矿井提升机电控系统改造浅谈

矿井提升机电控系统改造浅谈

李铁军

开滦能源化工股份有限公司范各庄矿业分公司，河北唐山 063000

摘要：本文结合笔者工作经验，对矿井提升机电控系统的构成及主要功能进行分析，并结合具体案例对电控系统改造的相关内容进行分析与研究，为今后更好的提升矿井提升机电控系统的工作效率提供参考与借鉴。

关键词：电控系统，矿井提升机，改造设计

引言：随着我国经济的发展，冶金及制造行业对于矿产的需求量与日俱增，为了满足日益增长的资源需求，这就要求我国的采矿企业保证充足的日产能力，从而对采矿设备运行的稳定性提出了更高的要求。由于历史原因，我国的矿井设备面临自动化能力薄弱，设备老化等一些列的问题。尤其表现在提升机等重要设备上。由于矿井的深度不断增加，人员升降井、设备的输送以及废料的运输都需要升降机来完成，所以升降机在矿井中的作用不言而喻。目前我国大部分矿井使用的提升机是二十世纪初期采购的国外产品，从投运至今，设备性能下降，器件老化，由于投产时使用的设备多为成套设备，随着科技的进步，升降机设备也已经进行了多次技术更新，目前的设备普遍面临电气元器件及机械件停产的问题，备件采购已经成为一个棘手的问题，如原设计所使用的晶闸管供电及西门子PLC硬件系统，已经停产，为了寻求同型号原厂备件，矿井企业维护成本逐年上升，甚至存在备件可换的状况，给提升机运行的安全稳定性造成了极大的隐患，严重时可导致重大事故的发生。为了避免这种情况的发生，对矿井升降机的改造势在必行。本文通过对现有提升机电控系统的研究，结合当今新的电控设计思维，以提高提升机的运力、稳定性易维护为目的，采用当今先进的通用性强、控制开源的电控系统取代原有的控制系统。

1矿井提升机系统构成

提升机所有设备的升降动作均由电控系统来控制，是矿井提升系统的核心。作为提升机电控系统改造的方案必须满足以下两方面的要求：①良好的控制性能、稳定的运行、节能和优越的控制性能，这些指标将直接关系到提升机运输的质量和效率。②全面的电气联锁保护，提升机作为重要的运输设备，其连锁保护功能必须齐全、可靠。在电控系统中，可采用PLC加变频器控制的思路，变频器在运行过程中可实现设备运行的稳定性，同时在不同阶段采用不同的运行速度，可大大节约电能。通过PLC、编码器及重量传感器来控制变频器的运行，在程序中可增加过载、过流、超速、超重等连锁保护，当连锁生效时，变频器停止运行，避免事故的发生，极大的增加了系统运行的安全性。

矿井提升系统主要由主轴、减速器、电机、润滑站、液压制动系统、深度指示器和电气控制系统组成。其中在机械部分，主轴包括滚筒总成和调绳离合器，液压制动系统包括液压站和制动器。

2矿井提升机系统功能要求

矿井提升系统功能要求必须满足以下三个方面的要求：（1）安全性；更新后的提升系统必须符合《煤矿安全规程》和《煤矿机电质量标准化》的相关规定，并采用软安全电路和硬线安全电路的双线电路来保证系统运行的安全性。硬件安全电路必须是独立的，软安全回路由PLC程序结合现场的各种传感器来实现。（2） 控制方面。目前主流的控制系统采用西门子300或者400PLC来实现，上位机界面软件采用WINCC7.5,下位机软件采用SETP7 V5.6,通过TCP/IP或者PROFIBUS协议来实现上位机与下位机的通讯，西门SETP7 V5.6具有良好的兼容性，可兼容增量或者绝对值编码器，兼容西门子触摸屏，实现提升机控制的多地化；（3）系统方面。将重量、速度、温度传感器接入PLC硬件的DI模块，可在WINCC界面上显示提升机的钢丝绳张力、提升机速度、提升机电机及减速机温度等数值，通过设置一定的报警值，当检测数值超标时，在WINCC画面上进行报警显示，提示岗位及维保人员及时进行故障处理。还可以将重要的监测利用WINCC趋势控件，制作历史趋势图，可查看当前及历史的趋势记录，对于故障判断及监控重要设备的运行状态有重要作用，同时通过曲线的对比还能分析设备性能的劣化程度。

３可编程控制器（PLC）电控系统

可编程控制器是一种特殊的工业数字计算控制器，可以对存储器进行编程，以实现操作、定时和控制等指令，通常被称为PLC控制系统。通过不同的PLC信号模块，可实现不同功能，如AI模板可实现提升机电机电流、电机温度的监测；AO模板可实现变频器不同速度的控制输出；DI模板可接收接触器的合闸信号，电机的故障、过力矩、限位等信号；DO模板通过24V继电器的控制可实现电机、抱闸等动作的启停。通过提升机规模的大小和性能的需求可采用不同的信号模板。

4提升机电控系统及改造分析

以2009年建成的采用立井提升方式的XX矿井为例，矿井的垂直深度为520米。提升电机采用型号为ZKTD215/45的800 kW低速直流电机。为了实现实时的数字调节，采用了双闭环自动调节理念，采用型号为6RA70的直流电控系统来实现提升机的电流调节和速度调节控制。所有电气控制系统部件主要包括高压配电系统、控制系统、安全系统、监控系统和S7-300PLC控制系统。

然而在实际的使用过程中，尤其是在进行换层作业时，提升机的运行速度存在以下几个问题。首先，提升机的升降速度过快，实测速度不低于0.3M/S，导致在停车过程时，由于惯性导致罐笼动作不平稳；其次，由于速度过快，在换层作业时，作业人员为了降低速度，往往不会将抱闸完全打开，这种操作极大的缩短了抱闸的使用寿命；再次，由于停车前速度过快，导致罐笼位置不能完全对正工作面，往往需要多次启停升降机才能对正位置，否则影响矿车的出入。

5系统改造方案设计

升降机的换层速度过快对岗位人身和设备安全均存在一定的隐患；针对这一问题从以下两方面进行分析：一、程序因素：通过对控制系统的程序控制进行分析，在程序中对于变频器的速度输出为固定值，没有考虑加减速点，同时在程序中，速度设定为固定值，无法通过上位机界面和现场主令进行设置；二、人的因素：岗位人员没有完全了解提升装置的特性，并且在操作过程中存在盲目操作。根据原因分析，进行以下改造;

（1）增加程序中的逻辑判断，使升降机速度根据主令的位置来调节，速度调节区间在0-0.3m/s以内；当罐笼临近换层面时，通过主令手柄的位置来减小速度，实现罐笼启停的平稳性。

（2） PLC中增加DI以及AI模板，将主令的零位信号及摇杆电位器信号引入PLC控制系统，当PLC接收到主令的零位信号时，PLC判断主令未发出速度指令，PLC至变频器的速度输出为0，此时变频器不工作，电机不运行。当主令位置位于非零位，通过PLC的AI模板接收的PIW数值来判断主令电位器的4-20毫安数。当PLC检测到PIW数值为0时，判断主令给定为4毫安，对应变频器速度为0，当PLC检测到PIW数值为27648时，判断主令给定为20毫安，对应变频器速度为最大速度0.3 m/s；同时设置急停按钮，当主令发生故障时，可按下急停按钮，终止电机动作；程序中增加逻辑判断关系，当主令摇杆快速通过零位执行上升、下降操作时，变频器抱闸维持原来的状态，防止快速打反车损坏电气设备，只有当主令摇杆经过零位且停留2s后，程序才可对变频器输出动作信号。

（3） 为了使作业操作人员更加科学、有效地操控提升机。必须定期针对作业操作人员开展集中培训，通过培训让其更加了解提升机的设备性能与原理。只有工人了解和认识升降机的不同工作条件，及时选择合适的操作方法，才能保证升降机工作的安全有效。

结束语：矿井的管理者必须认识到电控系统对升降机的重要性，通过日常检查、程序优化、规范人员操作性等措施，保障提升机运行系统的稳定、高效。

参考文献

[1]樊兵.主井提升机双独立电控系统优化设计[J].机械研究与应用,2021,34(03):174-176.

[2]李利青.提升机故障处理专家系统在煤矿的应用[J].煤,2020,29(09):51-52.

[3]王泽.基于PLC的矿井提升机智能型电控系统的分析[J].机械管理开发,2020,35(01):182-183.

[4]王贵丽,麻丽明,刘伟民.基于PLC的煤矿提升机电控系统设计[J].煤矿机械,2019,40(07):189-191.