0引言

礦井提升機電控系統在一定程度上代表一個廠或國家的傳動控制技術水平，它的電氣傳動及控制裝置也一直是各國電氣傳動界的一個重要研究領域。因此世界各大公司紛紛將新的、成熟的技術應用于提升機電控系統。計算機和PLC的應用，使提升機的控制出現了嶄新的面貌，其自動化水平、安全、可靠性都達到了一定新的高度。對于提升機電控系統，提升工藝過程大都采用微機控制。由于微機功能強，使用靈活，運算速度快，監視顯示易于實現，并具有診斷功能。提升行程控制從本質上說是一個位置控制，要保證提升容器在預定地點準確停車，要求準確度高，目前可達到士2mm。采用微機控制，在罐籠提升時可實現無爬行提升，大大提高了提升能力。安全回路是指提升機在出現機械、電氣故障時控制提升機進入安全保護狀態極為重要的環節。本項目研究，以期在運用系統工程理論、安全工程理論、冗余理論、可靠性理論基礎上建立提升機電控系統安全模型，提出電控系統安全可靠的升級方案。[1]

1系統升級方案

1.1礦井提升機對電氣控制系統的選擇

主井提升機要求是在一定的距離內，按一定周期往復循環動作完成提升任務，調速系統需要啟動轉矩大、調速性能好、控制精度高，所以本項目采用雙閉環直流調速方案。調速原理框圖如下圖所示

雙閉環直流調速系統采用速度環、電流環雙閉環控制，為了實現轉速和電流兩種負反饋分別起作用，在系統中設置了兩個調節器，分別調節轉速和電流，兩者之實行串級聯接。考慮到減少變流系統對電網的干擾，尤其是減少諧波分量的對電網的干擾，避免對電網系統的重度污染，提高傳動系統的調速性能和調速精度，最終選用12脈動串聯整流的晶閘管-直流電動機調速方案。

1.2電控系統原理框圖

礦井提升機是煤礦生產的咽喉，其電控系統的技術性能和可靠性直接影響煤礦的生產。用計算機控制技術實現對礦井提升機的自動控制及故障自診斷，將會大大提高提升機的可靠性和可維護性，從而保證煤礦安全生產并提高生產效率。本項目選用當今最可靠的PLC監控系統。礦井提升機PLC控制系統原理如圖所示。

2系統升級過程中的安全技術研究

安全技術是指在設計、生產過程中為防止各種事故，并為員工提供安全、良好的勞動條件而采取的各種技術措施。對系統進行安全性分析的方法有許多種，每種方法都有它的適應性，但它們之間是相互聯系、互不排斥的。事故樹分析（FAT）是安全系統工程中的重要分析方法之一，它能對各種系統或裝置的危險性進行識別和評價，既適用于定性分析，又能定量分析，具有使用范圍廣和簡明、形象的特點，體現了以系統工程方法研究安全性問題的系統性、準確性和預測性。在事故樹分析中，建樹的關鍵是要清楚的了解所分析的系統功能邏輯關系及故障模式，影響及致命度，建樹完善與否直接影響定性分析和定量計算結果是否正確，故障應是實際系統故障組合和傳遞的邏輯關系的正確抽象。[2]

2.1提升機事故樹的建立

確定頂事件：提升機故障。在頂事件確定以后，并列寫出造成頂上事件的所有直接原因事件。然后依據上、下層各事件的邏輯關系，用“邏輯門”把它們連接起來。礦井提升機故障，主要分為以下三種:

(1)立即施閘類故障:發生故障時，若提升容器在井筒中，實行二級制動施閘停提升容器接近井口，立即進行安全制動施閘停車。

(2)終端施閘類故障:發生故障時，允許一次提升循環結束后再停車。

(3)報警類故障:發生故障時，僅發出聲光報警，不停車。

提升機事故樹建立如圖所示。

2.2事故樹的定性分析

事故樹分析的目的之一是找出導致系統故障發生的所有可能的故障模式。一個最小割集就是包含了最少數量而又必需的底事件的集合。事故樹的定性分析就是指求出能夠引起頂端事件的所有組合，也就是求出事故樹的最小割集。[3]

（1）下行法（Fussell-Vesely算法）求最小割集

Fussell-Vesely算法的基本原理是根據邏輯與門和或門的特征：邏輯與門增加統割集的容量，而邏輯或門增加割集的個數，來推導最小割集。具體方法如下：事故樹頂事件開始，由上到下，順次把上一級事件置換為下一級事件，遇到與門輸入事件橫向并聯寫出，遇到或門將輸入事件豎向串聯寫出，直到把全部邏輯門置換成底事件為止，此時最后一列表示出基本事件組成的割集，再將割集簡化、收得全部最小割集。下面通過表3.1說明其計算過程。

表3.1Fussell-Vesely算法求最小割集

（2）結構重要度分析

在基本事件少的最小割集中，出現次數少的事件與基本事件多的最小割集中出現

次數多的相比較，一般前者大于后者。

2.3事故樹的定量分析

提升機事故樹的定量分析的任務是在求出各基本事件發生概率的情況基礎上，計算或估算系統頂上事件發生的概率以及系統的有關可靠性特性，并以此為依據，綜合考慮事故（頂上事件）的損失嚴重程度，與預定的目標進行比較。

提升機事故樹定量分析就是指：

（1）求出“提升機故障”發生的概率，即頂端事件S的發生概率；

（2）求出各個基本事件對故障發生所做的“貢獻”，即重要度。

概率重要度是頂端事件的發生概率對某個頂事件發生概率的偏導數，已知頂端事件的發生概率為

概率重要度雖然反映了基本事件概率變化對頂事件概率變化的貢獻，但不能反

映不同基本事件概率改進的難易程度。宜采用提高低質量部件可靠度來改變系統的

可靠性，這一意義可以從關鍵重要度的定義看出：

為了計算事故樹頂端事件發生的概率和進行基本事件重要度分析，必須事先知道基本事件的發生概率。關于基本事件的發生概率，可采用統計法或專家主觀判斷法來對提升機故障的底事件的結構重要度進行估算。[4-5]

3安全技術在項目升級中的應用

基于事故樹模型的診斷，就是利用現有的測量信息和故障樹節點間的邏輯關系進行正向或反向推理，利用異常節點作為推理的起始點，利用正常節點進行假設排除，最終確定底事件的狀態。在岱莊煤礦提升機電控系統軟件設計中，本項目采用基于異常事件的正向確定性推理來進行故障診斷。根據最小割集中的底事件創建異常庫，庫中每組包含兩個底事件的故障為復合故障。取異常庫中的第一個異常事件XI判斷該異常事件是否為某故障結論，若是某故障結論則輸出該故障，并讀取下一個異常事件。若該異常實踐不是某故障結論，令J=I，把其變為復合故障XIXJ，再判斷該異常事件是否為某復合故障結論，若不是，令J=J+1，讀取下一個復合故障，若是，輸出該故障并讀取下一個異常事件，依照上述步驟直到進行最后一異常事件，其框圖如圖所示。

根據現場要求及經驗積累，可隨時增加異常庫中的異常事件及復合事件，在上位機監控系統可以隨時查詢故障記錄。

4結論

本課題的研究及應用，取得了如下創新性成果：

（1）項目提出了基于事故樹的提升電控系統安全模型，對電控系統關鍵環節進行分層對比分析，為提升電控系統升級的安全奠定了理論基礎和技術支撐。

（2）項目把提升電控系統的安全性可以分成系統級、系統構成環節（元素）的單元級和構成單元的設備部件級3個層次，分層分析和安全評估，出現故障實現聯動閉鎖。系統在安全回路設計上，采用軟硬兩條回路實現增加系統安全性。這兩條安全回路實現相互冗余與閉鎖。采用軟硬安全回路相結合根本上提高了提升運行安全性。

作者簡介：

宋偉（1987-），男，河南平頂山人，在讀碩士，研究方向控制理論與控制工程專業。

電話:18766220036郵箱：songweihh@126.com

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