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礦井提升機電控系統(tǒng)集控改造及優(yōu)化
發(fā)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(tǒng)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(tǒng)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(wěn)定性影響較大。
隨著企業(yè)的發(fā)展，生產規(guī)模的擴大，礦井提升機更新?lián)Q代日益加劇，提升機傳動控制系統(tǒng)和信號操作系統(tǒng)等的安全穩(wěn)定的運行需要不斷升級。
五礦邯邢礦業(yè)有限公司北洺河鐵礦主井提升系統(tǒng)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(chuàng)造產值，對外展示形象的窗口。通過多年系統(tǒng)優(yōu)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(tǒng)采用電樞 12 脈動反并聯(lián)，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(jié)中心，調節(jié)電樞和磁場。
上位計算機配備的 STEP7、WinCC 軟件實現(xiàn)對S7 的編程、調試，以及對系統(tǒng)的監(jiān)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(huán)節(jié)，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(xiàn)了提升機傳動系統(tǒng)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(tǒng)采用西門子 6RA80 型直流傳動裝置12 脈動反并聯(lián)的設計方式。主控系統(tǒng)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(tǒng)通過網絡通信進行數據交換，確保提升機安全運行。
PLC 系統(tǒng)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(tǒng)擴展能力強。
采用以 PLC 自動控制技術和上位機監(jiān)控軟件WINCC 為核心的礦井提升機監(jiān)控系統(tǒng)，以 STEP7 為下位機 PLC 軟件設計平臺，具有界面監(jiān)視、數據存儲查詢、故障數據分析和產量統(tǒng)計等功能。
系統(tǒng)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(tǒng)和煙霧檢測報警系統(tǒng)，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(tǒng)一檢測。煙霧檢測報警系統(tǒng)主要對檢測控制柜及卷揚操作室進行監(jiān)測監(jiān)控，并傳入主控系統(tǒng)進行統(tǒng)一控制。
新系統(tǒng)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(tǒng)接線，提高了系統(tǒng)可靠性，減少了故障率，更易于操作，可大量節(jié)省人員配置，實現(xiàn)機房無人值守。
系統(tǒng)采用位置、速度以及轉矩三閉環(huán)自適應控制功能，其動、靜態(tài)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(xiàn)啟動、加速、等速、減速、低速爬行、停車等，且具有平穩(wěn)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(tǒng)增加了遠程診斷，采用基于互聯(lián)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(tǒng)，可通過遠程診斷系統(tǒng)對現(xiàn)場運行的提升機系統(tǒng)進行在線監(jiān)視和故障診斷，幫助現(xiàn)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(tǒng)優(yōu)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(wěn)，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(tǒng)造成非常大的影響。電壓波動范圍沒有規(guī)律，需要長時間記錄找到規(guī)律來調節(jié)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(wěn)定的運行，主控系統(tǒng)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(tǒng)計電壓值，總結規(guī)律，通過兩個辦法實現(xiàn)電控系統(tǒng)的平穩(wěn)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(tǒng)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(guī)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(tǒng)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(fā)現(xiàn)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(tǒng)經過改造及優(yōu)化，使系統(tǒng)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(tǒng)控制精度高，操作簡單，維護方便，監(jiān)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(yōu)化提升電控系統(tǒng)，使提升電控系統(tǒng)和關聯(lián)設備的特性更加一致，保證了提升機的安全穩(wěn)定運行。改造后的提升機系統(tǒng)運行效果良好，滿足了現(xiàn)場生產要求，可供同行參考。
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