王鴻偉

(開灤唐山礦業(yè)分公司機(jī)電科,河北 唐山 063000)

開灤唐山礦業(yè)分公司二號(hào)井為解放前就建立的老提升井，原系統(tǒng)F-D機(jī)組拖動(dòng)方式，這種拖動(dòng)方式中的電動(dòng)機(jī)的電壓由直流發(fā)電機(jī)供給，電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁線圈有固定的直流電源供電，接成他勵(lì)式，發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電壓可進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的大小，就可以改變供給直流電動(dòng)機(jī)的電壓，從而達(dá)到調(diào)速的目的，雖然調(diào)速范圍寬，但它的設(shè)備投資多，占地面積大，建筑和基礎(chǔ)費(fèi)用大，主要的缺點(diǎn)是功耗非常大，經(jīng)濟(jì)效益不好。為響應(yīng)國家大力提倡節(jié)能減排的號(hào)召，和改變原系統(tǒng)的可操作性及可靠性，領(lǐng)導(dǎo)決定對原系統(tǒng)進(jìn)行改造。

改造后提升機(jī)電控系統(tǒng)于2010年10月31日安裝完成。本改造項(xiàng)目為中國礦業(yè)大學(xué)傳動(dòng)與自動(dòng)化有限公司生產(chǎn)的ASCS-6型直流提升機(jī)全數(shù)字可控硅電控系統(tǒng)，系統(tǒng)包括：高低壓電源柜、變壓器、PLC控制柜、勵(lì)磁柜、調(diào)節(jié)柜、整流柜操作臺(tái)等，構(gòu)成特點(diǎn)：

1.數(shù)字多功能深度指示器是一集控制、監(jiān)視、保護(hù)和罐籠深度指示等多種功能于一體的裝置，在提升機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中起著不可替代的作用，它不僅顯示當(dāng)前罐籠在礦井中的位置，而且對罐籠運(yùn)行的重要參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視，同時(shí)還是提升機(jī)主控系統(tǒng)和上位機(jī)管理系統(tǒng)罐籠位置數(shù)據(jù)的提供者，其功能主要有:

（1）脈沖的輸入和校正

分別獨(dú)立處理電機(jī)傳動(dòng)軸和天輪上的代表其位角移的脈沖編碼器的脈沖 (適配校正和同步校正)。使每個(gè)脈沖所代表的罐籠在井筒里的位移始終為1cm，然后對這個(gè)適配校正后的脈沖罐籠運(yùn)行時(shí)進(jìn)行計(jì)算，確定罐位。為了消除由于鋼繩蠕動(dòng)滑和卷筒產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)引起的罐位誤差，用安裝于井筒中的開關(guān)在罐籠通過時(shí)動(dòng)作進(jìn)行同步校正。這樣就使其罐位數(shù)值始終正確表示罐籠在井筒中的深度。

（2）罐籠運(yùn)行監(jiān)控

在罐籠運(yùn)行到距井口停車位置95米距離以內(nèi)時(shí)，深度指示器的兩個(gè)機(jī)箱分別獨(dú)立發(fā)出減速信號(hào)，確保在主控系統(tǒng)和上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)都沒有投入運(yùn)行時(shí)，提升機(jī)也可以維持基本運(yùn)行的安全。

2.主控系統(tǒng)采用西門子 S7—300系列可編程控制器，用于控制和安全回路。它用來完成提升機(jī)系統(tǒng)操作保護(hù)、行程監(jiān)控等功能。它綜合系統(tǒng)的各種指令、罐位、去向等信息，實(shí)現(xiàn)正常提升的各種邏輯操作，故障時(shí)按其性質(zhì)產(chǎn)生分層次的保護(hù)動(dòng)作，完成水平選擇、最優(yōu)化減速控制、智能化準(zhǔn)確停車，是系統(tǒng)的控制中樞。S7—300控制與繼電器回路有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)、手動(dòng)工作制以及PLC切除后在保證基本安全條件下的應(yīng)急工作制。由于實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，減輕了司機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度，增強(qiáng)了罐籠安全運(yùn)行的可靠性，大大提高了提升機(jī)的工作效率。

(1)操作保護(hù)部分采用一臺(tái)PLC，其主要功能是執(zhí)行操作程序，并實(shí)現(xiàn)各種故障保護(hù)及閉鎖。來自各部分的保護(hù)信號(hào)直接引入到PLC中，PLC將其處理后分為立即施閘.井口施閘.電氣制動(dòng)和報(bào)警四類，送監(jiān)視器顯示故障類型并控制聲光報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警并施閘。系統(tǒng)的安全回路有兩套，一套由PLC構(gòu)成，另一套為繼電器直動(dòng)回路；

（2）行程監(jiān)控部分由一臺(tái)PLC、兩臺(tái)軸編碼器(一個(gè)裝在傳動(dòng)控制器上，另一個(gè)裝在導(dǎo)向輪上)和井筒開關(guān)構(gòu)成，兩臺(tái)軸編碼器將提升機(jī)鋼絲繩在線速度和行程位置轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)送入PLC，經(jīng)PLC中的軟件計(jì)算后處理成罐籠在井筒中的位置和在線速度，送到操作臺(tái)監(jiān)視器顯示。這種以軟件處理為主的行程跟蹤方法在靈活性，可靠性及精度等方面都很高，只要選擇分辨率較高的軸編碼器，就可保證定位精度<2cm。因打滑及鋼絲繩伸長等行程誤差可通過井筒開關(guān)加以校正。

此外，PLC還將部分操作信號(hào)、軸編碼器信號(hào)、部分保護(hù)信號(hào)以及設(shè)定的一些行程參數(shù)結(jié)合起來進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理.自動(dòng)產(chǎn)生提升機(jī)所需的速度給定信號(hào)。為了盡量減少啟動(dòng).制動(dòng)過程中的機(jī)械沖擊及提升機(jī)控制精度，速度給定信號(hào)的加速、減速段為“S”形曲線.減速段行程通過通實(shí)際運(yùn)算來調(diào)節(jié)減速度以保證其為一固定值，從而保證了停車點(diǎn)不變和停車點(diǎn)的精度。

3.(1)全數(shù)字調(diào)節(jié)裝置在硬件上采用可自由配置的模塊結(jié)構(gòu)?；灸K包括電源模塊、CPU模塊、開關(guān)量輸入模塊、開關(guān)量輸出模塊、觸發(fā)脈沖形成模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊，如下圖所示，各模塊之間通過總線互相連接，統(tǒng)一安裝在歐式標(biāo)準(zhǔn)19寸機(jī)箱內(nèi)。

（2）全數(shù)字調(diào)節(jié)部分以高性能單片機(jī)為核心，主要功能有：

1）完成提升機(jī)速度和電流雙閉環(huán)調(diào)節(jié)，如：①預(yù)設(shè)速度基準(zhǔn)值；②限制加、減速過程的沖擊；③速度自動(dòng)調(diào)節(jié)；④電樞電流自動(dòng)調(diào)節(jié)；⑤磁場電流自動(dòng)調(diào)節(jié)；⑥預(yù)設(shè)電流限制值。

2）實(shí)現(xiàn)電樞回路和磁場回路的各種故障保護(hù):①磁場變壓器超溫；②磁場整流橋快熔熔斷；③磁場過電流；④磁場回路對地漏電；⑤磁場可控硅交流阻尼熔絲斷；⑥磁場可控硅過熱；⑦電樞變壓器過溫；⑧電樞整流橋快熔熔斷；⑨電樞過電流；⑩電樞回路對地漏電；電樞可控硅交流阻尼熔絲斷；電樞可控硅過熱；電控改造后節(jié)約了大量電能。

具體計(jì)算如下

①更換高壓真空換向柜、取消大功率除濕裝置節(jié)約電能23.4萬千瓦時(shí)/年。原高壓設(shè)備年耗電量:P年=365P=365天×4個(gè)線圈×24小時(shí)×4千瓦時(shí)/個(gè)=14萬千瓦時(shí)/年。大功率除濕裝置年耗電量:P年=365P=365天×4組×24小時(shí)×4千瓦時(shí)/個(gè)=14萬千瓦時(shí)/年

②更換新型轉(zhuǎn)子控制柜節(jié)約電能14萬千瓦時(shí)/年。老轉(zhuǎn)子控制柜年耗電量:P年=365P=365天×6小時(shí)×8個(gè)×8瓦時(shí)/個(gè)=14萬千瓦時(shí)/年

③更換PLC控制系統(tǒng)年節(jié)約電能6.6萬千瓦時(shí)/年。直流繼電器年耗電量:P年=365P=365天×20個(gè)×6 小時(shí)×0.57瓦時(shí)/個(gè)=4.35萬千瓦時(shí)/年。交流繼電器年耗電量:P年=365P=365天×6小時(shí)×20個(gè)×0.57瓦時(shí)/個(gè)=2.25萬千瓦時(shí)/年

④增設(shè)低頻拖動(dòng)系統(tǒng)節(jié)約電能4萬千瓦時(shí)/年。總計(jì)年節(jié)約電能：28+14+6.6+4=52.6萬千瓦時(shí)；

結(jié)束語

該系統(tǒng)完成了大功率直流調(diào)速系統(tǒng)的控制，系統(tǒng)控制精度高、操作方便、具有較強(qiáng)的自診斷能力，提高了系統(tǒng)的安全系數(shù)，降低運(yùn)行費(fèi)用，大大減少了運(yùn)行時(shí)間，大大降低了能耗，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

[1]馬宏志.礦井直流提升機(jī)電控系統(tǒng)的改造研究.北京科技大學(xué)[學(xué)位論文],2009.