,各種保護齊全,確保了礦井安全可靠提升。

結束語

主控的PLC,選用西門子S7-300型PLC的最新型產(chǎn)品,PLC模塊之間通過PROFEBVS總線連接,簡化了電控系統(tǒng)結構,轉子可控硅多級編碼技術先進,性能可靠,系統(tǒng)設計合理，線路設計簡單可靠,外圍元件最簡化,性能可靠穩(wěn)定,數(shù)字PID閉路,系統(tǒng)可靠性高、閉路效果好,數(shù)字雙線制保護與模擬信號保護,使保護功能更可靠更完善,可實現(xiàn)網(wǎng)絡化管理，該項技術改造也是我公司響應國家節(jié)能減排號召的又一成功舉措。