山东能源枣矿集团新安煤业有限公司 山东省济宁市 277642
摘要：新安煤业有限公司经营性质为省属国有，隶属于山东能源枣矿集团，它位于山东省济宁市微山县留庄镇境内，属正常生产矿井。设计生产能力105万吨/年，核定生产能力420万吨/年，采用立井及下山开拓，布置1#主井、1#副井、1#风井、2#主井、2#副井五条井筒。主采3煤、3上及3下煤层，3煤平均厚度8.99m、3上煤层平均厚度4.52m、3下煤层平均厚度1.93m。
关键词：提升机；直流调速；电控系统
一、成果实施背景
1#主井提升系统采用立井箕斗提升，提升高度196.54m，提升最大速度为8.06m/s。1#主井绞车采用2JK-3.8/18.5E双筒缠绕式提升绞车，由洛阳矿山机械厂生产，配套电机为上海电机厂生产的ZT10-400、1400kW直流电机，井筒直径Ф5m，1#主井为进风井，井架高度45.33m，天轮直径4m。装备有石家庄飞机制造厂生产的12t轻型箕斗一对。钢丝绳型号为6×28TS-SFC-1770，直径为Φ46mm，井筒罐道采用玻璃钢固定罐道，管道尺寸为180*180*10-12000 。上井口装备有HGJ型防过卷缓冲托罐装置，下井口装备有HGF型防过放缓冲托罐装置，井底设有缓冲煤仓。井筒内布置Φ159×6压风管路2根。装卸载控制与信号设备为兖州量子科技产品，采用定重装载，曲轨卸载，自动化程度较高，可实现自动运行。
1#主井直流调速系统为徐州中矿大传动与自动化有限公司生产的ASCS-3全数字直流提升机电控系统（功率单元），采用电枢可逆、电枢回路串连12脉冲晶闸管整流、全数字计算机监控。
该直流调速系统整流装置为中矿传动生产的功率单元，结构复杂，故障率高，不方便检查，更换所需工作量大，需经常检查更换才能确保1#主井的正常提升。且该系统整流装置为6组功率单元，出现故障时没有明显故障迹象，需逐个拆除遥测阻值，增加了故障处理的时间，制约矿井生产创效。为了确保1#主井的正常提升，满足矿井实际生产需要，减少主井提升故障率，增加1#主井直流提升机电控系统的稳定性，因此对1#主井提升机直流电控系统进行升级改造，改造后为直流双电控系统。
二、成果的内涵和做法
经过多方考证，本着安全、可靠、先进的原则，新安煤矿1#主井提升机电控系统升级改造选用徐州中矿大传动与自动化有限公司生产的ASCS-3-6RA80全数字直流调速控制系统，整流装置为西门子生产的6RA80直流调速整流器，两套系统可进行切换。
（一）电控系统技术特点
ASCS-3-6RA80全数字直流调速控制系统主回路结构采用整机原装西门子6RA80直流拖动全数字调速电控系统。该系统基于数字化、自动化、网络化和信息化等先进技术，采用“直流电机+6RA80全数字直流调速装置+多PLC网络控制+上位机诊断与监控+局域网信息互联”的控制模式，与其他矿用一般型设备配套使用，完成矿山大功率电力拖动系统调速控制。传动系统采用磁场恒定，电枢可逆12脉动串联晶闸管变流器，新系统安装后实现提升机控制与老系统互为备用的功能，通过切换柜进行主回路及控制回路切换，新、老plc柜通过切换柜实现相互切换功能。
ASCS-3-6RA80全数字直流调速控制系统具有以下技术特点：
1、采用6RA80电枢串联12脉动、电枢换向控制，磁场恒定。
2、整流装置的过载能力大于电动机的过载能力，在任何负载下，整流装置都能满足四象限安全运行要求。
3、电控系统设计完全满足提升工艺要求及《煤矿安全规程》的相关规定。操作和安全保护系统采用两套相同配置的SIEMENSS7-300系列可编程控制器PLC，实现冗余控制,两套PLC相互通讯及监视。操作过程,安全保护实现双线控制方式。对提升机运行关键的信号均采用多重保护，互为监视。
4、速度测量、安全回路等关键电路采用冗余结构设计，系统具有三条安全回路。
5、电控系统具有紧急开车功能，在电控系统发生故障时，在确保安全的前提下，可实现提升机低速运行。
6、监控系统采用研华科技工业控制计算机作为上位机，配大屏幕彩色显示器，实现多画面实时监控、曲线及故障记录，记录数据，所进行的提升循环。多参量数码及曲线显示、记录，各种故障的报警及记录，所记录的图表、曲线多达1000条所进行的提升过程。
7、电控装置电磁兼容性符合IEC801和GB/T13926标准最严酷等级的要求，系统采取了必要的硬件、软件抗干扰措施（隔离、滤波、合理的结构及布线），确保系统不受电磁干扰、供电电源干扰，并对其他设备不产生危害性的干扰。
8、根据中国GBJ87-85《工业企业噪声控制设计规范》规定：提升机房内的主电机、冷却风机等的噪音均符合有关规定，距离设备1M处噪音不超过80db。
9、电控装置设有柜内照明，并设置通风监视、交流220V电源插座，其柜体为框架结构，颜色为国际流行色并可由客户指定。
10、系统具有防雷击设计。
11、电控装置能承受提升机和通风机运行时的地坪振动。
（二）ASCS-3全数字电控柜技术特点
1、低压配电
电控系统配置一台GGD型控制电源柜ASCS-3-CN，满足电控系统各部位不同电压等级、不同容量的低压配电需求。断路器选用塑壳式断路器，并配有辅助触点。各进出回路均配置有必要的保护装置，其工作状态经PLC传输到上位机显示。能满足整个绞车房低压供电要求。提升系统辅机电源、各电压等级的馈出开关留有不少于10-20%备用回路。
进线总开关、母线规格满足配电容量要求。
2、直流调速系统
增加ASCS-3-CT整流柜2台，每台整流柜内安装一个西门子公司的原装6RA8098-4DV62-0AA0 SIMOREG DC MASTER整流装置，可构成串联12脉动电枢换向方式。
(1)德国西门子公司的原装6RA8098-4DV62-0AA0 SIMOREG DC MASTER整流装置参数如下：额定输入电压400V 3AC(+15/-20%),额定输入电流2490A，额定直流电流为3000A，过载能力为1.8倍，额定功率1260kW。额定直流励磁电压<390V，额定直流励磁电流40A。
(2)全数字装置实现的功能有：设有交流侧过电压保护，带快熔保护，带阻容吸收装置机及主回路绝缘监视，手动、自动速度给定值，启动防冲击控制（”S”型给定曲线）,速度、电流双闭环系统,具有错相保护功能,过压、欠压保护,设置系统参数,快熔熔断指示,自带为电机磁场供电的调节功能。
(3)现电机励磁使用24.5A，新电控励磁调节部分使用其中1台6RA8098-4DV62-0AA0自带磁场供电。
（三）提升机的工艺控制、监控系统及安全回路
新增一台PLC控制柜，PLC柜中主要采用SIEMENS S7-1500系列PLC，共两台。一组为操作保护PLC，主要负责操作闭锁及各种保护，另一组为行程PLC，主要负责生产运行S曲线、速度实时监控保护。同时含UPS电源一台，用于控制、监控及制动控制等设备的后备支持。备用I/O接口不少于20%。
主要功能描述：
1、闸控系统
控制液压制动系统松闸或抱闸，工作闸能实现自动和手动两种控制方式，手动时由闸控手把调节制动油压；自动时与行程速度调节系统配合由开车指令给出松闸、施闸控制信号，安全闸满足制动的要求。
2、操作保护PLC
执行操作程序，生成开车信号和方向，实现各种故障保护及闭锁。来自系统各部分的保护信号直接引入到PLC中，PLC将其处理后分为立即施闸、终端施闸、电气制动和报警四类，送监视器显示故障类型并控制声光报警系统报警并施闸。
系统的安全回路有三套，两套分别由操作保护PLC和行程PLC构成，另一套为继电器直动回路。由操作保护PLC、闸控PLC与继电器构成双线制提升机安全保护回路。来自提升机各部分的保护信号分为立即施闸、井口施闸、电气制动和报警4类。其中井口施闸、电气制动和报警类事故信号直接引入到PLC中，PLC将其处理后送监视器显示故障类型并控制声光报警系统报警并施闸，而立即施闸类事故信号除引入到PLC中处理、显示、报警外，还直接引入到安全直动回路，动作施闸系统施闸。如图所示：
3、行程PLC
将部分操作信号、部分保护信号以及设定的一些行程参数与轴编码器信号结合起来进行逻辑运算处理，自动产生提升机所需的速度给定信号（即S曲线）。
控制提升容器停车精度<2cm。
将轴编码器信号经软件计算后处理成提升容器在井筒中的位置和在线速度，送到操作台监视器显示，此外还产生包络曲线对提升机的速度进行连续监视。
4、UPS电源
当发生电源故障时，给闭环控制、制动控制及PLC的供电将继续维持直到提升机停止且制动阀已经闭合。在此段时间内，系统的与运行有关的关键参数将被储存下来，以便于恢复供电后，系统的运行参数与实际值吻合，保证提升机运行的效率和安全性。
（四）提升机的操作显示
新增操作台采用操作方便的分体式结构，各操作台安装尺寸与原操作台尺寸一致，替换原操作台，与新、旧PLC柜之间进行切换，分别控制新、旧PLC系统。
操作台装配S7-1500PLC一套与新系统PLC柜S7-1500PLC通信控制，左显示台显示新系统运行状态。操作台再装配S7-300PLC一套与老系统PLC柜S7-300PLC通信控制，右显示台显示老系统运行状态。
操作台上有紧停按钮、液压油泵控制开关、液压泵选择开关、主电机冷却风机控制开关、主令操作手柄、工作方式选择开关、控制方式选择开关、安全复位按钮、过卷开车控制开关和灯试验按钮等。
指示台有工业控制计算机，指示台上有运行参数显示仪表、重要操作信号和故障信号指示灯，显示仪表有：
深度指示器：包括一套柱式显示器（粗针）和一套数字显示器（精针）；
----速度表； ----液压表；
----可调闸电压表； ----电枢电流表；
----磁场电流表； ----6KV电源电压表。
重要操作信号和故障指示灯有：
---- 控制手柄零位指示； ---- 制动手柄松闸位指示；
---- 齐平信号指示； ---- 快开合闸指示；
---- 高压合闸指示； ---- 控制电源合闸指示；
---- 安全回路正常指示； ---- 过卷故障指示等。
司机可操作操作台上的开关及按钮来控制提升机运行，并通过指示灯和显示仪表以及工业控制计算机及时了解提升机的运行状态及运行参数。
（五）提升机监控系统
配置一台工控机和一台液晶显示器，工控机中安装一套完整的监控系统软件，构成一套完整的提升机监控系统。
工控机选用研华22寸显示器，研华工控机 IPC-610L/ PCE-5B13-08A1E/PCE-5126QVG/17 2600/8G 内存/1T硬盘/4千兆网口/DVD/主流声卡，液晶显示器不低于22英寸。
监控系统监视的内容包含有提升信号显示、提升保护、故障自诊断、行程、速度图、开车准备状态、控制系统状态、高低压电源回路、主回路、安全回路等连续实时显示及报表打印功能，便于事故的预测和分析处理，保证提升机安全可靠的运行。
（六）新老系统切换柜
现场有一套老电控系统正在运行，为保证生产的稳定性，配置三台新老切换柜，其中一台完成变压器出线侧与整流柜之间交流动力的切换，一台完成整流柜直流动力侧切换，一台完成新、老PLC柜之间的切换功能。新老系统切换具有机械及电气闭锁，切换时间5分钟以内。
（七）外围传感器装置
轴编码器：选用2台编码器分别安装在深度指示器和驱动滚筒上。
测速机与编码器一体，采用进口设备，替换原测速发电机，编码器供新系统速度反馈，测速机供老系统速度反馈。
三、成果实施后所产生的效果
1#主井双电控改造，实施前使用一套徐州中矿大传动与自动化传动有限公司生产的ASCS-3型全数字直流调速系统，整流装置为中矿传动生产的功率单元，系统为高耗能落后电控，启动时加速度较大，对钢丝绳冲击较大；实施后，保留原电控系统增加一套徐州中矿大传动与自动化传动有限公司生产的ASCS-3型全数字直流调速系统，整流装置为西门子生产的6RA80直流调速整流器，两套系统可进行切换，提高电控系统稳定性。
比较结论：1、原系统整流装置为6组功率单元，出现故障时没有明显故障迹象，需逐个拆除遥测阻值，新系统整流装置为6RA80整流控制器，出现故障时，能够显示故障代码，方便处理故障，缩短影响时间。
2、原系统功率单元故障率高，需经常检查更换，新系统整流装置故障率低，方便维护。
3、高压变频电控每年可节约电费约20万元。
4、由于有两套电控系统，可互为备用，减少电控系统故障20小时/年，每年可提升效益20万元。
5、减少备品备件。
比较结论：1#主井双电控改造后，新老系统可随时进行切换，减少了对正常生产的影响，新系统运行稳定，绞车运行更加可靠平稳，故障率低，维护简便，降低了职工劳动强度，有效减轻维护人员的压力，得到广大员工一直好评。
论文作者:董馨升
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第10期
论文发表时间:2019/9/30
标签：系统论文; 电控论文; 回路论文; 提升机论文; 装置论文; 故障论文; 信号论文; 《科学与技术》2019年第10期论文;