1前言

如圖1所示，沙章圖礦井是山東能源新汶礦務局旗下的一家籌建礦井，礦井設計生產能力為500萬噸/年。其中副立井擔負人員、設備、大件（液壓支架）的升降，長材料、水泥沙石等的下放，以及矸石的提升等任務。井口軌面標高+1248m，井底大巷軌面標高+550m，提升高度698m。采用一寬一窄非標設計的1.5t礦車雙層四車罐籠。

圖一沙章圖副井

該煤礦的副立井提升系統裝備落地式多繩摩擦提升機，滾筒直徑為5米，直流電機功率2000kw，最大提升速度為9.95m/s。提升設備的電控系統為采用晶閘管變流器供電的低速直流電動機傳動系統。電控系統采用雙PLC控制，關鍵部分互為監視、互為備用。

2電控系統的基本要求

（1）所有電氣設備必須能在礦山工業環境下安全可靠運行。

（2）電控裝置的靜、動態性能指標滿足提升機四象限運行的要求，并滿足一定的過載能力和安全系數。

（3）調節、監視、檢測、控制等電子卡件必須為標準插件，便于更換。

（4）控制、調節、監控及安全回路等系統應具備高可靠性。安全回路等關鍵電路采用冗余結構設計。

（5）在主電機冷卻風機回路，設置有變頻調速裝置，現場可根據主電動機發熱情況、環境溫度、季節變化等因素，自動或手動調節冷卻風量，避免機械調風方式對風機設備的沖擊，提高風機設備壽命，同時節約能源。

（6）電控裝置設置柜內照明，其傳動裝置設置散熱風機，并設置通風監視。

（7）井筒和井下電氣設備滿足相關防水或防爆等要求，防護等級不低于IP65。

（8）電控系統采用全數字控制，其中傳動調節器、PLC等關鍵設備為ABB、Siemens公司原裝進口產品，并能方便地與礦管理網聯網。

3電控系統主回路結構

如圖2所示。

圖2電控系統主回路

4電控系統具體實現

副立井提升機房所需雙回10kV電源用YJV22-8.7/103×70mm2交聯聚乙烯絕緣電力電纜引自35/10kV變電所10kV側不同母線段，電壓10kV±5%，50HZ，中性點不接地系統。副立井提升機房所需雙回380V電源，一回引自本變電所輔助變壓器，另一回用YJV22-0.6/13×35+1×16mm2交聯聚乙烯絕緣電力電纜引自主立井井口房10/0.4kV變電所380V側母線段,電壓380V，50HZ，中性點接地系統，允許波動范圍±7%(短時出現+10%，-15%的電壓波動)。井下電源電壓～660V/127V、50HZ，為中性點不接地系統。引自井底相應供電網絡，電壓允許波動范圍±7%(短時出現+10%，-15%的電壓波動)。

圖3電控室

（1）高壓開關柜

高壓開關柜為KYN28A-12型金屬鎧裝移開式高壓真空開關柜，供電系統為單母線接線，用于10kV高壓的配電、保護。其中包括：進線柜（2臺，相互之間應實現電氣閉鎖）；定子回路整流變壓器柜(2臺)；電壓互感器柜（測量）；輔助變壓器柜。

開關柜能夠在最大短路故障情況下安全運行，并能承受由此引起的電氣及機械應力。柜內每個裝置能夠連續工作，其防護等級IP41，并有“五防”功能（防止帶負荷推拉可移開部件、防止誤分/合斷路器、防止帶電合接地開關、防止接地開關處于接地位置送電、防止誤入帶電間隔），柜內有防冷凝的空間加熱器。

高壓開關柜具有過流、欠壓、短路及接地絕緣檢測等保護功能，以及有功電度、無功電度、電流、電壓等測量儀表和變送器等，并能將上述開關量及電壓、電流模擬量信號輸入到監控系統。

高壓開關柜設開關柜狀態智能操控裝置，該裝置具有回路模擬圖、帶電顯示、自動加熱除濕控制器、斷路器分合閘狀態指示、接地開關指示和彈簧儲能狀態指示等功能，并可在其操作面板上完成操作遠方/就地方式轉換和斷路器合分閘控制操作，同時安裝有儲能電源開關、加熱電源開關、設照明。

（2）主整流變壓器

整流變壓器為環氧樹脂澆注干式變壓器，由其向整流柜供電，滿足12脈波的相位要求,H級絕緣，防護等級IP00，連接組別：D/D-6,DY-5。

整流變壓器能承受循環負荷的變化以及變壓器二次側短路產生的電動力。變壓器繞組中埋設溫度檢測傳感器，由數字溫度檢測儀巡檢并顯示各測點溫度，對溫度上限給出聲光報警，并參與提升機控制系統的閉鎖。

（3）全數字調節及整流柜

調節及整流柜應能適應提升機的各種工作情況，按照預定的速度圖和提升要求，能夠在四個象限內實現準確的平穩起動、運行、減速、制動、停車。在整個循環中應能有效限制或消除提升鋼絲繩的彈性振動，保證到位停車準確度，誤差不得超過±2cm。

（4）勵磁變壓器

勵磁變壓器為環氧樹脂澆注干式變壓器，由其向勵磁整流柜供電，H級絕緣，防護等級IP00。

（5）直流快速開關

采用DS系列直流快開，用于直流回路的過電流保護，以保護電動機和晶閘管，防止出現峰值電流，其機械反應時間di/dt≤2kA/ms。

（6）電抗器

采用鐵芯電抗器，兩倍額定電流不飽和。用于電樞回路，起到平波的作用。

（7）動力變壓器（Δ/Y）

采用H級干式變壓器，預埋測溫電阻檢測線圈及鐵芯溫度，配溫控儀表，報警溫度值為85℃,跳閘溫度115℃；額定阻抗4%；冷卻方式為空氣自冷。

（8）低壓輔助電源柜

采用雙回路進線方式，為電控系統的輔助設備、提升機輔助設備（液壓站、潤滑站）、機房輔助設施（包括照明5kW、空調4kW、吊車、冷卻風機）等提供380V/220V三相電源。防護等級IP44。

低壓輔助電源柜內設置遠程I/O，將各回路的狀態通過總線傳輸至主、輔PLC進行處理、參與閉鎖，有效減少電纜數量。低壓輔助電源柜的面板上裝有各回路的工作、故障指示裝置。低壓輔助電源柜裝設UPS，對一些關鍵控制設備、PLC提供不間斷電源，以保證低壓電源故障后，能夠使提升機實現可靠的安全制動和數據保持。

（9）主控PLC柜

主控PLC柜對提升機運行的關鍵信號（如速度、容器位置、安全保護、減速、過卷、限速、油壓制動反饋等等）均采用三線多重保護，互為監視。

（10）上位監控計算機

上位監控計算機與控制用的PLC通過電纜進行數據通訊。所有的報警和操作信號都饋送到提升控制系統的控制器中，并進行處理。這些信號能在彩色顯示器上顯示，并可隨時打印。實際運行過程中，對提升機運行過程的動、靜態參數及可能危及提升機正常運行的設備進行監測監控，實現全漢字化界面、圖表顯示，具有對提升機系統發生的輕重故障進行診斷和保存，實現了綜合后備保護功能；事故記錄保存不少于10天；能顯示及打印故障發生的位置、時間、原因以及故障前的有關數據參數；對深度、速度實時值、提升種類、信號情況進行實時顯示并記錄，相當于“黑匣子”功能，對維護人員快速定位故障、排除故障提供有力的支持。

5調試結果

重載提升和重載下放的PLC監控圖如下：

（1）重載提升曲線圖

（1）重載下放曲線圖

6電控系統的優點

（1）采用一套ABB公司原裝DCS800系列全數字調速裝置，傳動系統方案為電樞可逆12脈動并聯，磁場恒定控制，直流輸出電壓與主電機電壓相匹配，額定輸出電流滿足提升機的各種運行工況下速度圖和力圖的要求,雙套勵磁，全載全速配置。交流側進線電壓與整流變壓器的二次側電壓相配合。其靜動態性能指標完全滿足提升機四象限運行的要求，并滿足提升工藝所要求的過載能力規定的過載能力和安全系數。靜態精度≤0.1%,動態跟蹤誤差小于5%，調速范圍大于100:1,速度指示精度0.1m/s。

調節系統用于對傳動裝置進行閉環調節，具有以下功能：

①產生各種所需的基準信號及測量信號；

②能控制系統可能產生的機電共振及變流器兩側產生的偶合震蕩；

③具有完善的電子保護措施；

④手動、半自動、手動檢修運行速度給定值的控制；

⑤起動防沖擊控制、提升鋼絲繩防振動功能（“S”型速度曲線給定，加速度變化率da/dt=0.4m/s3），可調斜率的加減速給定值的設定；

⑥全數字速度與電流雙閉環控制；

⑦預置起動力矩并與液壓制動系統的油壓形成可靠閉鎖，防止容器倒轉；

⑧接地絕緣檢測，過壓保護。

（2）主控PLC操作系統選用兩套Siemens公司的S7-400系列可編程控制器，兩套PLC熱備冗余。一臺PLC操作系統能完成提升機手動、半自動、檢修及故障開車等各種運行方式的全部控制要求、完成對提升機各種設備的控制功能、各種運行工藝的要求和信號連鎖要求、提升機的各種安全保護以及特殊工況的處理等，另一臺PLC完成對控制PLC的實時監控，控制PLC出現故障時，可自動切換到另一臺PLC運行，任何一臺PLC可單獨完成對提升機的控制，兩套PLC均采用雙條現場控制總線通訊，通訊為熱備冗余方式。

PLC還能夠完成提升機的行程位置給定功能、完成數字監控器的功能和相應的保護、完成對安全回路的監視和保護，實現網絡通訊，對速度、位置、井筒開關等重要信號進行互相監視，并對深度顯示器及各種操作元件、井筒開關等構成冗余的控制；PLC有不小于20%的備用DI/DO、AI/AO。

兩套以上安全回路（軟件與硬件冗余）：現場安全事故信號采用繼電器隔離后進PLC，利用PLC內部安全回路和外部繼電器安全回路共同構成多重安全保護。在PLC內部也應設置多重保護回路，以實現對各種故障的綜合判斷。

預留與井口操車設備的通訊接口。

（3）閘控系統：工作閘采用PLC控制，可自動或手動調節。手動時由閘控手柄調節制動油壓；自動時配合傳動矩，由指令給出松閘、預貼閘皮、施閘控制信號。閘控系統有油壓反饋信號，參與指令控制。

本電控系統實現網絡化控制、模塊化組件、組合柜結構，以最大限度地減少整個系統的外接線。相對于老式提升機的電控系統有了很大的改革與創新，基本實現了自動化控制，加之硬件與軟件兩方面的安全保護，安全系數也大大提升。

7結束語

副井提升機控制系統采用全數字控制，能方便地與礦管理網聯網，具有遠程診斷功能，技術人員不在現場就可以通過計算機網絡查看現場設備的工作狀態，幫助現場迅速解決發生的問題，提供相應的解決辦法，縮短維修時間，確保提升機安全運行，提高礦井生產經濟效益。