1.中色非洲矿业有限责任公司
2.铜陵有色金属集团铜冠矿山建设股份有限公司
关键字：恒减速制动、二级制动、DCS800
概述
矿井提升机是整个矿山的要害设备，承担着人员上、下井，矿、废石提升的重任。其中主井提升机是矿山的咽喉设备，承上启下，产量完成的关键环节。副井提升机承担人员，物资上、下井，安全极其重要。安全，舒适的启停是矿井提升机在整个设计、安装、调试过程中反反复复考虑的事情。本文将以某矿山副井提升机为例，详细阐述提升机停车过程。
一、矿井提升机电气系统组成
1、主电机
主电机为ZKTD250/67直流电机，功率1250KW，电压750V，电流1900A，转速38r/min。励磁采用他励方式，励磁电压110V，电流227A。
2、电气传动系统
电气传动为12脉动全波可控整流，双闭环直流调速系统。采用ABB最新的直流传动装置DCS800实现提升机安全、可靠、舒适启停。电枢回路选用DCS800-S02系列的传动装置，实现了提升机的四象限运行，两台DCS800-S02采用DCSLink主从通讯，与主控PLC采用Profibus进行通讯。通过互差30°的两台变压器相位移位，实现12脉整流。
3、控制系统
控制系统采用S7-400 PLC，S7-400 PLC具有极高的处理速度、强大的通讯性能。控制系统设计了两台独立的S7-400，一台作为主控PLC，通过Profibus DP与DCS800，各水平ET200进行通讯。另一台为监控PLC，对提升机速度、位置等重要过程数据进行监控，逻辑处理，最后将计算结果传送给主控PLC，由主控PLC发出命令，控制现场执行单元。
4、液压制动系统
制动液压系统是提升机最后安全保障，它关系着乘罐人员的生命安全。此系统采用国内最新的恒减速制动液压站，两台液压站，一用一备，安全可靠。制动液压控制系统采用S7-1500 PLC负责采集液压站各种数据，逻辑计算后，发出命令控制液压站电磁阀动作。液压站控制系统与主控PLC之间通讯采用硬接点连接，相互之间通过中间继电器进行信号传送。液压原理图如右图所示：
二、矿井提升机电气系统控制原理
矿井提升机电气系统主要由主控PLC控制系统、电气传动控制系统（DCS800）和液压制动控制系统三部分组成。
主控PLC控制系统与DCS800通讯采用Profibus DP进行通讯。主控PLC将逻辑计算后的主控字，速度给定值等传送给DCS800，同时从DCS800中接受主控字，实际速度值，故障字等。
主控PLC与液压制动系统采用电缆硬件连接通讯。主控PLC输出实际速度值，开闸指令，恒减速解除信号给液压制动系统，同时接受液压制动系统压力值，闸电流值等信号。控制原理图如右图所示：
三、矿井提升机停车模式
1、正常停车制动：当正常停车时，主控PLC发出减速命令后，提升机按照设定的减速度，电气制动至爬行速度，停车信号到来时，电机电流立即撤出，同时制动器动作，提升机实现安全停车。
2、恒减速制动：提升机在井筒中运行时，安全回路突然跳闸，当主控系统检测到提升机在可靠的安全距离时，主电机立即断电。液压制动系统通过闭环控制系统，无论提升机处于何种工况，载荷或速度，整个制动过程保持制动减速度恒定不变。
3、二级制动：提升机在井筒中运行时，安全回路突然跳闸，提升机离井筒距离较近，电气传动立即断电，这时为保证提升机能够安全可靠制动，执行二级制动，提升机迅速停车。
4、一级制动：当提升机接近井口时，恒减速制动和二级制动都无法满足安全运行后，提升机执行一级制动，制动器全压贴闸，提升机立即停车。
四、矿井提升机停车过程
1、正常停车制动过程：
主控PLC检测到减速信号后，一种方式是通过主控PLC逻辑运算，按照设定的减速度，将计算出来的速度给定值通过Profibus DP实时传送给DCS800，DCS800中减速时间参数设置很小，以便实时跟随主控速度给定值。另一种方式是主控给出最终的速度给定值传送给DCS800，DCS800根据设定的减速度，设定好减速时间，以及相应的S型曲线等参数。速度降到爬行速度且检测到停车信号后，主控PLC首先发送停车信号给液压制动系统，经过适当延时后，发出停车信号给DCS800，防止提升机倒溜或冲顶。
提升机停车控制过程：
第一步：主控PLC检测到停车命令后，MainCtrlword Run设置为0，速度给定值设置为0，传送给DCS800。
第二步：在速度控制模式下， StopMode (21.03)停止直流模块。在转矩控制模式下，根据使用的转矩给定通道，分别通过参数 TorqRefA FTC (25.02) 和TorqRamp Down (25.06)使转矩给定降为0。当达到零速或零转矩时，RdyRef状态取消，发出MainStatWord RdyRun=1信号给主控PLC。
第三步：主控PLC检测到主电机电流下降到一定值后，发出合闸信号给液压站，制动器合闸，提升机停止运行。
主控、DCS800、液压制动系统软硬件设置：
（1）主控PLC硬件设置
在Profibus DP中选择Drives，然后选择ABB Drives RPBA-01，设置为PPO Type 5，PLC输入地址为I88-107，输出地址为Q88-107。PPO Type 5数据字设置中，PLC输出至DCS800第一个字为主控制字，第二个字为速度给定值。由DCS800输入到PLC的第一个字为状态字，第二个字为速度反馈值，这四个字在系统中固定好，不能改变，从第三个字开始根据实际需求设定。
（2）DCS800启停相关的主要参数设置
当DCS800接受到主控PLC的速度给定信号后，按照22.02设置的减速时间减速，因DCS800设置的减速时间为0.01s，即DCS800速度给定值实时跟随主控PLC变化。当主控发出停车命令后，触发角强制为150度以减少电枢电流。当电流为零时封锁电流调节器，无电流输出，提升机电机不产生电磁力，此时制动器必须合闸。
（3）液压制动系统
当提升机速度≤0.2m/s，且停车信号到来时，主控PLC发出停车信号给液压制动系统，液压制动系统PLC接受到停车命令后，其控制电液比例溢流阀10的模拟通道输出0V，制动器上的液压油通过电液比例溢流阀10回到油箱。主控PLC控制好DCS800断开电流和液压制动系统压力下降时刻，确保提升机不冲顶，不倒溜，实现提升机安全，定点停车。
2、恒减速制动：
提升机运行到主控设置的恒减速解除位置而未到达二级制动解除位置后，若此时安全回路突然断开，提升机将按照恒减速制动模式停车。
（1）主控PLC系统：主控PLC实时检测提升机在井筒的位置，将恒减速解除信号发送给液压制动系统。若此时发生紧急制动，安全回路断开，传送给DCS800的速度给定值立即为零，同时传送给液压制动系统的开闸命令立即断开。
（2）DCS800系统：紧急停车由液压制动控制，所以紧急停车模式必须设置为自由停车模式。当安全回路断开后，DI5=0，触发角立即置为150度以减少电枢电流，当电流为零时封锁电流调节器。
（3）液压制动系统：接受到主控PLC恒减速解除信号后。若安全回路断开，油泵电机 6断电停止转动，油泵停止供油，电磁换向阀G1断电，制动器压力先通过溢流阀19，降低到贴闸皮油压，然后根据给定减速度信号，控制比例方向阀17，调节制动器压力升降，使紧急制动减速与给定减速度保持一致。当检测元件检测到提升机系统已停车或者安全制动延时时间到，油压迅速降到零压。
3、二级制动：
（1）主控PLC系统：主控PLC实时检测提升机在井筒的位置，将二级制动解除信号发送给液压制动系统。若此时发生紧急制动，安全回路断开，主控PLC传动给DCS800的速度给定值立即为零，同时传送给液压制动系统的开闸命令立即断开。
（2）DCS800系统：与恒减速控制方式一样。
（3）液压制动系统：接受到主控PLC二级制动解除信号后。若安全回路断开，油泵电机 6断电停止转动，油泵停止供油，电磁换向阀G1、G2通电，比例方向阀控制17信号电压为0V，制动器油压马上降到溢流阀21调定压力P二级，待安全制动延时时间到，G3、G4断电油压迅速降到零压，制动器达到全制动状态。
4、一级制动：
（1）主控PLC系统：主控PLC实时检测提升机在井筒的位置，将一级制动信号发送给液压制动系统。若此时发生紧急制动，安全回路断开，主控PLC传动给DCS800的速度给定值立即为零，同时传送给液压制动系统的开闸命令立即断开。
（2）DCS800系统：与恒减速控制方式一样。
（3）液压制动系统：接受到主控PLC一级制动信号后。若安全回路断开，油泵电机 6断电停止转动，油泵停止供油。电磁换向阀G3、G4立即断电，制动器油压迅速降低到零压，以全部制动力矩将提升机制动住。
五、结束语
主控PLC、DCS800、液压制动系统三者相互配合，实现提升机正常停车、恒减速制动、二级制动和一级制动的安全停车。
参考文献：
1、DCS800系列传动装置固件手册
2、DE6141E液压站使用说明书
论文作者:方绍雄1, 余玉广2
论文发表刊物:《中国电业》2019年第08期
论文发表时间:2019/9/5
标签：提升机论文; 液压论文; 速度论文; 制动系统论文; 信号论文; 回路论文; 电流论文; 《中国电业》2019年第08期论文;