陳 亮

(中國平煤神馬集團(tuán)平煤股份二礦，河南 平頂山 467000)

0 引言

煤礦立井提升機(jī)不僅擔(dān)負(fù)著礦井煤炭、矸石、設(shè)備、物料的提升，而且擔(dān)負(fù)著人員的上下井，因此煤礦立井提升機(jī)的安全運(yùn)行至關(guān)重要。為保障提升機(jī)的安全高效運(yùn)轉(zhuǎn)，需要安裝保護(hù)裝置。但是現(xiàn)實(shí)工作中，立井提升機(jī)的速度保護(hù)試驗(yàn)方法一直是困擾現(xiàn)場維護(hù)技術(shù)人員的問題。

生產(chǎn)中礦山立井提升機(jī)對(duì)速度的保護(hù)有等速過速保護(hù)、定點(diǎn)限速保護(hù)、減速功能保護(hù)和深度指示失效(測速故障)。保護(hù)動(dòng)作邏輯為PLC通過軸編碼器采集計(jì)算出的數(shù)值與PLC內(nèi)部程序設(shè)置的值對(duì)比，正常工作中設(shè)置的保護(hù)值較大，如果以此值試驗(yàn)運(yùn)行會(huì)給運(yùn)行工況帶來嚴(yán)重的沖擊，平時(shí)無法正常試驗(yàn)，給立井提升機(jī)的運(yùn)行帶來安全隱患。面對(duì)生產(chǎn)中的困難，本文介紹了一種立井提升機(jī)的速度保護(hù)試驗(yàn)方法。

1 提升機(jī)系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)組成

某礦北山副井提升機(jī)絞車型號(hào)為JKMD-4×4Z Ⅲ，提升高度為847.5 m，設(shè)計(jì)提升速度為8.8 m/s。傳動(dòng)系統(tǒng)采用西門子6RA70串聯(lián)12脈動(dòng)雙勵(lì)磁回路，直流提升電機(jī)拖動(dòng)。電氣操作系統(tǒng)采用西門子S7-300作為操作控制主控單元，安全保護(hù)采用軟件、硬件兩路安全回路雙重保護(hù)。監(jiān)控計(jì)算機(jī)為工業(yè)計(jì)算機(jī)配備西門子PLC編程軟件step7及西門子Wincc組態(tài)監(jiān)控軟件，可對(duì)提升機(jī)全程各重要參數(shù)進(jìn)行控制和監(jiān)控。本文介紹的提升機(jī)速度保護(hù)試驗(yàn)方法就是利用工控機(jī)上的編程軟件、組態(tài)軟件來完成。提升機(jī)系統(tǒng)配置如圖1所示。

圖1 提升機(jī)系統(tǒng)配置圖

1.2 提升機(jī)速度保護(hù)

1.2.1 等速超速保護(hù)

當(dāng)提升速度超過最大速度15%時(shí)(等速過速)，安全回路自動(dòng)斷電，制動(dòng)閘實(shí)施緊急制動(dòng)停車。

程序中等速超速控制如下：DB11.DBD52為提升機(jī)的實(shí)際運(yùn)行速度，全速運(yùn)行速度為8 m/s，DB11.DBD24為PLC內(nèi)部設(shè)定的，最大速度值為10.5 m/s，如果提升機(jī)的實(shí)際運(yùn)行速度DB11.DBD52大于內(nèi)部設(shè)定的最大速度值 DB11.DBD24時(shí)，系統(tǒng)就報(bào)等速超速故障，提升機(jī)安全制動(dòng)。

1.2.2 定點(diǎn)限速保護(hù)

當(dāng)提升機(jī)減速運(yùn)行到接近井口(或者井底)的定點(diǎn)檢測位置后，提升機(jī)的運(yùn)行速度要降低到2 m/s以下。定點(diǎn)檢測位置由PLC內(nèi)部計(jì)算的編碼器深度和井筒安裝的定點(diǎn)檢測磁開關(guān)共同作用。當(dāng)提升機(jī)經(jīng)過定點(diǎn)檢測位置后，運(yùn)行速度仍然大于2 m/s，安全回路斷開，提升機(jī)安全制動(dòng)。測速機(jī)：模擬測速機(jī)用于檢測系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際速度，起保護(hù)和傳動(dòng)速度反饋?zhàn)饔?。脈沖編碼器：經(jīng)過PLC系統(tǒng)的運(yùn)算提供系統(tǒng)的速度和位置，并進(jìn)行必要的速度保護(hù)和位置保護(hù)。

1.2.3 速度保護(hù)試驗(yàn)方法

經(jīng)考察了解，目前立井提升場所使用的速度保護(hù)試驗(yàn)方法為外接多組開關(guān)連接PLC輸入點(diǎn)。利用外接開關(guān)觸發(fā)試驗(yàn)程序，與較小的速度值作比較，可順利保護(hù)動(dòng)作，從而完成速度保護(hù)試驗(yàn)，但此種方法有如下弊端。

1)設(shè)備出廠時(shí)無配備此類試驗(yàn)功能，后期現(xiàn)場改造要增加試驗(yàn)旋鈕，但現(xiàn)場已無備用旋鈕使用，須改動(dòng)接線外加控制設(shè)備。此外PLC也無足夠的閑置輸入點(diǎn)，不能滿足設(shè)計(jì)要求，不能全部投入試驗(yàn)。

2)由于是外接的試驗(yàn)旋鈕，易發(fā)生誤操作事故。工作中維護(hù)更改操作模式時(shí)易誤觸發(fā)，從而使提升機(jī)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。類似故障在生產(chǎn)中已有發(fā)生，且發(fā)生后不易被發(fā)現(xiàn)，無疑埋下了安全隱患，應(yīng)當(dāng)避免此類人為故障發(fā)生。

3)由于外加旋鈕使用不便，在提升場所試驗(yàn)時(shí)需要修改參數(shù)，較為耗時(shí)，整個(gè)提升保護(hù)試驗(yàn)完成需要1 h左右。這種方式也不安全，稍不留意提升機(jī)就不能正常啟動(dòng)。

2 新型速度保護(hù)試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)與應(yīng)用

北山副井提升機(jī)的上位監(jiān)控系統(tǒng)采用研華工控機(jī)+液晶顯示器，除調(diào)試時(shí)擔(dān)負(fù)編程工作外，還裝有監(jiān)控軟件西門子Wincc，通過形象的畫面顯示和記錄提升機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)。

該速度保護(hù)試驗(yàn)方法利用工控機(jī)上的編程軟件、組態(tài)軟件來完成。設(shè)計(jì)方案核心是采用組態(tài)畫面完成速度保護(hù)試驗(yàn)。

2.1 設(shè)計(jì)方案

2.1.1 新建變量

打開工控機(jī)組態(tài)軟件Wincc，打開變量管理，然后新建變量“保護(hù)實(shí)驗(yàn)投退” M52.7、 “等速過速試驗(yàn)” M52.2、 “定點(diǎn)限速保護(hù)”M52.3等。

2.1.2 創(chuàng)建試驗(yàn)畫面

點(diǎn)擊圖形編輯器，新建“TSJ保護(hù)試驗(yàn)”畫面，然后打開“TSJ保護(hù)試驗(yàn)”畫面，創(chuàng)建窗口畫面。

2.1.3 關(guān)聯(lián)變量

把控制旋鈕依次關(guān)聯(lián)步驟1變量，并保存。

2.1.4 創(chuàng)建試驗(yàn)程序

打開step7軟件，打開梯形圖程序，編寫每一步試驗(yàn)控制程序。把步驟1定義好的變量M52.7、M52.2、M52.3等分別串于每一步試驗(yàn)程序前，并保存下載至PLC。

2.1.5 動(dòng)作原理

以等速超速為例， “保護(hù)試驗(yàn)投退”旋鈕投入M52.7接通—“等速過速試驗(yàn)”旋鈕投入M52.2接通—試驗(yàn)程序投入，等速過速最大設(shè)定值10.5 m/s變?yōu)?.5 m/s—提升機(jī)運(yùn)行，當(dāng)提升機(jī)實(shí)際速度值DB11.DBD52大于試驗(yàn)值0.5 m/s時(shí)，提升機(jī)報(bào)“等速過速”故障，安全回路斷，提升機(jī)制動(dòng)停車。

2.2 試驗(yàn)方法

打開“TSJ保護(hù)試驗(yàn)”畫面，點(diǎn)擊畫面旋鈕，各個(gè)速度保護(hù)依次試驗(yàn)。試驗(yàn)全部結(jié)束后，點(diǎn)擊“退出界面”退出試驗(yàn)界面。

2.3 設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)

2.3.1 無需接線改動(dòng)，無需外增設(shè)備

副井提升機(jī)速度保護(hù)試驗(yàn)采用提升機(jī)現(xiàn)有工控機(jī)的組態(tài)軟件設(shè)計(jì)完成，無需改動(dòng)設(shè)備接線和增加其他控制設(shè)備。

2.3.2 操作更安全

由于設(shè)計(jì)的試驗(yàn)畫面創(chuàng)建于單獨(dú)的窗口畫面上，平時(shí)工作中是關(guān)閉的，須由專業(yè)維護(hù)人員打開，從而完全避免了人為的誤操作。此外，試驗(yàn)的控制完全由軟件完成，相比于外接線控制更加安全可靠。

2.3.3 操作直觀，方便快捷

試驗(yàn)時(shí)打開試驗(yàn)畫面，鼠標(biāo)點(diǎn)擊每個(gè)試驗(yàn)旋鈕即可開始不同的試驗(yàn)，操作更方便，且操作時(shí)窗口畫面實(shí)時(shí)顯示動(dòng)作，使操作更直觀。采取此種試驗(yàn)方法整個(gè)提升機(jī)所有的保護(hù)試驗(yàn)僅需10 min完成，簡便省時(shí)。

2.3.4 應(yīng)用性強(qiáng)

由于立井提升場所控制設(shè)備結(jié)構(gòu)類似，本試驗(yàn)方法同樣也可推廣應(yīng)用于其他立井提升機(jī)，解決整個(gè)行業(yè)所面臨的技術(shù)難題。

3 應(yīng)用效果

提升機(jī)速度保護(hù)試驗(yàn)方法的資金和材料投入為0，相比于傳統(tǒng)方法直接省掉了控制裝置的投入，節(jié)約了控制設(shè)備的投入。

副井提升機(jī)是礦山井上和井下的咽喉設(shè)備，是煤礦生產(chǎn)的一條“生命線”，一旦發(fā)生故障，輕則礦井停工停產(chǎn)，重則造成人員傷亡。本文介紹的副井提升機(jī)速度保護(hù)試驗(yàn)方法投入應(yīng)用后，充分解決了北山副井提升機(jī)速度保護(hù)試驗(yàn)的難題，提高了生產(chǎn)效率，也進(jìn)一步消除了設(shè)備運(yùn)行的安全隱患，給副井提升的安全運(yùn)轉(zhuǎn)帶來了有力的技術(shù)保障，使提升工作更加安全可靠運(yùn)行，帶來了一定的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語

本文介紹的副井速度保護(hù)試驗(yàn)方法保證了各種保護(hù)的正常投用，避免了不必要的事故發(fā)生，使提升工作更加安全可靠，符合“安全第一”的生產(chǎn)理念。