摘 要：本文對王村煤礦主井提升機原電控系統現狀作了簡要介紹，提出數字化網絡化電控系統改造方案并實施。通過對新老系統深入分析以及性能比較，體現了新系統的安全性、可靠性、高效性。 關鍵詞：礦井提升機，系統改造 [b][align=center]Transformation of Electric Control System of Wangcun Coal Mine’s Shaft Hoist Zhang Yu-he ,LI Wei[/align][/b] Abstract: The paper briefly introduces the situation of the original electric control system of Wangcun Coal Mine hoist, it puts forward the transformation project of the digital network electric control system and implement, analyzes and compares both new and old system, which shows the security, reliability, efficiency of the new system. Keywords: coal mine hoist, system transformation 1 概述 　　澄合礦業有限責任公司主井提升機是由西安煤礦設計院設計，上海冶金礦山機械廠生產，上海電氣成套廠配套電控的JKMD-3.5×4型低速直聯落地式多繩摩擦輪提升機。提升機電控部分由直流電動機、同步機、直流發電機組、潤滑油冷卻系統、強迫通風系統、直流電控及交流輔助機組等組成。系統采用發電機、電動機直流拖動系統，即F-D系統。 　　隨著使用年限和原煤產量的不斷提高，原有電控系統存在的弊端日益暴露。調速系統采用雙拍磁放大器——電機擴大機二級放大，速度閉環調速系統。由給定積分器送來的給定信號，加到雙拍磁放大器的給定繞組，經放大后供給電機擴大機的給定繞組，經再次放大后供給直流發電機勵磁繞組。發電機與直流電動機組成F-D拖動系統。 　　給定部分采用時間給定、行程校正的方式（即在一定行程上設置第二減速點）。這種方式的缺點是不能保證按照速度圖的要求準確運行，特別是在減速段，因其積分作用可能產生較大的路程-速度偏差，或提前進入爬行速度，或使停車末速度過高，有可能超過安全允許的2m/s，這一點在副絞運行中顯得更為突出，從而導致對提升安全造成極為不利的影響。 　　行程給定部分的主要原理是利用提升機的主軸通過變換鏈輪和杠桿軸、凸輪軸帶動一系列杠桿、凸輪橋，相互作用推動一系列開關，通過開關的通斷，在提升機運行過程中給出第一減速點、第二減速點、停車點、過卷保護等位置信號，以便進行控制和保護。這種方式由于采用機械傳動，凸輪橋與開關相互碰撞的原理，所以，實際運行中經常出現機械磨損，開關動作不可靠，尤其是當減速點信號不能準確發出時，就能造成減速段不減速的后果。 　　調速系統的速度反饋信號是通過和提升機硬連接的測速發電機獲得測速反饋信號，加到磁放大器速度反饋繞組，按負反饋接法，和給定信號進行綜合比較，構成速度負反饋環節。根據多年來的運行情況發現，速度反饋控制回路中的部分電阻時常發生阻值變化（夏季較明顯），以及控制繼電器受環境影響易出現觸點接觸不良等，使得提升過程中出現速度和電流不穩甚至出現超速的現象，更為嚴重的是，曾出現過因測速發電機的聚氨酯傳動輪脫膠、打滑而造成“飛車”的后果。 　　其次，提升機的同步機、發電機機組啟動方式采用6KV少油斷路器串電抗器降壓啟動，由于頻繁啟動，對電網和設備的沖擊較大（啟動電流大于400A），斷路器需經常解體檢查更換觸頭和變壓器油或更換總成。 　　該提機電控系統自1988年12月投入使用以來，雖然能基本滿足生產的需要，但仍然存在效率較低，耗電大，安全性能不高，可靠性差，噪音、維護量大等缺點，每年維護費用數萬元，且需大量的檢修時間，特別是發電機轉子繞組在運行的十五年中曾多次發生升高片與并頭套處脫錫開焊和燒壞換向器及繞組的事故，直接影響礦井的安全生產，造成較大的經濟損失，老系統已無法滿足礦井正常生產和安全的要求，因此對其實施更新改造。 2 數字化網絡化的電控系統改造方案 　　數字化直流提升機電控系統由PROFIBUS-DP現場總線網絡結構組成。其主要包括：傳動部分由ABB的DCS600全數字晶閘管整流控制單元等組成;上位機為研華工控機，安裝WinCCV6.0工控組態軟件作為監控軟件;主控和行控由1臺西門子S7-300PLC完成，另1臺S7-300 PLC完成監控任務。另外包括觸摸屏，操作臺，繼電器安全回路，高低壓配電系統、變壓器、電抗器、直流快速斷路器和軸編碼器等。具體系統配置見圖1所示。 [align=center] 圖1 提升機電控網絡結構圖[/align] 　　全數字化的控制系統的調速控制單元選用ABB的DCS600全數字直流傳動控制單元，該控制單元是新一代的全數字化產品，具有很高的智能性和優良的靜、動態性能，可靠性高，調試維護方便，其主要特點為：采用16位微處理器和12位的A/D與D/A芯片，具有快速的信號處理能力和軟件管理能力，調節與運算的精度高，工程適應性強。電樞電流、勵磁電流、速度自動調節控制，保證優良的控制性能。具有電流自適應和速度自適應功能，可預設速度基準值、電流限幅值等參數，并可限制加速過程的沖擊，保證系統有良好的穩定性和精度。具有抑制機電共振功能，以及多種補償功能。具有多種故障自診斷及故障按順序記憶與故障性質的記憶功能，便于維護及故障排除。監視和保護功能包括主電壓過壓、欠壓、相序錯，電樞過流、過壓、電樞電流波動較大，勵磁過流、過壓、欠勵磁，電機過載、堵轉等。各控制參數可通過計算機或操作盤在線或離線整定、修改、存儲或調用，并可防止所整定參數的意外改變。系統具有多種通訊接口，以及良好的人機對話及全屏幕顯示軟件控制結構，使調試與參數整定十分直觀方便。具有多個輸入、輸出端口，用戶可通過可編的I/O端口測量、控制系統運行。 　　全數字直流調速控制裝置還包括晶閘管整流裝置，以及與其配套的直流電動機、電樞整流變壓器和勵磁整流變壓器、直流快開、電抗器等構成磁場恒定，電樞可逆，串聯12脈動傳動方式，可進行12脈動與6脈動之間的轉換，實現全載半速運行。 　　數字化網絡化提升機電控系統控制部分主要由兩臺西門子S7-300 PLC，遠程I/O以及控制電器等構成，完成提升行程速度控制、系統操作、監視、保護等功能，對調速裝置、制動設備、輔助機組等設備進行協調控制，實現提升機按照各工況要求正常運行;同時實現對提升機和系統設備的狀態和故障的監測，識別故障和故障類別，進行報警和顯示，并根據故障的類型實施相應的控制。提升行程速度控制主要由行控PLC實現，主要完成以行程為變量的S型曲線速度給定控制，并和監控PLC構成雙線制監視和保護。傳感器采用意大利ELTRA公司生產的增量式軸編碼器，控制精度高，采用5位10進制KP值進行行程計算和行程校正，可確保行程測量精度≤±0.01m，從而保證提升機無論是空載和重載運行，均可按照速度圖的要求準確運行。 　　電控系統的安全控制回路由兩臺PLC共同實現，構成雙線制安全回路，同時將過卷、電源故障、調速裝置故障等重要故障直接構成繼電器安全回路，從而構成多重安全保護。根據故障的性質和危及程度，分為四類故障，一類故障：發出聲光報警，系統立即實施安全制動，抱閘停車。二類故障：發出聲光報警，系統立即實施電氣制動，按電氣制動減速度減速，當速度降低到1m/s時，實施安全制動，抱閘停車。三類故障：發出聲光報警，允許一次提升循環結束后再停車，并進行閉鎖不允許下一次開車。四類故障：只進行報警。系統設備和運行狀態及故障分別由安裝在操作臺儀表盤上的指示燈和上位機的顯示屏來顯示，儀表盤內裝設報警器，故障時進行報警。 　　系統設備運行狀態監視也由兩臺PLC以及調速控制單元等共同實現，構成多重安全監視。系統采用相關的測量和傳感器構成各類監視信號源，這些監視信號經變換隔離輸入主控PLC1，與安全有關的信號同時輸入到監控PLC2，兩臺PLC采用專門編制的監視程序，來實現對設備和運行狀態的故障記憶，第一故障采集，并實現報警和顯示。 　　為了保證系統的可靠性，提高控制電源的性能，系統采用了一臺2KVA的隔離變壓器為系統中的控制電源供電，并配置了一臺2KVA的不間斷電源（UPS）為系統中的重要控制單元供電，當主電源故障時可自動轉換，使其供電不中斷，不受外界干擾，一直到提升機停車和抱閘。另外，系統在控制電源、輸入輸出信號和數據通訊等方面采取了綜合抗干擾措施，電磁兼容性設計合理，機構布局周密可靠，確保系統的工作可靠性。 　　另外系統的運轉狀態可分為：提煤、提人、下特材、檢修、應急?？刂品绞娇煞譃椋鹤詣涌刂?、半自動控制、手動控制、檢修運行控制、慢速運行控制、應急運行控制、停車點旁路運行控制、過卷旁路運行控制、調閘控制（調試液壓站或閘間隙）、閘試驗控制功能及6脈動應急運行控制。 　　系統采用工業控制計算機和通訊組件構成上位計算機監視系統，使用WinCC監視軟件，實現對提升機運行和設備運行的狀態進行監視，并進行狀態和參數的顯示、存儲記憶，以方便使用維護、故障處理以及對系統的管理。 　　考慮到提升機電控系統在煤礦生產中的重要性，特保留老系統，設計了轉換裝置，新老系統可通過此裝置對公用的直流電動機、液壓站、通風機等輔機及信號系統進行切換，以保證新老系統互為備用。轉換包括主回路轉換和輔助機組的轉換以及控制和監視信號的轉換。 　　系統高壓配電選用了兩臺KYGC-Z型高壓開關柜，斷路器采用真空斷路器，電動操作機構，操作方便，對電網的沖擊小。開關柜具有過流、短路、接地等保護，并具有“五防”功能。 3 結語 　　系統經調試投生產8個月以來，運行平穩可靠，調速性能好，提升效率高，各項保護靈敏可靠，維護量明顯減少，在做好設備日常的巡視檢查和保持設備衛生等工作后，至今尚未出現異常情況。特別是新系統的節能效果尤為顯著，據統計，截止今年8月底，與老系統相比較，共計節電40多萬kwh，取得較好的經濟效益。 參考文獻： 　　[1]王朝暉，王安山 .礦井提升機系統新技術及裝備 .煤炭工業出版社 .1999，3