TKD系列矿井提升机的PLC改造.pdf

Se r i a l No． 4 63 No v e mb e r ． 2 0 07 矿业快报 EXPRESS I NAT【 ON O F MI N I NG I N DUS T R Y 总 第 4 6 3期 2 0 0 7 年 1 1月第 1 1 期 T K D系列矿井提升机的 P L C改造 郭肃伟 金川集团公 司二矿区 摘要 分析 了矿井提升机对电控装置的要求， 指 出了用 P L C改造 T K D系列提升机的优点， 给 出了P L C系统的具体实现方法和组态 ， 经现场安装、 运行， 表明 P L C系列准确、 可靠。 关键词 提升 机 ； 电控 ； P L C 中图分类号 T D 5 3 4 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 9 - 5 6 8 3 2 0 0 7 1 1 - 0 0 5 0 - 0 2 1 前言 矿井提升机承担矿物的提升、 人员的上下、 材料 的运送等任务 ， 是矿 山大型关键设备 ， 也 是矿 山生 产 、 基建任务完成的咽喉， 而其电控系统动作的稳定 性更是关键 ， 其技术性能和可靠性直接影响矿山的 安全生产和经济效益。目前金川公司各大矿山的提 升设备有相当部分还采用 2 0世纪 7 O年代的仿苏产 品， 即 T K D系列卷扬机。该提升机电控系统的功能 实现大多依赖传统的 T K D机 电控制线路。这种控 制方式由于采用了大量的继电器和接触器 ， 体积大 ， 耗电多 ， 维修量大 ， 噪音也很大 ， 备品备件的消耗大。 为此笔者依据提升机的 T K D原理 ， 采用一种新的控 制模式， 即 多 P L C冗余控制 无触点加速柜 采用 可控硅 低频 电源 上位机监控 ， 并且在 流通筒 和导向轮上配置轴编码器 ， 实现数字式闭环， 并在 1 6行副井 、 3 O行东副井进行了实践 ， 取得 了较好的 效果 。 2 提升机对电控装置的要求及系统改造 提升机属往复运动的生产机械。对于单水平提 升 ， 在每次提升循环中， 容器上升或下降的运动距离 是相等的， 对于像金川矿山这样的多水平提升系统 ， 每次提升循环 ， 容器的运动距离不一定相同， 因此对 电控装置提出下述要求。提升机及其电控装置的原 理框图见图 1 。 1 要求满足四象限运行 。要实现容器按不同 的需要运动 ， 必须保证电气系统 能够做 到匀速、 加 速 、 减速、 爬行 、 停车等五阶段运行 ， 也就是说 电动机 必须根据负载的变化而 自动地工作在正 向电动、 正 向制动 、 反 向电动 、 反 向制动 ， 即满足四象限运行。 2 平滑调速且调速精度高 。提升系统要求 电 5 0 郭肃伟 ， 7 3 7 1 0 0甘肃省金昌市。 气传动系统能满足运送物料 、 运送人员、 运送火工 品、 检查验绳、 低速爬行等， 所 以要求提升机 电气传 动系统能平滑调速。 操作 运行 故障 图 1 提升机及其电控装置原理框 图 对于调速精度， 提升机一般要求静差较小 高 速下 S ≤1 ％ ， 这是 为了系统在不同负载下的减速 段的距离误差小。这样爬行段距离可设计的尽可能 短， 以获得较高的提升能力。 3 设置准确可靠 的速度给定装置。提升工艺 要求电气传动系统的加减速平稳 ， 根据有关安全规 程， 对提升机的加、 减速度有一定 了限制。另外 ， 为 了提高提升设备的使用寿命， 减少人们对加减速度 的不适应程度 ， 降低加速时的电流冲击 ， 要使提升机 按 S形速度曲线实现加速和减速。 4 设置行程显示与行程控制器。为了便于提 升机司机的操作 ， 电控系统应设置可靠 的提升容器 在井筒位置的显示装 置和位置检测装置， 准确地检 测出提升容器在井筒中与减速点开始、 停车及过卷 相对应的位置 ， 实现可靠的停车和减速。 5 设置完善的故障监视装置。故障监视装置 的可靠性应表现在两个方面 ①电控系统 的稳定性 好， 故障少； ②出现故障后应能根据故障性质及时进 行保护 ， 并能对故障内容进行记忆和显示 ， 以便迅速 排除故障。 6 设置可靠的闸控电路， 实现分级制动。 维普资讯 郭肃伟 T K D系列矿井提升机的 P L C改造 2 0 0 7年 1 1月第 1 1 期 3 P L C控制系统构成 矿井提升机是整个矿井的枢纽， 除了能按照预 定的力图和速度图， 在四象限实现平稳启动 、 等速运 行 、 减速运行、 爬行 和停车， 而且在运行过程 中要有 极高的可靠性和安全性 。根据提升 机上述工况要 求 ， 采用的 P L C控制系统构造的交流提升机拖动系 统见图 2 。图 2中， P L C控制系统主要由多 P L C冗 余控制柜、 可控硅加速柜、 低频电源柜和上位机监控 等 4部分构成。 6 k V 图 2 提升机拖动系统框 图 3 ． 1 P L C冗余控制系统 以网络形式为连接纽带的 P L C冗余控制系统 ， 用于完成提升机行程控制 、 逻辑操作、 故障保护及液 压制动控制等。 1 1 P L C与安装在提升机上的轴编码器配合 ， 完成提升行程和提升速度 的控制功能。操作 P L C 将外部信号 操作台面板上的选择开关信号 ， 按钮 信号 ， 由保护 P L C传来的信号及由上位机传来的信 号 接收过来 ， 按照预定的逻辑控制进行处理， 并发 出开车所需要的各种信号 ， 使绞车按照预定 的力图 和速度图安全运行。P L C还对轴编码器发出的脉冲 进行记数 ， 并进行脉冲量化处理 ， 间接检测计算 出提 升容器的行程 S和速度 并根据计算 出的 S 、 和 对提升机进行监视保护。 2 2 P L C与继 电器构成双线制提升机安全保 护 回路， 见图 3 。 各 种 保 护 信 号 藿事故信号 继电器直动回路 瓣 ．1 P L 施 闸 系 统 图 3 安全回路控制框图 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 P L C中， P L C 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 P L C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。系统的安全回路有两套 ， 一 套由 P L C构成， 另一套为继 电器直动回路。 3 ． 2 可控硅加速柜 可控硅加速柜和以前的转子接触器在布线结构 上一样 ， 承担加速时的电阻切换 ， 主要由晶闸管及其 触发回路构成。与原有 的接触器相 比较 ， 具有无触 点、 功耗小 、 维修量小等优点， 因而具有广 阔的应用 前景。 3 ． 3 交- 交变频 电源柜 低频电源采用全数字交． 交变频器和现代控制 技术， 解决 了矿井交流提升系统在减速段 的调速与 爬行问题。减速阶段在各种负载条件下均可严格按 照给定的速度图运行 ， 使交流拖动系统在负力减速 方式下达到直流拖动系统的调速性能、 提高了提升 效率， 而且节能效果十分显著。 1 装置采用全数字交． 交变频器和逻辑无环流 控制技术 ， 省去有环流系统的 3个换流电抗器， 具有 体积小 、 噪音低 、 空载损耗小等特点 。 2 减速段速度调节采用低频发 电制动方式 ， 将系统的动能反馈 给电网。与动力制动减速相 比， 不仅调速性能好、 减速与爬行 自然过渡 ， 而且节能效 果显著 。 3 采用现代智 能控制技术 实现速度闭环调 节 ， 负力减速阶段在各种负载条件下均可严格按照 给定的速度图运行 ， 使交流拖动系统在减速段达到 直流拖动系统的调速性能。 4 由于装置优良的调节性能和发 电制动与电 动状态的自然过渡 ， 不需要进行任何主线路的转换 。 可实现正力减速与爬行 、 负力减速与爬行等多种工 作方式 ， 在提升系统的最大静张力差允许范围内均 能实现负力减速。能满足主、 副井提升的所有控制 要求。 5 装置采用多 C P U计算机控制系统 ， 在 I ／ 0 接口、 功能单元、 信息存储和系统总线等多方面采用 了容错设计。系统具有完善的自诊断功能， 通过彩 色液晶显示器可以显示各种故障信息 7 0 余种 、 速 度图和系统运行参数等， 提高了系统 的可靠性和可 维护性 。 3 ． 4 上位机监控部分 基 于Wi n d o w s 操作 系统 ， 利用 下转 第6 7 页 5】 一一一一一一一一一 维普资讯 王 飞 微差爆破在井下深孔爆破 中的应用 2 0 0 7年 1 1月第 1 1期 耗约5 0 0 0 元 ， 留设保安矿柱矿量 5 0 0 t 。通过认真的 分析研究， 大胆地提出了对喇叭 口处三排炮孔进行 一 次微差分段爆破 ， 爆破顺序见图3 。 第 l ，3 ，5 ，7 ，9排炮孔 第 2 ，4 ，6 ，8排炮孔 装药结构 图 装药结构图 图2 炮孔装药示意图 图 3 炮孔爆破顺序图 4 爆破效果分析 4 ． 1 束状深孔微差爆破效果 通过在 1 盘 区 8 3 6分层北 E 2 5 3 0勘探线处 采取束状深孔微差爆破试验 ， 取得 了较好 的爆破效 果 ， 回采 自由面沿倾向上延伸达 l 1 ． 5 m， 缩短了回采 准备时间 6个班， 多采 出矿石1 5 0 0 t 。尤其是极 大 地提高了回采安全性 ， 避免了在断层破碎带施工开 切眼所带来的安全隐患。 4 ． 2 多排平行孔微差爆破 通过在 1 盘区 8 2 6分层三排炮孔采取一次微 差分段爆破 ， 只用 了5 h的装药爆破 ， 形成 了较好 的 回采 自由面， 节约 了开切眼施工费约5 0 0 0 元 ， 减少 矿柱损失量约 4 0 0 t ， 同时 ， 提高了回采 的安全性 ， 爆 破效果见图 4 、 图5 。 ．． ．．．．．．．．．．．． ，． ．．．．．．．．．．． ． I．一 3 A I B A I B 爆破前 爆破后 图 4 回采爆破前后对 比图 A A B - B 图 5 爆破效果剖面图 5 结论 在马路坪矿段 1 盘区的回采过程中， 对井下中 深孔爆破的各种炮孔布置形式、 回采爆破顺序、 以及 装药量进行了探索试验， 在厚度为 4 6 m 的磷矿层 爆破 中， 炮孔排距最大达到 2 ． 5 m， 一次爆破炮孔排 数达 3排、 爆破药量达 1 6 5 k g 、 爆破矿岩量达1 6 0 0 t 。 表 1 井下深孔爆破主要技术经济指标统计表 采 场生产能 力 炸药消耗 采掘比 钎 钢消 耗 重笪 ／ t ／ a ／ k g ／ t ／ n l ／ 万 t ／ 爪／ t 火雷管 非电管 5 0 o 0． 1 0 3 8 9 0． 0 1 5 0． 0 0 4 0． 0 3 8 参考文献 [ 1 ] 张 志呈 等． 爆 破 原理 与设 计 [ M] ． 重 庆 重 庆 大 学 出版 社 ， 1 9 9 2． [ 2 ] 杨永 奇． 矿 山爆破技 术与安全 [ M] ． 北京 煤炭 工业 出版社， 1 9 9 1 ． [ 3 ] B ． H库图佐 夫． 工业爆破 设计[ M] ． 北京 中国建筑 工业出版 社 ， 1 9 8 6 ． 收稿 日期 2 0 0 7 - 0 6 - 1 4 上接第 5 1页 V B语 言， 自行 开发 了提升监 控软 件， 一方面能使计算机在屏幕上实时动态反映提升 机系统的所有运行参数和运行状态， 如显示主回路 、 低压配电回路、 提升系统 、 速度图、 液压制动系统 、 装 卸载系统和故障信息等画面， 能使司机对提升机的 运行状况一 目了然， 若发生故障 ， 司机能及时从监视 器上了解到故障类型及位置， 及时通知维修人员排 除故障。另一方面能使计算机 自动判断出故障类 型。计算机对提升机进行故障诊 断时， 对系统输入 的所有信号用专家知识进行分析、 推理， 最后做出正 确决策。整个故障诊断逻辑包括推理机构和知识数 据库两大部分。为保证故障诊断结果 的合理 与正 确 ， 在决策的快速性和抗干扰能力方面作 了重点考 虑。 4 结语 该电控系统除了具有 金属非金属地下矿山安 全规程 要求 的保护和闭锁功能外， 还增加了软件 的保护功能， 并为工业局域网和现场总线控制留有 友好 的接 口， 保证了系统的可兼容性 ， 提高了提升系 统的安全性。由于运行故障率低， 大大增加了有效 提升时间， 提高了矿井的提升能力。 收稿 日期 2 0 0 7 -09 - 0 9 6 7 维普资讯