文/鄭宏才

鐵法煤業(yè)（集團）有限責(zé)任公司大興煤礦主井2#提升機電控系統(tǒng)已使用10余年，繼電器、編碼器等相關(guān)電氣元件故障頻發(fā)，導(dǎo)致生產(chǎn)中斷的情況逐漸增多，嚴(yán)重影響主提升系統(tǒng)工作效率。為了保證主提升系統(tǒng)的高效性和穩(wěn)定性，大興煤礦于2020年9月至12月對主井2#提升機的電控系統(tǒng)實施改造。此次改造在保證提升機安全、穩(wěn)定運行的前提下，從整個提升系統(tǒng)入手，在兼顧提高設(shè)備功效的同時，對傳動控制部分、行程控制部分、數(shù)據(jù)傳輸部分等進行了改造與優(yōu)化，并且應(yīng)用了一系列行之有效的節(jié)能技術(shù)，取得了良好的使用效果。

一、提升機電源部分以及傳動控制部分改造

1.電控系統(tǒng)電源部分改造

將原電控系統(tǒng)中高壓電源部分設(shè)備設(shè)施予以保留，原傳動控制部分全部換新采用磁場恒定、電樞換向、12脈動并聯(lián)的運行方式，在確保系統(tǒng)正常使用的前提下，徹底杜絕了由于主回路部件氧化銹蝕帶來的一系列故障以及電能浪費問題。

2.傳動控制部分改造

將原西門子6RA70直流調(diào)速裝置更新為具有性能可靠、使用穩(wěn)定、維護量小等諸多優(yōu)點的6RA80系列產(chǎn)品，該系列產(chǎn)品將運行代碼和故障代碼由4位字符升級至5位字符，使提升主電機的調(diào)節(jié)控制范圍更加寬泛，各種傳動保護功能更為安全可靠。對提升主電機傳動控制參數(shù)重新進行調(diào)試整定，依照設(shè)備的實際性能及使用情況，在實現(xiàn)平滑調(diào)速、穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)上，最大限度地對雙閉環(huán)直流調(diào)速中的PID調(diào)節(jié)參數(shù)進行優(yōu)化，并且重新對速度環(huán)中的微分（超前控制）環(huán)節(jié)各參數(shù)進行反復(fù)模擬試驗，有效遏制了提升機變速時出現(xiàn)的速度超調(diào)趨勢，使其能夠與積分（滯后控制）環(huán)節(jié)進行較好配合，使系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定，也減少了相應(yīng)的無功損耗。傳動控制部分改造在保障提升主電機在各種工況下運行性能的同時，大幅提高了主電機的工作效率以及電能利用率，降低了無謂的電能損耗。

二、提升機行程控制部分改造

1.電控系統(tǒng)中行程控制技術(shù)概述

主提升機屬于在兩定點間進行往復(fù)運動的大型機械設(shè)備，這樣的工作性質(zhì)及使用特點，決定了提升機電控系統(tǒng)中的行程與速度聯(lián)合控制是最重要的部分。對提升機的控制，歸根結(jié)底是對于行程（位置）的控制。在提升機運行過程中，位置及行程誤差的產(chǎn)生原因多種多樣，在傳統(tǒng)的行程控制工藝中，普遍采取在電機軸側(cè)、深度指示器側(cè)（牌坊或速控器）安裝編碼器的方式，通過對主滾筒單次全行程運行總轉(zhuǎn)數(shù)進行聯(lián)合計量，配合每米脈沖數(shù)或單脈沖實際距離，來換算出箕斗的實際行程與位置。

但是，頻繁的重載往復(fù)運動會使鋼絲繩不可避免地出現(xiàn)拉伸及蠕動變形，使鋼絲繩的實際長度不斷發(fā)生改變。同時，人為對鋼絲繩主滾筒運行直徑進行調(diào)整（車?yán)K槽及換襯塊），也會造成滾筒上鋼絲繩運行圈數(shù)的變化，導(dǎo)致運行狀態(tài)下的行程誤差不斷累積。在傳統(tǒng)的提升機行程控制技術(shù)環(huán)境下，一旦出現(xiàn)編碼器故障、停車開關(guān)損壞、PLC掉電等現(xiàn)象造成行程混亂、提升機故障停止運行時，只能通過反復(fù)的空載運行來逐步對各編碼器進行校準(zhǔn)，直至準(zhǔn)確一致，有時因行程校準(zhǔn)而空載運行的次數(shù)可達十余次。頻繁的空載提升在降低提升機工作效率的同時，也造成了機械磨損和電能浪費。

2.電控系統(tǒng)中行程控制技術(shù)的優(yōu)化改造

大興煤礦主井2#提升機新電控系統(tǒng)采用導(dǎo)繩輪增量計數(shù)、速控器絕對計數(shù)、斷銷保護、滑繩保護、斷電行程記憶、同步開關(guān)賦值等多種方式，聯(lián)合解決了主提升機在運行過程中的行程控制問題。

（1）導(dǎo)繩輪編碼器計數(shù)方式。在傳統(tǒng)行程控制工藝的基礎(chǔ)上，即保留電機軸側(cè)編碼器和深度指示編碼器的同時，增設(shè)導(dǎo)繩輪編碼器，以導(dǎo)繩輪轉(zhuǎn)數(shù)作為計量依據(jù)計算行程。因?qū)ЮK輪周長較為固定，在忽略鋼絲繩與導(dǎo)繩輪襯塊間細(xì)微的滑動摩擦的基礎(chǔ)上，無論滾筒直徑是否發(fā)生變化，此編碼器僅以鋼絲繩在導(dǎo)繩輪上運行一周的固定長度作為計量依據(jù)，避免了傳統(tǒng)控制工藝中因主滾筒直徑變化造成的計量基準(zhǔn)改變而導(dǎo)致的多個編碼器出現(xiàn)行程偏差。

（2）速控器絕對值計數(shù)方式。絕對值編碼器較增量式編碼器的最大優(yōu)點，就是其具有掉電保持自動記憶的功能，采用絕對值編碼器配合電機軸、速控器、導(dǎo)繩輪三個增量式編碼器進行聯(lián)合計量，可以避免因故障斷電時出現(xiàn)的行程數(shù)據(jù)丟失或錯誤問題，同時絕對值編碼器在PLC程序內(nèi)部僅作計量監(jiān)視用，并不參與實際的行程與速度控制，作用僅在于對操作人員及時進行調(diào)零提示，如此可提高系統(tǒng)行程控制的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

（3）同步開關(guān)定點賦值方式。因主井2#提升機總提升行程是固定不變的，為763m，且同步開關(guān)的安設(shè)位置是固定不變的，在4m位置，采取同步開關(guān)定點賦值的方式，可將鋼絲繩長度的各種變化誤差自動屏蔽，使其縮小到停車位置至同步位置之間的4m范圍之內(nèi)，極大地避免了誤差的過度累積，減少了每個提升循環(huán)后的行程顯示偏移量。

通過以上方法對主提升機的行程進行聯(lián)合控制，有效解決了主提升機在運行過程中的行程控制問題，減少了各種因素造成的行程誤差累積，提高了行程計量的準(zhǔn)確度及可靠性。即使出現(xiàn)編碼器故障、停車開關(guān)損壞、PLC掉電等現(xiàn)象造成提升機行程故障時，故障處理之后僅需開啟同步測數(shù)空載運行一至兩次，即可完成各編碼器的校準(zhǔn)，恢復(fù)主提升機行程控制部分的正常使用，有效避免了因行程校準(zhǔn)而進行空載運行的次數(shù)，提高了提升機工作效率，節(jié)約了電能。

三、提升機中央控制等部分改造

1.中央控制部分以及數(shù)據(jù)通訊部分改造

新增遠程傳輸數(shù)據(jù)站1臺，采用光纜傳輸連接，用以監(jiān)視提升機運轉(zhuǎn)工況數(shù)據(jù)，對提升控制主副PLC進行組態(tài)、編程、調(diào)試及系統(tǒng)維護。新增DP（PROFINET網(wǎng)絡(luò)分站），配置網(wǎng)絡(luò)傳輸用服務(wù)器與千兆環(huán)網(wǎng)交換機連接；數(shù)據(jù)傳輸利用PROFINET工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳送接口接入礦井網(wǎng)絡(luò)平臺，實現(xiàn)了提升機運行數(shù)據(jù)的高速、可靠傳輸。在卸載操作室內(nèi)增設(shè)1臺工控機，實現(xiàn)了絞車控制監(jiān)控的全部功能，同時具備故障內(nèi)容的顯示、報警以及查詢功能，可為提升機檢修維護提供準(zhǔn)確故障點，節(jié)省故障排查時間，減輕檢修維護人員的工作量。

系統(tǒng)控制單元采用西門子S7-1500系列可編程控制器，通過TIA博途平臺V15.1，利用梯形圖和語句表聯(lián)合編程的方式，對提升機工藝流程進行詳細(xì)、準(zhǔn)確的程序編輯。在井塔十層操作臺上預(yù)留硬件接口，用于測試提升機性能時使用。原控制系統(tǒng)中的舊設(shè)備部件及其纜線等全部換新，既保證了信號傳輸與設(shè)備運行的穩(wěn)定性及可靠性，又有效避免了由于元器件、纜線等老化造成的電氣故障以及電能損耗。

2.電控系統(tǒng)中其他部分改造

井塔十層更新操作臺1臺，二層新增1臺卸載操作臺以及遠程傳輸數(shù)據(jù)站，兩臺操作臺在使用功能、工作模式上保持完全一致，并在二層卸載操作臺設(shè)置權(quán)限轉(zhuǎn)換操作開關(guān)，配合裝載操作臺，提升系統(tǒng)內(nèi)不同工作地點均可實現(xiàn)“手動”“自動”兩種控制方式的任意設(shè)置，減輕了作業(yè)人員的工作量。

此外，在本次改造中，在整流變壓器室、輔助變壓器室、勵磁變壓器室、高壓柜室、低壓柜室、液壓站和潤滑站室等地點，全部安設(shè)了聲控節(jié)能燈具，其耗電量低，工作效率高，避免了“長明燈”現(xiàn)象的發(fā)生。同時，在保證電控系統(tǒng)安全可靠、滿足正常使用需求的前提下，傳感器優(yōu)先采用無源型以及小功率型，并且對主備液壓站的緊急回油功能進行了電控部分的改造，在保證緊急回油功能完好可靠的同時，取消了兩個電磁閥的使用，減少了不必要的電器元件投入，避免了電能的浪費，提升了整個提升機電控系統(tǒng)的節(jié)電效能。

四、結(jié)語

大興煤礦主井2#提升機電控系統(tǒng)成功改造實踐表明，主提升系統(tǒng)作為煤炭企業(yè)生產(chǎn)工藝中不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，只有在保障其安全、穩(wěn)定、高效運行的前提下，積極推廣應(yīng)用節(jié)能技術(shù)，方可促進煤礦安全高效發(fā)展和綠色低碳轉(zhuǎn)型，為礦井實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展作出積極貢獻。