主井提升机电控系统升级改造的研究和应用

郭绍凯

大屯煤矿公司姚桥煤矿 机电科 江苏省徐州市

摘要：本文着重介绍对姚桥煤矿1#主井提升机电控系统的升级改造，升级改造采用“全数字DCS800直流调速+ S7-1500PLC位置控制和工艺控制 +PROFINET网络+远程以太网诊断+上位管理计算机”的构成模式，保留原有与液压控制系统、外围辅助设备的接口模式，采用提升机智能调速控制、位置闭环控制、机电液协调控制、系统自动启停控制等智能控制技术、全自动化远程集控技术、提升机电控故障诊断及健康管理技术等关键技术，提高现有提升机电控系统设备的技术水平和装备水平，满足矿井提升大容量、快速高效、高安全可靠的需求。

关键字：主井提升机 电控系统 升级改造 研究应用

1. 引言

大屯煤电公司姚桥煤矿1#主井为井塔式立井双箕斗提升，2001年对提升机电控系统进行了改造，由原继电-接触器式电控系统改为西门子S7-400/300系列PLC主控和DCS600系列传动系统，改造后运行多年，其运行可靠性和稳定性已存在不同程度的问题，构成系统的主要元部件(如计算机、整流装置等)均已升级换代，备件购置困难，系统控制复杂，发生故障分析判断困难。为满足姚桥煤矿高产高效矿井建设和发展需要，积极推进“四化”建设，提高“四化”水平和生产效率，减轻职工劳动强度，提升安全保障能力，姚桥煤矿1#主井提升机电控系统2018年底进行了改造。

2. 升级改造方案

升级改造采用“全数字DCS800直流调速+ S7-1500PLC位置控制和工艺控制 +PROFINET网络+远程以太网诊断+上位管理计算机”的构成模式，完成对主井提升机的全自动化控制升级改造。

3. 升级改造技术特点

3.1 ABB DCS800系列全数字直流调速装置升级

采用ABB公司新一代全数字直流产品DCS800全数字调速控制装置对原传动系统进行升级，可实现四象限运行，其功能完善、性能优越、监视保护齐全；主回路采用磁场恒定电枢可逆串联12脉动顺序控制方式，在兼顾提高功率因素的同时减少谐波对电网的影响；采用综合措施提高直流调速系统的工作可靠性。

3.2 西门子S7-1500系列PLC升级

西门子公司已推出S7-1500系列新一代PLC，为此采用S7-1500系列PLC作为控制核心对原控制系统进行。S7-1500系列PLC具有更强的网络通讯功能和控制功能，运行速度更快、性能更好。升级改造采用两套S7-1500系列PLC（PLC1、PLC2），PLC1实现提升机工艺控制和对系统独立的监视；实现提升行程、速度测量和控制以及与之相关的监视保护；PLC2实现部分提升机工艺控制和对系统独立的监视。

3.3 控制功能软件化升级

鉴于PLC的功能日益强大，可靠性的不断提高，将提升系统的工艺控制和监视保护功能由软件实现，外围的继电器、电子线路板只作为执行元件或应急控制信号通道，不再承担逻辑控制功能和监视保护功能。

软件化的显著特点是大大减少继电器、接触器、电子线路板的使用数量，减少系统构成环节，系统构成简洁明了，从而增强系统的可靠性，降低使用维护量。

3.4 系统智能化控制升级

在系统网络化的基础上，可以更完整的采集直流传动、液压、配电等各部分的运行参数以及工作和故障信息，采用新型工控机和西门子公司新版Wincc监控软件构成上位机监控系统对原系统进行升级改造，并利用PLC的强大功能实现对提升系统最优化运行的智能控制。

采用行程、速度、转矩、制动力控制相结合的基于提升运行性能最优的多闭环智能控制，使箕斗严格按照设定曲线高速稳定运行，以保证提升机安全、高效运行。

行程闭环控制：行程偏差修正控制，通过轴编码器反馈回来的实际位置信号，动态修正速度给定曲线，实现实际位置精确跟随设定位置，确保停车位置准确。

速度闭环控制：多参数自适应调节控制，速度跟随，闭环无级调速，S型曲线控制，可以实现提升机的平滑加减速，减少对钢丝绳和机械设备的冲击和磨损。

转矩闭环控制：具有力矩预控的多参数自适应调节控制，保证了提升机启动时不会下坠，启动平滑；加快速度响应，减小跟随滞后，减小或消除速度超调；实现速度快速响应、减小超调、启停平稳、提高安全性。

制动力协调控制：在提升运行启动和停车过程中，根据启停加减速的要求，合理分配电机力矩和制动力矩，通过控制制动油压，对分配的制动力矩进行闭环控制，达到电机力矩和制动力矩协调控制要求，确保启停的平稳性，以及停车的准确性。

4. 改造中遇到的问题及解决方案

（1）电控与ABB液压站联合调试，ABB液压站报油泵启动故障、无零闸压、油位低等多种故障，监控页面减速继电器动作等情况。

解决方案：经检查为液压站供泵电机的380V主回路相序不对，油泵电机反转，倒相序后正常。

（2）ABB液压站操控柜压力表无指示，主控操作台2个压力表无指示。液压站控制柜内PLC的AO.5模拟量输出模块W黄色警告灯亮。

解决方案：液压站操控柜压力表应与操作台2个压力表串联，4-20mA，接线接错，未构成回路，因此压力表无显示，PLC模拟量输出模块警告，改线路后正常。

（3）提升机试空转运转时，ABB液压站报速度偏差故障、超速故障。

解决方案：连接ABB控制柜PLC，监视速度偏差报警程序段，报警值设定为1.2m/s，绞车9.8m/s全速运行时，实际偏差值可达1.8m/s左右。判断为电控系统与ABB闸控系统测速设置方面有偏差，临时将报警值设置为3m/s，临时将速度降速调整为9.6m/s，以便系统联调运行。

后经进一步监视检查，查出根本原因为主控PLC模拟量AO模块给出的电压与速度对应值设定与ABB液压站设定值不一致。比如主控设定值为10V对应10m/s，而ABB液压站10V对应12m/s。将主控和闸控设定值都改为1V对应1.2m/s，速度值匹配，故障解决。

（4）进行过负荷保护功能试验时，将主控及ABB液压站都打至“手动”状态，开动绞车，憋闸，使电流大于设定值。在试验过程中发现ABB液压站无法憋闸过电流。

解决方案：检查闸控把手0-10V直流电压正常，检查主控自动模式继电器K69接线正确，连接ABB闸控系统PLC，监视系统程序等方式，未排查出问题。将主控系统打至“检修”状态，正常开车，由于检修状态最高速度为2m/s，速度主令把手稍微给定一点，绞车运行速度较慢，可以实现绞车憋闸。经咨询ABB工程技术人员，液压站只有在速度低于0.5m/s的状态下才可以实现手动控制油压进行憋闸。在主控系统打至“全速”“半速”“检修”各工况下，控制绞车速度低于0.5m/s速度运行，都可以实现手动憋闸。验证了这一结论，此问题解决。

5.结论

1#主井提升机电控系统改造施工2018年12月进行施工，整体安全顺利完成，系统已运行一年多，系统稳定可靠。系统投入运行以后，不仅解决了旧系统老化严重、配件购置困难、维护量大灯问题，还大大提高了提煤效率，设备集成功能增强，可操作性强，通过引进西门子、ABB公司的先进设备和技术，结合国内和本单位多年来积累的提升机电控改造成功经验，实现了整个系统的全面升级改造。其核心技术达到了国内先进水平，处于行业领先地位，具有很高的创新性和实用性。

参考文献：

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[2]鲍长福.于庆春，数字化电控在矿山提升系统改造中的应用[J]，煤炭科技，2007，（8）：34-35

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