【绞车动力制动控制系统改造】绞车动力制动工作原理

　　摘要：本文主要对淮南矿业集团朱集矿井的传统绞车动力控制系统进行技术分析，采用西门子S7-200系列PLC对动力控制系统进行技术改造。 　　关键词：绞车电控；PLC模块；系统改造
　　中图分类号：U260.331+.9文献标识码：A
　　引言
　　淮南矿业集团朱集矿井，设计生产能力400万t/a，工厂内设计有主井、副井、矸石井三套永久提升系统，在永久提升系统形成以前，风井主要担负整个矿井人员及物料的运输工作，因此，完善风井的各种保护，对整个矿井的安全生产有着至关重要的意义。
　　1 传统矿井提升机电气传动技术的问题分析
　　淮南矿业集团朱集矿井所使用的矿井提升机，都是采用绕线型异步电动机转子串电阻的方式作为主要的交流调速系统，其中以TKD-A为代表。这一系统是诞生于上个世纪60-70年代，TKD-A已经经过了很多年的完善与发展，目前已经形成了自己的特色，但是，该系统还是主要存在以下几个问题：（１）动力制动系统在提升过程中无法自动投入运行；（2）脚踏动力制动完全靠司机控制，造成制动电流忽大忽小，导致动力制动柜可控硅经常性损坏，进而引起紧急停车，给安全生产带来很大的隐患；（3）维修量大，更换可控硅需要的时间长。同时由于司机在使用脚踏动力制动时，手动带闸，造成制动盘过热，导致制动力矩下降。并且闸板更换频繁；（4）在起动过程中，由于提升容器的实际载重量不同，实际的加速过程并非按照速度图预定的设计参数运行，常常出现停车不准确甚至提前停车现象；（5）制动系统存在体积大、噪声大、能耗高等缺点，都是采用机械结构和继电器的触点连锁来控制各项的保护动作，由于使用时间过长，引起了机械零件磨损大以及继电器触点烧蚀等危害，同时也导致了机械动作不灵敏，难以实现保护项目的整定调整，一旦发生触电卡住，保护机构也将拒动，安全回路又无后备保护，从而引发提升机发生过卷以及超速飞车等于矿井恶性事故发生，严重影响了矿井的生产的安全与稳定；（6）该系统控制线路复杂，可靠性以及稳定性较差，更是缺乏故障诊断功能，给维修带来不便。如在TKD-A电控系统的八级延时回路中，节点就达到了27对及9个元件，也就是有36个连接点，一旦发生故障，很难进行及时迅速的查找与排除；
　　2 系统软件PLC的选型及使用特点
　　本矿井提升机制动调速系统改造所选用的PLC为：德国西门子(Siemens)公司生产的模块式S7-200系列的可编程控制器。并根据本矿井绞车的实际控制需要，选用了两套可编程控制器，一套可编程控制器主要用于主控，另一套则用于监控以及故障开车等。
　　基于PLC-SCR的编码启动电控系统与原有的继电器、接触器系统进行比较，其突出的优点有以下几点：(1)使用可编程控制器进行逻辑控制，大大减少元器件使用量与系统连线，减轻了维护以及检修工作量；(2)传统的转子接触器被晶闸管组件所代替，是控制系统具备无触点元器件的优良性能，排除了电磨损以及接触不良的故障现象，大大提升设备稳定运行；(3)采用了晶闸管多级编码先进技术，减少了元器件的使用量，一般为6组，实现了系统的多级编码功能，极大的改善了提升机启动、电制动等性能；(4)所使用的元器件采用插接形式，操作以及安装维护十分方便，插件运行可靠，提高了元件损坏时的更换效率；(5)矿井内提升机的提升高度及速度、液压站油压、润滑油压等参数，都采用旋转编码器以及数字仪表进行显示，参与定点控制，更加直观的显示其深度指示等，使保护更加完善、可靠。
　　3 利用PLC对绞车动力制动控制系统改造
　　3.1 系统安全保护改造
　　3.1.1 防止过卷保护。按照矿井现场实际情况需求，提升行程246.8m。该整定系统安装防止内外过卷以及后备过卷装置，绞车上提与下放的过卷距离，均控制在0.5m以内的安全距离产生动作，后备过卷也将在0.5m后动作。
　　3.1．2 防止过速保护。减速段超速保护装置GSJ1与等速段超速保护装置GSJ2，均可以在预设的保护范围内进行有效的动作。
　　3.1.3 限速保护装置。该限速装置采用双线制，在外部装设有凸轮板，同时具有自整角机限速保护与PLC内部软件程序限速保护的功能。
　　3.1.4 绞车减速功能保护装置。主要进行系统的深度指示器减速点以及内部程序减速的保护功能。
　　3.1.5 具备深度指示器以及电机轴编码器的失效保护。保护范围均设置在10m左右，失效范围控制在10m之内，后备保护失效范围控制在5m。
　　3.1.6 装设闸间隙保护装置。一旦闸间隙超过规定，闸间隙保护装置能可靠发出警报。
　　3.1.7 程序内设置错向保护，一方面控制提升信号和提升方向的可靠闭锁，另一方面控制回路和信号的可靠闭锁。
　　3.2 系统界面显示
　　3.2.1 系统基本界面。系统基本界面主要显示内容有：绞车运行速度、行程、提升钩数、安全回路的动作记录以及各开关量的输入输出状态等。在系统界面的下方显示绞车运行时电动机的电流实时情况，从绞车启动到切除高压为止。
　　3.2.2 系统检修界面。可将画面切换至检修界面，检修界面主要显示操作台主令以及选择开关、按钮；高压、低频换向器；井架、深度指示器、连锁开关及信号等。
　　3.3 系统软件及硬件配置
　　在进行系统程序编制之前，要先在原TKD系统基础之上编制出控制逻辑图，然后对其进行修改填充处理。本系统采用了梯形图、语句表以及功能块三种程序编写方式，直观性很强。系统硬件则采用了PC总线作为核心，并且配备了两块电源模块；一块CPU模块，该模块集成了高速计速器，模拟量输入输出接口以及网络通讯接口；一块通信模块；三块16路输入数字量输入模块；四块8路输出数字量输出模块。
　　3.4 控制系统工作原理
　　当系统通电后，首先进行PLC的初始化，主要就是对高速计数单元HSCO与HSC1进行写控制字、定义工作模式、清零、写设定值、设置定时中断、连接中断、启动计数等的操作。然后对各保护环节以及输入信号状态进行安全检查，如一切正常则自动解除安全制动，反之则不允许开车。当系统收到井下发出的提升信号时，提升机将首先进行起动加速，依据电流为主时间为辅的原则进行转子电阻的切除控制操作，然后进行等速运行，到达设定高度则进入减速阶段，投入动力制动电源，依据速度为原则进行控制，接着进行低速爬行，自然过渡为正力运行，最后进行停车卸载。
　　3.5 改造后的提升机电控系统的维护
　　(1)在进行S7-200模块及相关的设备的维护检查前，必须先断电，否则将导致人身安全以及设备损坏事故；(2)无论系统在任何情况下停车，绞车司机都要将手动闸以及主令开关打到零位位置，以保证人身以及设备的安全；(3)当发生回路安全故障时，系统将会进行自动停车刹闸，此时操作人员要注意观察屏幕以及各指示灯的情况，确定故障发生位置，通知专业人员排除故障之后，才能进行提升机的操作；(4)矿井提升机电控系统是一个综合性系统，任何一方面出现故障都会影响到整个系统的正常运行，因此，要定期的对提升机控制系统进行全面的安全检查，发现安全隐患要及时的进行处理，保证系统的稳定运行。
　　4 结语
　　煤矿企业以安全生产为主体，绞车动力制动控制系统的改造，在很大程度上减少了司机操作带来的不安全因素，用PLC控制代替传统的继电器控制，更提高了控制系统的可靠性和稳定性，增加了提升系统的安全系数。设备维修量的减小为矿井生产赢取了时间，并且节约了成本。在建井期间使用能带来良好的效益。
　　参考文献
　　[1]刘冠华;矿井提升机监控系统的应用研究[D];吉林大学;2007年.
　　[2]龚幼民;提升机速度控制给定方式的探讨[J];工矿自动化;1982年03期.
　　[3]何献忠;基于S7-200 PLC的PWM变频调速控制[J];机床电器;2006年01期.
　　[4]高贵军;煤矿辅助运输关键技术与装备的研究[D];太原理工大学;2004年.
　　[5]陈至诚;矿山常用中小型绞车绕线电机的起动电阻简易计算法[J];矿业安全与环保;1981年02期.