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礦井提升機電控系統集控改造及優化
發布時間：
2024-03-18
來源：
提升機是礦井安全設備之一，其運行性能不僅直接影響到礦山的生產效率，而且影響到礦山的安全生產。
主井提升系統承擔著礦石等的運輸工作，其安全和高效運行至關重要，但是目前國內大部分提升控制系統的自動化程度不高，人員較多，人為參與控制較多，對提升機運行的經濟性、安全性和穩定性影響較大。
隨著企業的發展，生產規模的擴大，礦井提升機更新換代日益加劇，提升機傳動控制系統和信號操作系統等的安全穩定的運行需要不斷升級。
五礦邯邢礦業有限公司北洺河鐵礦主井提升系統為礦石提升井，年提升能力為 180 萬 t。每年工作達8 000 h 以上，是對內創造產值，對外展示形象的窗口。通過多年系統優化改造，年生產能力可達到 280萬 t 以上。提升機的主要參數如表 1 所列。
表1 提升機的主要參數
提升機采用德國西門子 S7-400 和 S7-300 可編程控制器冗余控制，使用軟件和硬件多線制安全回路。
電氣傳動系統采用電樞 12 脈動反并聯，磁場恒定的傳動方案。西門子 6RA70 系列直流調速裝置為電樞和磁場的調節中心，調節電樞和磁場。
上位計算機配備的 STEP7、WinCC 軟件實現對S7 的編程、調試，以及對系統的監控等功能。
隨著科技水平的不斷提高，西門子 6RA80 型直流傳動裝置逐步替代 6RA70 型直流傳動裝置。隨著“機械化換人，自動化減人”的不斷推進，降低工作人員勞動強度，控制各環節，降低耗能，提高生產效率，提高高效安全的運行管理迫在眉睫。近日實現了提升機傳動系統從 6RA70 型直流傳動裝置升級為6RA80 型直流傳動裝置，并完成了提升機的“無人值守”改造。
1 改造設計方案
傳動系統采用西門子 6RA80 型直流傳動裝置12 脈動反并聯的設計方式。主控系統采用雙 PLC 控制，分別負責提升機工藝控制及軟件安全保護，兩套PLC 系統通過網絡通信進行數據交換，確保提升機安全運行。
PLC 系統采用西門子 S7-31X-2DP 系列產品，該產品具有數字量、模擬量、高速計數等數據采集及處理功能，具有 MPI、PROFIBUS-DP、以太網等多種網絡通信功能，系統擴展能力強。
采用以 PLC 自動控制技術和上位機監控軟件WINCC 為核心的礦井提升機監控系統，以 STEP7 為下位機 PLC 軟件設計平臺，具有界面監視、數據存儲查詢、故障數據分析和產量統計等功能。
系統不斷完善，最大限度地減少了中間繼電器、時間繼電器、按鈕和信號燈的使用，控制電路簡潔，維護方便。
增設溫度檢測系統和煙霧檢測報警系統，對包括閘盤溫度、軸承溫度、主電動機溫度和液壓站溫度等進行統一檢測。煙霧檢測報警系統主要對檢測控制柜及卷揚操作室進行監測監控，并傳入主控系統進行統一控制。
新系統采用了先進、可靠、成熟的網絡化分布式技術，大大減少了系統接線，提高了系統可靠性，減少了故障率，更易于操作，可大量節省人員配置，實現機房無人值守。
系統采用位置、速度以及轉矩三閉環自適應控制功能，其動、靜態性能指標滿足提升機四象限運行要求，能夠按照預定的速度圖實現啟動、加速、等速、減速、低速爬行、停車等，且具有平穩過渡的 S 曲線防沖擊功能，滿足提升所需過載能力和安全系數，提高提升效率，降低運行費用，大大減少故障時間，提高經濟效益。
系統增加了遠程診斷，采用基于互聯網的 VPN 虛擬專用網絡通信保證網絡通信安全，通過 PLC 以太網模板、交換機及 VPN 路由器等硬件及專用軟件系統，可通過遠程診斷系統對現場運行的提升機系統進行在線監視和故障診斷，幫助現場工程師快速處理問題，減少故障處理時間，提高工作效率。
2 系統優化方案設計
主井供電電壓正常為 6 200 V 左右，但變電所供電范圍存在較大的波動，且不平穩，如果有大型設備頻繁啟動，會造成電壓波動，對主井提升電控系統造成非常大的影響。電壓波動范圍沒有規律，需要長時間記錄找到規律來調節設備，使設備適應電壓波動。
當全礦用電負荷較高時，主井供電電壓會降到6 000 V，用電負荷較低時，會升至 6 400 V，較大供電范圍對提升機運行的影響是非常大的。尤其在箕斗重載啟動階段，提升機主機供電電壓會降到 742 V，和正常提升機主機電壓 830 V 差 100 V 左右，對提升機及其相關設備產生非常大的影響。
為了保證提升機安全穩定的運行，主控系統對提升機設置了許多保護，比如主電動機超溫、過電壓保護、過電流保護和欠壓保護等。當主電動機電流和電壓超過或者低于設定值時，保護措施啟動，提升機停止運行，對提升機起到應有的保護作用。
當主井供電電壓較低時，提供給提升機主電動機的電壓最低為 742 V，當主井提升機重載啟動時，壓降非常大，電壓值超過了直流傳動裝置設定的最低允許電壓，直流傳動裝置報 F60006 欠電壓故障，造成提升機重載急停，對提升機和鋼絲繩都造成非常大的影響。
通過仔細觀察和記錄主井高壓進線側電壓的變化，尤其是大型設備啟動對電壓的影響，統計電壓值，總結規律，通過兩個辦法實現電控系統的平穩運行。
(1)如果長時間供電電壓偏低，調高主井供電電壓；
(2)調整西門子 6RA80 型直流傳動裝置系統參數，使其符合主井供電電壓的波動特點。
觀察主井提升機運行時啟動、加速、勻速和減速段電壓的變化情況，觀察不同時間段主井電壓變化情況，分析規律，確定傳動裝置參數修改范圍，根據參數修改范圍確定供電電壓報警值及報警值設置公式。最終確定 P078、P086、P351 和 P352 修改值。
新主井提升電控系統在減速停車時，閘盤抱閘聲響較大，首先檢查液壓站油路及油質，發現并無異常，然后對閘電流進行分析，采用增加閘盤預貼值的方法減小抱閘運行距離。
預貼值 (P087 和 P088)的設置，需要多次計算并進行試驗。預貼值設置太大，會提前抱閘，對閘盤、襯塊和鋼絲繩等都會造成影響；預貼值設置過小，抱閘聲響大且無法解除。需要反復多次試驗修訂預貼值設置大小，使閘盤抱閘聲響較大的情況得到解決，減少迅速抱閘對閘頭和閘盤的損傷。
3 結語
提升系統經過改造及優化，使系統具備數字化、自動化、網絡化和信息化等先進功能，完全符合提升機工藝運行需求。系統控制精度高，操作簡單，維護方便，監控、故障自診斷能力強。先進的診斷技術減輕了維護人員的工作壓力，提高并保證了設備使用率。不斷地優化提升電控系統，使提升電控系統和關聯設備的特性更加一致，保證了提升機的安全穩定運行。改造后的提升機系統運行效果良好，滿足了現場生產要求，可供同行參考。
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