秦愛玲

（同煤浙能麻家梁煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 朔州 036002）

立井提升機(jī)是立井提升煤礦中重要的設(shè)備之一，主要用于原煤、物料的提升以及人員和設(shè)備的升降。提升機(jī)安全高效的運(yùn)行集中體現(xiàn)在提升機(jī)的電控系統(tǒng)中，電控系統(tǒng)的優(yōu)劣直接影響礦井生產(chǎn)效率以及人員的人身生命安全。因此，ABB立井提升電控系統(tǒng)的選型、設(shè)計(jì)都以系統(tǒng)的高度安全性和可靠性為準(zhǔn)。本文主要結(jié)合麻家梁礦主井提升系統(tǒng)采用瑞典ABB公司生產(chǎn)的全套JKMD—5.7×4落地式摩擦式提升機(jī)，對(duì)提升機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行研究分析，期待從中發(fā)現(xiàn)科學(xué)、合理、可靠的提升機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念以及應(yīng)用方法。

1 ABB提升系統(tǒng)配置

ABB主控系統(tǒng)軟件用來執(zhí)行提升機(jī)運(yùn)行的邏輯、比較、順序控制、算術(shù)計(jì)算、通訊和監(jiān)測(cè)保護(hù)功能，由AC800M PLC系統(tǒng)、S800 I/O系統(tǒng)組成，ACS6000傳動(dòng)控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)速度、電流閉環(huán)控制功能及與傳動(dòng)有關(guān)的監(jiān)測(cè)監(jiān)控保護(hù)功能。傳動(dòng)控制系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)控制、電流控制和勵(lì)磁控制三部分，主要由高壓柜、變壓器、兩套逆變單元（INU）、兩套整流單元(ARU）、電容器單元(CBU)、電壓限副單元(VLU)、勵(lì)磁單元（EXU）、內(nèi)外水冷單元（WCU）組成。監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)提升機(jī)系統(tǒng)的速度、位置等進(jìn)行監(jiān)測(cè)和計(jì)算，起到驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和主控系統(tǒng)的后備保護(hù)功能，監(jiān)控系統(tǒng)的位置速度信號(hào)來自電機(jī)增量型側(cè)編碼器脈沖解算信號(hào)。ABB閘控系統(tǒng)與ABB提升系統(tǒng)集成，有恒減速制動(dòng)和恒力矩制動(dòng)兩種緊急制動(dòng)功能，在緊急制動(dòng)投入時(shí)，率先投入恒減速制動(dòng)，具有優(yōu)越的安全制動(dòng)功能。操作維護(hù)系統(tǒng)主要由選擇開關(guān)、按鈕、光字牌、深度指示器、顯示儀表、蜂鳴器、制動(dòng)手柄和速度控制手柄組成。提升監(jiān)視系統(tǒng)提供直觀的用戶界面，可以對(duì)提升系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)視以及系統(tǒng)維護(hù)。井筒信號(hào)系統(tǒng)主要包含裝載站和卸載站信號(hào)控制系統(tǒng)。

2 ABB提升系統(tǒng)的控制功能

2.1 設(shè)備起停、分合及提升機(jī)位置速度測(cè)量功能

包括變流器、高壓開關(guān)的合分閘以及外圍設(shè)備的起停，電機(jī)風(fēng)機(jī)、傳動(dòng)水冷系統(tǒng)等。ABB提升機(jī)位置速度測(cè)量采用安裝在電機(jī)側(cè)和滾筒側(cè)的增量型編碼器來檢測(cè)，通過對(duì)編碼器脈沖信號(hào)，到DP820模塊，然后經(jīng)過PLC程序邏輯計(jì)算。

2.2 滾筒直徑功能

滾筒直徑是影響提升機(jī)位置及速度計(jì)算的一個(gè)極為重要的參數(shù)，由于繩襯不斷磨損發(fā)生變化，產(chǎn)生誤差，必須要不斷修正它，才能保證控制的正確性，在CPU復(fù)位前必須記下滾筒直徑，以便在復(fù)位后重置直徑。

2.3 提升機(jī)同步及井筒開關(guān)功能

所有的位置、速度、滾筒的直徑計(jì)算所需的數(shù)據(jù)來源都是程序中的脈沖計(jì)數(shù)模塊，因此脈沖計(jì)數(shù)模塊的正確性是提升機(jī)正確、準(zhǔn)確、安全運(yùn)行的保證，為了消除其在提升過程中的偏差，必須要求對(duì)其進(jìn)行同步校正。在提升機(jī)的整個(gè)運(yùn)行階段中：起步-爬行-勻加速-勻速-勻減速-爬行-低爬-停車制動(dòng)，勻減速段至停車段是提升速度控制的關(guān)鍵部分，因此，井筒傳感器均安裝在該階段對(duì)應(yīng)的井筒當(dāng)中：減速點(diǎn)開關(guān)（-106m），同步開關(guān)（-5.6m），到位開關(guān)（+0m）。

圖1 ABB提升系統(tǒng)組成示意圖

3 ABB提升控制系統(tǒng)的安全原則及保護(hù)功能

3.1 安全原則

ABB提升機(jī)控制系統(tǒng)符合歐盟的EN954-1標(biāo)準(zhǔn)，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)、選型等方面都以歐盟的EN954-1為參考標(biāo)準(zhǔn)。提升機(jī)控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)采用著名的安全設(shè)計(jì)原則來減少提升機(jī)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 可編程序控制器

ABB的高性能PLC系統(tǒng)采用主控AHC和監(jiān)控AHM兩套完全獨(dú)立的PLC控制系統(tǒng)，其中，AHC用來對(duì)提升機(jī)進(jìn)行監(jiān)視和控制，而AHM僅僅用來對(duì)提升監(jiān)視。兩個(gè)PLC都有Watch-dog來監(jiān)視PLC工作狀態(tài)，2套控制器都有獨(dú)立的跳閘輸出，對(duì)于重要的過程變量，2個(gè)控制器還對(duì)其進(jìn)行比較，如果其偏差超過一定的范圍，使安全回路跳閘。處理器模塊:PM856/PM861，48MHz，系統(tǒng)讀寫存儲(chǔ)器:8Mbyte最小任務(wù)周期:1ms，I/O模塊: S800 I/O，通訊接口 /協(xié)議 : Ethernet，Profibus-DP，TCP/IP，內(nèi)置電池后備時(shí)間:＞48h。

3.3 提升機(jī)的速度和位置的確定

提升機(jī)的位置和速度計(jì)算通過AHC和AHM二套完全獨(dú)立的控制器，AHC主控系統(tǒng)讀取滾筒側(cè)軸端增量型脈沖編碼脈沖信號(hào)（10000ppr），AHM監(jiān)控系統(tǒng)讀取電機(jī)側(cè)軸端增量型脈沖編碼脈沖信號(hào)（10000ppr），連接到各自的脈沖量計(jì)數(shù)卡，并且在井筒設(shè)計(jì)了同步開關(guān)，對(duì)提升機(jī)位置進(jìn)行同步，還設(shè)置了位置檢查開關(guān)，保證提升機(jī)的位置和速度的準(zhǔn)確性。

3.4 安全回路保護(hù)

分為硬件安全回路和安全回路，并以硬件安全回路為主，兩者之間相互作用，傳動(dòng)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、裝卸載系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)及控制系統(tǒng)關(guān)鍵狀態(tài)信號(hào)等，有讓安全回路投入的要求時(shí)，控制系統(tǒng)的軟件安全回路就會(huì)動(dòng)作跳閘，同時(shí)向硬件安全回路發(fā)出跳閘命令；與此同時(shí)，上述觸發(fā)信號(hào)也會(huì)斷開硬件安全回路，進(jìn)而觸發(fā)安全制動(dòng)。硬件安全回路為最后的安全保護(hù)部分，其設(shè)計(jì)遵循失電斷開、上電閉合的原則，最大限度確保任一異常狀況下安全回路均能動(dòng)作跳閘，保證提升機(jī)安全可靠運(yùn)行。

3.5 安全制動(dòng)保護(hù)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)有安全制動(dòng)回路，當(dāng)發(fā)生緊急制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)器內(nèi)的油通過兩條回路迅速回油，很快使油壓降到V37的控制壓力，這時(shí)V37通過閘控卡控制其壓力，實(shí)現(xiàn)恒減速緊急制動(dòng)，當(dāng)恒減速失敗時(shí)直接轉(zhuǎn)至恒力矩制動(dòng)。閘控板設(shè)計(jì)有后備電池，即使在電源中斷的情況下，也能啟動(dòng)設(shè)定的安全制動(dòng)模式。

3.6 ABB提升機(jī)控制系統(tǒng)的故障等級(jí)劃分

ABB提升機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了多種保護(hù)功能，根據(jù)故障對(duì)提升機(jī)系統(tǒng)的影響程度，提升機(jī)保護(hù)功能將故障為三類。報(bào)警故障是指系統(tǒng)監(jiān)視中出現(xiàn)的一些些故障，比如主變壓器溫度高、天輪/主軸承溫度高等，該類故障不會(huì)直接危害系統(tǒng)的正常運(yùn)行，并不需要中斷提升，僅發(fā)出聲光報(bào)警，告知操作人員及檢修人員故障信息，選擇適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)處理即可。電氣減速緊停故障是指在一定程度上會(huì)危及到提升機(jī)的正常運(yùn)行，但是又不會(huì)立即造成較大的事故，比如主軸承溫度超過75℃，液壓站蓄能器氮?dú)鈮毫^低，此時(shí)，提升機(jī)將先電氣減速至爬行速度，隨后再緊急停車制動(dòng)。急停故障：一類是立即引起緊急制動(dòng)的故障，另一類是提升機(jī)停車后再產(chǎn)生緊停的故障。第一類緊停故障出現(xiàn)后，提升機(jī)系統(tǒng)會(huì)立即停車，否則可能會(huì)給整個(gè)系統(tǒng)造成重大危害。第二類急停故障出現(xiàn)后，不會(huì)立即造成重大事故或危害，可以完成本次提升，但是停車后，必須排除該類故障后才能繼續(xù)提升。根據(jù)提升機(jī)不同操作功能的劃分，主控系統(tǒng)的保護(hù)功能可分為如下幾部分：高壓保護(hù)低壓保護(hù)、速度保護(hù)、位置測(cè)量保護(hù)、溫度保護(hù)、運(yùn)行的同步保護(hù)、輔助設(shè)備狀態(tài)保護(hù)、張力測(cè)量保護(hù)、過卷保護(hù)、井筒設(shè)備的狀態(tài)保護(hù)、液壓制動(dòng)系統(tǒng)的保護(hù)、反轉(zhuǎn)保護(hù)、其他保護(hù)等。

4 結(jié)語(yǔ)

提升機(jī)作為礦井的大型設(shè)備之一，其安全性對(duì)整個(gè)礦井的安全生產(chǎn)起著舉足輕重的作用。本文結(jié)合ABB提升機(jī)電控系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析，對(duì)提升機(jī)電控系統(tǒng)及其控制技術(shù)應(yīng)用的研究有一定的參考價(jià)值。關(guān)于提升機(jī)自動(dòng)化電控系統(tǒng)更先進(jìn)、更成熟、更可靠的技術(shù)研究，還有賴于廣大礦井科技工作者的共同努力，才能最終實(shí)現(xiàn)我國(guó)提升機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)及其控制技術(shù)應(yīng)用的提高。