謝俊芬
(大同煤礦集團有限責任公司云岡礦,山西大同037003)
礦井提升機承擔礦物的提升、人員的上下、材料的運送等任務(wù),是礦山大型關(guān)鍵設(shè)備,因此對電控裝置有以下要求。
提升容器在上下時,電氣系統(tǒng)必須要按照加速、等速、減速、爬行、停車五個階段運行,也就是說電動機必須根據(jù)負載的變化而自動地工作在正向電動、正向制動、反向電動、反向制動,即滿足四象限運行。
提升系統(tǒng)要求電氣傳動系統(tǒng)能滿足運送物料、運送人員、運送火工品、檢查驗繩、低速爬行等,所以要求提升機電氣傳動系統(tǒng)能平滑調(diào)速。對于調(diào)速精度,提升機一般要求靜差較小(高速下S≤1%),這是為了系統(tǒng)在不同負載下的減速段的距離誤差小。這樣爬行段距離可設(shè)計的盡可能短,以獲得較高的提升能力。
提升工藝要求電氣傳動系統(tǒng)的加減速平穩(wěn),根據(jù)有關(guān)安全規(guī)程,對提升機的加、減速度有一定了限制。另外,為了提高提升設(shè)備的使用壽命,減少人們對加減速度的不適應(yīng)程度,降低加速時的電流沖擊,要使提升機按S 形速度曲線實現(xiàn)加速和減速。
為了便于提升機司機的操作,電控系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置可靠的提升容器在井筒位置的顯示裝置和位置檢測裝置,準確地檢測出提升容器在井筒中與減速點開始、停車及過卷相對應(yīng)的位置,實現(xiàn)可靠地停車和減速。
故障監(jiān)視裝置的可靠性應(yīng)表現(xiàn)在兩個方面:①電控系統(tǒng)的穩(wěn)定性好,故障少。②出現(xiàn)故障后應(yīng)能根據(jù)故障性質(zhì)及時進行保護,并能對故障內(nèi)容進行記憶和顯示,以便迅速排除故障。此外,設(shè)置可靠的閘控電路,實現(xiàn)分級制動。
礦井提升機是整個礦井的樞紐,除了能按照預定的力圖和速度圖,在四象限實現(xiàn)平穩(wěn)啟動、等速運行、減速運行、爬行和停車,而且在運行過程中要有極高的可靠性和安全性。根據(jù)提升機上述工況要求,采用的PLC 控制系統(tǒng)構(gòu)造的交流提升機拖動系統(tǒng)見圖1。圖1 中,PLC 控制系統(tǒng)主要由 PLC 控制柜、可控硅加速柜、低頻電源柜和上位機監(jiān)控等4 部分構(gòu)成。
目前,我礦經(jīng)PLC 改造的三套電控設(shè)備,其中二套是由淮南市六信電控設(shè)備公司生產(chǎn)的TKD-PLC 型提升機電控系統(tǒng),另一套為焦作華飛電子電器工業(yè)公司生活的JTDK-ZN-OIS 型提升機電控系統(tǒng)。
圖1 提升機拖動系統(tǒng)框圖
TKD-PLC 型電控系統(tǒng)采用的是西門子生產(chǎn)的S7-300 型PLC,JTDK-ZN-OIS 型電控系統(tǒng)采用的是日本三菱公司生產(chǎn)的FX2N型PLC。雖然結(jié)構(gòu)不同,但都是以PLC 為核心控制系統(tǒng),用于完成提升機行程控制、邏輯操作、故障保護及液壓制動控制等。PLC 與安裝在提升機上的軸編碼器配合,完成提升行程和提升速度的控制功能。PLC 將外部信號(操作臺面板上的選擇開關(guān)信號,按鈕信號等)接收過來,按照預定的邏輯控制進行處理,并發(fā)出開車所需要的各種信號,使絞車按照預定的力圖和速度圖安全運行。PLC 還對軸編碼器發(fā)出的脈沖進行記數(shù),并進行脈沖量化處理,間接檢測計算出提升容器的行程S 和速度Vf,并根據(jù)計算出的S、Vf 和Vg 對提升機進行監(jiān)視保護。
PLC 與繼電器構(gòu)成雙線制提升機安全保護回路。來自提升機各部分的保護信號分為立即施閘、井口施閘、電氣制動和報警4 類。其中井口施閘、電氣制動和報警類事故信號直接引入到PLC 中,PLC 將其處理后送監(jiān)視器顯示故障類型并控制聲光報警系統(tǒng)報警并施閘。而立即施閘類事故信號除引入到PLC 中處理、顯示、報警外,還直接引入到安全直動回路,動作施閘系統(tǒng)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回路。
可控硅加速柜和以前的轉(zhuǎn)子接觸器在布線結(jié)構(gòu)上一樣,承擔加速時的電阻切換,主要由晶閘管及其觸發(fā)回路構(gòu)成。與原有的接觸器相比較,具有無觸點、功耗小、維修量小等優(yōu)點,因而具有廣闊的應(yīng)用前景。
低頻電源采用全數(shù)字交-交變頻器和現(xiàn)代控制技術(shù),解決了礦井交流提升系統(tǒng)在減速段的調(diào)速與爬行問題。減速階段在各種負載條件下均可嚴格按照給定的速度圖運行,使交流拖動系統(tǒng)在負力減速方式下達到直流拖動系統(tǒng)的調(diào)速性能,提高了提升效率,而且節(jié)能效果十分顯著。
1)裝置采用全數(shù)字交-交變頻器和邏輯無環(huán)流控制技術(shù),省去有環(huán)流系統(tǒng)的3 個換流電抗器,具有體積小、噪音低、空載損耗小等特點。
2)減速段速度調(diào)節(jié)采用低頻發(fā)電制動方式,將系統(tǒng)的動能反饋給電網(wǎng)。與動力制動減速相比,不僅調(diào)速性能好、減速與爬行自然過渡,而且節(jié)能效果顯著。
3)采用現(xiàn)代智能控制技術(shù)實現(xiàn)速度閉環(huán)調(diào)節(jié),負力減速階段在各種負載條件下均可嚴格按照給定的速度圖運行,使交流拖動系統(tǒng)在減速段達到直流拖動系統(tǒng)的調(diào)速性能。
4)由于裝置優(yōu)良的調(diào)節(jié)性能和發(fā)電制動與電動狀態(tài)的自然過渡,不需要進行任何主線路的轉(zhuǎn)換??蓪崿F(xiàn)正力減速與爬行、負力減速與爬行等多種工作方式,在提升系統(tǒng)的最大靜張力差允許范圍內(nèi)均能實現(xiàn)負力減速。能滿足主、副井提升的所有控制要求。
5)裝置采用多CPU 計算機控制系統(tǒng),在I/O 接口、功能單元、信息存儲和系統(tǒng)總線等多方面采用了容錯設(shè)計。系統(tǒng)具有完善的自診斷功能,通過彩色液晶顯示器可以顯示各種故障信息(70 余種)、速度圖和系統(tǒng)運行參數(shù)等,提高了系統(tǒng)的可靠性和可維護性。
目前監(jiān)控部分可分為兩類:一類是基于Windows 操作系統(tǒng),通過PLC 編程軟件設(shè)計出監(jiān)控界面,可在計算機屏幕上實時動態(tài)反映提升機系統(tǒng)的所有運行參數(shù)和運行狀態(tài)。另一類是在司機臺內(nèi)部集成觸摸屏,由廠家一次性寫入程序,也可顯示提升機系統(tǒng)的運行參數(shù)和運行狀態(tài),只是內(nèi)容較少,不便于人員修改增加顯示內(nèi)容。
通過監(jiān)控界面,可顯示提升機主回路、低壓配電回路、提升系統(tǒng)、速度圖、液壓制動系統(tǒng)、裝卸載系統(tǒng)和故障信息等畫面,能使司機對提升機的運行狀況一目了然,若發(fā)生故障,司機能及時從監(jiān)視器上了解到故障類型及位置,及時通知維修人員排除故障。另一方面能使計算機自動判斷出故障類型。計算機對提升機進行故障診斷時,對系統(tǒng)輸入的所有信號用專家知識進行分析、推理,最后做出正確決策。整個故障診斷邏輯包括推理機構(gòu)和知識數(shù)據(jù)庫兩大部分。為保證故障診斷結(jié)果的合理與正確,在決策的快速性和抗干擾能力方面作了重點考慮。
該電控系統(tǒng)除了具有《煤礦安全規(guī)程》要求的各種保護和閉鎖功能外,還增加了軟件的保護功能,并為工業(yè)局域網(wǎng)和現(xiàn)場總線控制留有友好的接口,保證了系統(tǒng)的可兼容性,提高了提升系統(tǒng)的安全性。由于運行故障率低,大大增加了有效提升時間,提高了礦井的提升能力。
[1]晉民杰,李自. 礦井提升機械[M]. 北京:機械工業(yè)出版社,2011.
[2]潘英.礦山提升機械設(shè)計[M]. 徐州:中國礦業(yè)大學出版社,2001.
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