1前言

如圖1所示，沙章圖礦井是山東能源新汶礦務(wù)局旗下的一家籌建礦井，礦井設(shè)計生產(chǎn)能力為500萬噸/年。其中副立井擔(dān)負(fù)人員、設(shè)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(wù)。井口軌面標(biāo)高+1248m，井底大巷軌面標(biāo)高+550m，提升高度698m。采用一寬一窄非標(biāo)設(shè)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(tǒng)裝備落地式多繩摩擦提升機(jī)，滾筒直徑為5米，直流電機(jī)功率2000kw，最大提升速度為9.95m/s。提升設(shè)備的電控系統(tǒng)為采用晶閘管變流器供電的低速直流電動機(jī)傳動系統(tǒng)。電控系統(tǒng)采用雙PLC控制，關(guān)鍵部分互為監(jiān)視、互為備用。

2電控系統(tǒng)的基本要求

（1）所有電氣設(shè)備必須能在礦山工業(yè)環(huán)境下安全可靠運行。

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

（3）調(diào)節(jié)、監(jiān)視、檢測、控制等電子卡件必須為標(biāo)準(zhǔn)插件，便于更換。

（4）控制、調(diào)節(jié)、監(jiān)控及安全回路等系統(tǒng)應(yīng)具備高可靠性。安全回路等關(guān)鍵電路采用冗余結(jié)構(gòu)設(shè)計。

（5）在主電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)回路，設(shè)置有變頻調(diào)速裝置，現(xiàn)場可根據(jù)主電動機(jī)發(fā)熱情況、環(huán)境溫度、季節(jié)變化等因素，自動或手動調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)量，避免機(jī)械調(diào)風(fēng)方式對風(fēng)機(jī)設(shè)備的沖擊，提高風(fēng)機(jī)設(shè)備壽命，同時節(jié)約能源。

（6）電控裝置設(shè)置柜內(nèi)照明，其傳動裝置設(shè)置散熱風(fēng)機(jī)，并設(shè)置通風(fēng)監(jiān)視。

（7）井筒和井下電氣設(shè)備滿足相關(guān)防水或防爆等要求，防護(hù)等級不低于IP65。

（8）電控系統(tǒng)采用全數(shù)字控制，其中傳動調(diào)節(jié)器、PLC等關(guān)鍵設(shè)備為ABB、Siemens公司原裝進(jìn)口產(chǎn)品，并能方便地與礦管理網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)。

3電控系統(tǒng)主回路結(jié)構(gòu)

如圖2所示。

圖2電控系統(tǒng)主回路

4電控系統(tǒng)具體實現(xiàn)

副立井提升機(jī)房所需雙回10kV電源用YJV22-8.7/103×70mm2交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜引自35/10kV變電所10kV側(cè)不同母線段，電壓10kV±5%，50HZ，中性點不接地系統(tǒng)。副立井提升機(jī)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(lián)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(cè)母線段,電壓380V，50HZ，中性點接地系統(tǒng)，允許波動范圍±7%(短時出現(xiàn)+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(tǒng)。引自井底相應(yīng)供電網(wǎng)絡(luò)，電壓允許波動范圍±7%(短時出現(xiàn)+10%，-15%的電壓波動)。

圖3電控室

（1）高壓開關(guān)柜

高壓開關(guān)柜為KYN28A-12型金屬鎧裝移開式高壓真空開關(guān)柜，供電系統(tǒng)為單母線接線，用于10kV高壓的配電、保護(hù)。其中包括：進(jìn)線柜（2臺，相互之間應(yīng)實現(xiàn)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(guān)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(jī)械應(yīng)力。柜內(nèi)每個裝置能夠連續(xù)工作，其防護(hù)等級IP41，并有“五防”功能（防止帶負(fù)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(guān)、防止接地開關(guān)處于接地位置送電、防止誤入帶電間隔），柜內(nèi)有防冷凝的空間加熱器。

高壓開關(guān)柜具有過流、欠壓、短路及接地絕緣檢測等保護(hù)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(guān)量及電壓、電流模擬量信號輸入到監(jiān)控系統(tǒng)。

高壓開關(guān)柜設(shè)開關(guān)柜狀態(tài)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(tài)指示、接地開關(guān)指示和彈簧儲能狀態(tài)指示等功能，并可在其操作面板上完成操作遠(yuǎn)方/就地方式轉(zhuǎn)換和斷路器合分閘控制操作，同時安裝有儲能電源開關(guān)、加熱電源開關(guān)、設(shè)照明。

（2）主整流變壓器

整流變壓器為環(huán)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(hù)等級IP00，連接組別：D/D-6,DY-5。

整流變壓器能承受循環(huán)負(fù)荷的變化以及變壓器二次側(cè)短路產(chǎn)生的電動力。變壓器繞組中埋設(shè)溫度檢測傳感器，由數(shù)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(jī)控制系統(tǒng)的閉鎖。

（3）全數(shù)字調(diào)節(jié)及整流柜

調(diào)節(jié)及整流柜應(yīng)能適應(yīng)提升機(jī)的各種工作情況，按照預(yù)定的速度圖和提升要求，能夠在四個象限內(nèi)實現(xiàn)準(zhǔn)確的平穩(wěn)起動、運行、減速、制動、停車。在整個循環(huán)中應(yīng)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(zhǔn)確度，誤差不得超過±2cm。

（4）勵磁變壓器

勵磁變壓器為環(huán)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(hù)等級IP00。

（5）直流快速開關(guān)

采用DS系列直流快開，用于直流回路的過電流保護(hù)，以保護(hù)電動機(jī)和晶閘管，防止出現(xiàn)峰值電流，其機(jī)械反應(yīng)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(yù)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(jìn)線方式，為電控系統(tǒng)的輔助設(shè)備、提升機(jī)輔助設(shè)備（液壓站、潤滑站）、機(jī)房輔助設(shè)施（包括照明5kW、空調(diào)4kW、吊車、冷卻風(fēng)機(jī)）等提供380V/220V三相電源。防護(hù)等級IP44。

低壓輔助電源柜內(nèi)設(shè)置遠(yuǎn)程I/O，將各回路的狀態(tài)通過總線傳輸至主、輔PLC進(jìn)行處理、參與閉鎖，有效減少電纜數(shù)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(shè)UPS，對一些關(guān)鍵控制設(shè)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(jī)實現(xiàn)可靠的安全制動和數(shù)據(jù)保持。

（9）主控PLC柜

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

（10）上位監(jiān)控計算機(jī)

上位監(jiān)控計算機(jī)與控制用的PLC通過電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。所有的報警和操作信號都饋送到提升控制系統(tǒng)的控制器中，并進(jìn)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(jī)運行過程的動、靜態(tài)參數(shù)及可能危及提升機(jī)正常運行的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測監(jiān)控，實現(xiàn)全漢字化界面、圖表顯示，具有對提升機(jī)系統(tǒng)發(fā)生的輕重故障進(jìn)行診斷和保存，實現(xiàn)了綜合后備保護(hù)功能；事故記錄保存不少于10天；能顯示及打印故障發(fā)生的位置、時間、原因以及故障前的有關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)；對深度、速度實時值、提升種類、信號情況進(jìn)行實時顯示并記錄，相當(dāng)于“黑匣子”功能，對維護(hù)人員快速定位故障、排除故障提供有力的支持。

5調(diào)試結(jié)果

重載提升和重載下放的PLC監(jiān)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(tǒng)的優(yōu)點

（1）采用一套ABB公司原裝DCS800系列全數(shù)字調(diào)速裝置，傳動系統(tǒng)方案為電樞可逆12脈動并聯(lián)，磁場恒定控制，直流輸出電壓與主電機(jī)電壓相匹配，額定輸出電流滿足提升機(jī)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(cè)進(jìn)線電壓與整流變壓器的二次側(cè)電壓相配合。其靜動態(tài)性能指標(biāo)完全滿足提升機(jī)四象限運行的要求，并滿足提升工藝所要求的過載能力規(guī)定的過載能力和安全系數(shù)。靜態(tài)精度≤0.1%,動態(tài)跟蹤誤差小于5%，調(diào)速范圍大于100:1,速度指示精度0.1m/s。

調(diào)節(jié)系統(tǒng)用于對傳動裝置進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)，具有以下功能：

①產(chǎn)生各種所需的基準(zhǔn)信號及測量信號；

②能控制系統(tǒng)可能產(chǎn)生的機(jī)電共振及變流器兩側(cè)產(chǎn)生的偶合震蕩；

③具有完善的電子保護(hù)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(diào)斜率的加減速給定值的設(shè)定；

⑥全數(shù)字速度與電流雙閉環(huán)控制；

⑦預(yù)置起動力矩并與液壓制動系統(tǒng)的油壓形成可靠閉鎖，防止容器倒轉(zhuǎn)；

⑧接地絕緣檢測，過壓保護(hù)。

（2）主控PLC操作系統(tǒng)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(tǒng)能完成提升機(jī)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(jī)各種設(shè)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(jī)的各種安全保護(hù)以及特殊工況的處理等，另一臺PLC完成對控制PLC的實時監(jiān)控，控制PLC出現(xiàn)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(jī)的控制，兩套PLC均采用雙條現(xiàn)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(jī)的行程位置給定功能、完成數(shù)字監(jiān)控器的功能和相應(yīng)的保護(hù)、完成對安全回路的監(jiān)視和保護(hù)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊，對速度、位置、井筒開關(guān)等重要信號進(jìn)行互相監(jiān)視，并對深度顯示器及各種操作元件、井筒開關(guān)等構(gòu)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(xiàn)場安全事故信號采用繼電器隔離后進(jìn)PLC，利用PLC內(nèi)部安全回路和外部繼電器安全回路共同構(gòu)成多重安全保護(hù)。在PLC內(nèi)部也應(yīng)設(shè)置多重保護(hù)回路，以實現(xiàn)對各種故障的綜合判斷。

預(yù)留與井口操車設(shè)備的通訊接口。

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

本電控系統(tǒng)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化控制、模塊化組件、組合柜結(jié)構(gòu)，以最大限度地減少整個系統(tǒng)的外接線。相對于老式提升機(jī)的電控系統(tǒng)有了很大的改革與創(chuàng)新，基本實現(xiàn)了自動化控制，加之硬件與軟件兩方面的安全保護(hù)，安全系數(shù)也大大提升。

7結(jié)束語

副井提升機(jī)控制系統(tǒng)采用全數(shù)字控制，能方便地與礦管理網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，具有遠(yuǎn)程診斷功能，技術(shù)人員不在現(xiàn)場就可以通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)查看現(xiàn)場設(shè)備的工作狀態(tài)，幫助現(xiàn)場迅速解決發(fā)生的問題，提供相應(yīng)的解決辦法，縮短維修時間，確保提升機(jī)安全運行，提高礦井生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。