提升系统安全策略之动态顺从测试.pdf

第3 4 卷 2 0 1 4 年0 8 月 矿冶工程 M I N I N GA N D 仰陌A L L U R G I C A LE N G I N E E R I N G V 0 1 ．3 4 A u g u s t2 0 1 4 提升系统安全策略之动态顺从测试① 张宇光 中色非洲矿业有限公司，北京1 0 0 0 2 9 摘要简要地介绍了英联邦国家对提升系统动态顺从功能的测试要求。结合现场实际，针对国内外对提升系统性能测试的差 异，提出了控制系统设计、开发和应用思路，阐述了该功能在提升系统安全保护策略中的意义。 关键词提升系统；顺从测试；动态测试 中图分类号T D 5 3文献标识码Ad o i 1 0 。3 9 6 9 ／j 。i s s n 。0 2 5 3 - 6 0 9 9 ．2 0 1 4 ．0 8 。1 4 2 文章编号0 2 5 3 - 6 0 9 9 2 0 1 4 0 8 - 0 5 1 2 - 0 3 1 概况 赞比亚谦比西铜矿主井提升机电气控制系统是英 国F F E 公司2 0 世纪6 0 年代初的模拟继电器控制系 统。1 9 9 8 年9 月，中色非洲矿业有限公司成功接管谦 比西铜矿并于2 0 0 2 年前后由北京有色冶金设计院恩 菲电气科技有限公司设计改造了电控系统。当时由于 沟通不到位，缺乏对当地提升系统检验、测试的感性认 识，在设计时没有完全结合当地英联邦国家的法律法 规，再加上其它一些不利因素的影响，该提升系统自投 运以来一直都未通过当地矿山安全部门对顺从功能的 测试要求，运行速度一直未能达到设计的最高速度，且 不能自动运行。 2 0 0 8 年上半年，在谦比西铜矿年度停产检修期 间，恩菲公司和现场工程技术人员认真学习当地对提 升系统的检验测试法规，仔细研究顺从测试的目的、测 试步骤和要求，经过和当地工程技术人员的充分沟通、 探讨，并历经多次模拟实验、参数调整、程序完善等大 量工作，圆满成功地首次实现了“提升系统顺从保护 功能的设计和应用”。并一次通过了当地矿山安全部 门的专业测试，取得了良好的声誉。 2 顺从测试 2 ．1 顺从测试的概念 顺从测试就是让提升系统在满载的情况下，给出 相应方向的向下全速给定，待电枢电流上升到一定程 度时，完全打开制动系统制动闸，提升系统将朝着给定 的方向向下高速起动并在短时间内紧急制动，检测在 此极端状态下的最高速度和紧急制动后的距离是否满 足规定的要求。 2 ．2 顺从测试的目的 该测试的目的，就是为了防止提升系统在重载下 放时失速，造成事故。在矿山，提升系统作为地表与井 下的重要交通工具，担负着升降人员、提升矿物和运送 各类材料的重任。重载满载下放的情形时有发生，或 由于现场需要，下放水泵、电机、矿车等重物到井下，或 由于监测设施失灵使得重载箕斗未卸矿而下行，进而 导致失速或超载等等。总之，在重载下放时，为了避免 提升系统失速，特引入该项功能测试，确保提升系统的 安全。 2 ．3 顺从测试的步骤 以主井提升机南箕斗装满矿为例说明顺从测试的 步骤如下 1 首先将南箕斗下放至装矿站并装满矿。 2 将装满矿的南箕斗提升至距离装载站大约 2 0 0m 的位置停车，足够的安全距离可以保证测试效 果及测试过程的安全。 3 强制南箕斗的位置为模拟停车位置，即强制为 卸矿站的停车位置。谦比西铜矿地表卸矿站标高在程 序内部设为“0 ．0 0 ”。 4 上述步骤确认无误后，由提升机司机在手动运 行模式下给出南箕斗向下的全速给定指令，待电枢电 流上升到系统内部的开闸电流以上时，完全打开制动 闸。系统开闸电流设为20 0 0A ，测试人员指定的松闸 电流为50 0 0A 。此时，南箕斗就朝着给定的方向向下 高速起动并在短时间内出现紧急制动。具体步骤如图 1 所示。测试北箕斗时方法相同，区别是给定的方向 不同，即给出系统向上的方向，则北箕斗就朝下运行。 5 通过检方自带的测试工具检测紧急制动的距 离和在此过程中系统的最高速度。 ①收稿日期2 0 1 4 - 0 5 - 1 6 作者简介张宇光 1 9 7 1 一 ，男，甘肃通渭人，工程师，主要从事矿山提升系统维护及管理工作。 万方数据 2 0 1 4 年0 8 月 张宇光提升系统安全策略之动态顺从测试 翟辇莲置三0_r 停车位置一Q 1 ．0 0 卸载站I t 停车位置一●l 矧盛j 9 8 5 0 I 矧盛五9 8 l O II 篓缀 模拟位置一d I 模拟位置一△ II 翘塑星。 一 I Il 侍咀私电况 矧L矧黏嬷滋 模拟位置一●模拟位置一●，鬈j i 取5 戳 2 帅米p - ∞2 ∞米| 0 ∞8 1 步骤三步骤四 2 ．4 顺从测试的要求 1 要求提升机控制系统内部确实有针对此种极 端状况的超速保护功能。 2 在此种极端状况下，提升系统从起动到紧急制 动运行的距离不得超过3m 。 3 在此种极端状况下，系统的最高速度不得超过 1 ．5m ／s 。 3 顺从保护功能的分析计算 仔细分析研究顺从测试的两项硬性要求，即在此 极端状况下，紧急制动后距离不超过3m 和最高速度 不超过1 ．5m ／s 。所谓距离即从开始起动到制动结束 重载侧提升容器在井筒中的下行位移，而最高速度则 指在此测试过程中系统所能达到的瞬时最高速度。在 系统软硬件设备正常的情况下，制动系统得到紧停信 号后，制动闸就开始作用于系统，系统速度达到最高然 后由最高向零速降落。所以在此过程中速度曲线应该 是锯齿状或三角型形状，由零急剧上升至最大，再由最 大急剧下降为零。并以此建立数学模型，对其进行分 析计算，如图2 所示。 0 S i sS 图2 顺从测试时的速度曲线 由分析可知图2 中的‰．x 1 ．5m ／s ，S M 。。 3m ， 8 ，为顺从测试时的上升加速度，该加速度事实上远大 于系统设计的加速度 谦比西铜矿主提加速度为0 ．6 m ／s 2 ，其大小与提升机的负载、位置、速度及操作人 员的操作水平、操作习惯等有关。n 为系统安全制动 时的减速度，当地法规规定的范围是1 ．8 4 ．5m ／s 2 之 间 与国内的规定略有差异，国内规定的范围是1 ．5 5 m ／s 2 。对一个成型稳定的提升系统来说，在测试条 件大致相同时 如位置、负载、速度等 ，安全制动的减 速度基本上是固定的，在谦比西铜矿的主井提升机检 验中，重载下放时的安全制动减速度n 一2 ．8m ／s 2 。 ‘．‘2 0 | s M A x 书。 K2 ％2 ，其中K O ，％≤1 ．5m ／s ．．5 眦喝 掣 由式 1 可知．s 。≤2 ．6m ，其物理意义为在此极端状 态下，测试条件大致相同时，加速段满足测试要求的最 大距离为2 ．6m 。 oO 2 a l S l E 2 一％2 ，其中K ≤k 1 ．5m ／s ，V o 0 k 21 ．1 2 5 ’～≤西2 T 1 厶U 1J 2 所以速度急增段加速度o 。与加速段距离s 。的关系如 图3 所示。 4 T n ，s 2 o 1 墨 m 图3 测试时速度急增段加速度和距离的关系 4 顺从保护功能的设计应用 为了保证系统及人身的安全，避免人为误操作或 检测机构失灵引起的速度失控现象，提升系统在重载 下放时，必须对失速现象加以防范。国内外的设计单 位在设计提升系统安全保护回路时，都设计了超速保 护功能，但由于设计理念、设备水平、管理模式及法律 法规的差异，效果及实用性也有所不同。恩菲公司在 第一次设计该系统时，也设计了井筒终端、包络线等超 速保护，但就是没法通过当地的顺从测试。主要原因 为①在这种非常规的操作模式下，包络线超速保护 对速度的比较判断存在滞后现象。②包络线超速保 蚪『fil瑚．浆{ l T I a 上燎 嗡 鲫辫 蹴麒 碑鹏 重的 万方数据 5 1 4 矿冶工程第3 4 卷 护本身在低速段时反应不够灵敏。③制动系统响应 时间过长。 为此，针对不同的系统，增设不同的限制条件，可 以避免发生此类失速事故。例如对主提系统而言，下 行给定前判断箕斗内是否有矿、是否卸空，如果有矿或 未卸空则拒绝执行下行指令，对副提系统增设下人和 下重物的信号，提醒操作人员精心操作。但是上述措 施只能起到预防作用，不能从根本上解决问题，彻底解 决此类问题的关键就是无论提升系统在何种操作模式 下运行，针对此类极端状况的超速保护功能都是实时 存在且有效的。 根据前面的分析，在顺从测试时加速度远大于系 统正常运行时的加速度 谦比西铜矿主提加速度为 0 ．6m ／s 2 。因此，在系统程序内部增设加速度大小比 较环节就能解决问题，程序流程如图4 所示。 从流程图可以看出，在任何运行模式下，系统对加 速度的比较保护功能一直在实时运行，同时该程序对 重箕斗下放设了条件限制，以防止误操作引起失速或 超载故障。对副提罐笼系统可以参照同样的思路进行 图4 顺从保护功能流程 速、过卷装置测试包括上、下机械过卷和程序过卷保 护测试、井筒两端、井筒中间全速超速保护测试等。 改造。 5 动态测试 6 结语 提升系统的安全性、可靠性是井下矿山本质安全 在当地安全检测部门的专业测试中，动态测试的 项目多数和国内的提升机检测项目一致。主要内容 有①制动系统性能测试包括静态闸力测试、闸间隙 测试、离合器测试 双卷筒提升机 、松闸制动力检测、 闸系统响应时间测试、动态闸力测试如空载井筒中间 高速紧急制动闸力测试、安全制动减速度测试等。②超 的重要一环，其控制系统保护措施的完善与否，直接关 系到提升系统乃至整个矿山的本质安全。立足现场实 际，对比中外差异，不断探索研究提升系统安全策略， 是矿山企业长治久安的必由之路。提升系统顺从测试 的分析研究及其保护功能的开发应用，在国内外同行 业中具有一定的参考价值和指导意义。 万方数据