副井提升系统技术改造

副井提升系统技术改造（精选5篇）

副井提升系统技术改造 篇1

0 引言

安全回路是矿井提升系统的生命线, 其是否完善、灵敏、可靠, 对于提升系统的正常运行, 尤其是乘罐人员的生命安全起着至关重要的作用。鉴于提升人员系统事故会对矿井造成颠覆性影响, 淮南矿业 (集团) 有限责任公司制定了《关于进一步加强提升人员系统管理的规定》, 其中第11条明确要求:各种安全保护必须齐全可靠。

笔者以现场为基础, 通过对主控Allen-BradleyPLC编程软件RSLogix5000[1-2]、传动控制系统INGESYS IC3编程软件Codesys以及上位机监控软件RSView32[3]的深入分析, 对副井提升系统安全回路硬件进行了优化整改, 并成功将安全回路引入上位机。通过友好的人机界面迅速定位安全回路各节点的实时状态, 直观而鲜明, 同时完善了主控、传动及闸控与上位机的通信, 增加并调整了故障代码及故障显示, 方便检修人员及时掌握提升系统状况。检修人员通过比照现场与上位机界面, 可方便地实现软硬件互查, 在很大程度上提高了检修质量, 缩短了故障排查时间。

1 安全回路硬件改造

副井提升系统安全回路采用硬件继电安全回路与主控PLC软件安全回路并行的双线制冗余结构。基本的继电安全回路串联了提升系统最重要的几个保护:下井口紧停、上井口紧停、车房紧停、高压开关合、变压器过温、电动机过温、闸系统紧停、传动系统正常、PLC安全回路、简易运行、启/停正常 (松闸/紧闸) 、快开、过卷、复位、过卷复位、安全回路总继电器。

针对现有安全回路的不足进行了优化整改, 改进了过卷保护试验方式, 将闸系统紧停信号引入主控PLC数字量输入 (Digital Input, DI) 模块。

1.1 过卷信号调整

设计副井提升系统时, 在井口过卷开关下方增加了1个停车点井筒开关, 作为下层罐笼的自动停车点, 称之为“停车点2”。从实际提升效果来看, “停车点2”的存在等于又增加了一道罐笼位置保护, 但对过卷试验的进行却带来很大不便。在“提物”模式下, 罐笼到达“停车点2”位置时会自动停车, 此后即使发慢点信号进行调罐, 也无法继续上提或下放。

以前, 过卷试验通常采取以下2种方法:

(1) 软件屏蔽“停车点2”, 即在传动Codesys和主控RSLogix5000中同时进行屏蔽, 使“提物”模式下罐笼位置可以到达硬件过卷点。但该方法技术要求高, 操作繁琐, 不易被现场人员所掌握, 而且极易由于误操作造成程序错误下载, 甚至引发提升事故;在程序修改后下载到CPU的过程中, 提升系统不能进行任何操作。

(2) 硬件屏蔽“停车点2”, 即在车房电控室的继电柜里, 将“停车点2”继电器的+110V电源线从端子排断开, 使继电器不动作。但过于频繁地松、紧端子, 显然也是不可取的。

笔者利用司机操作台上的2个备用切换开关分别控制罐笼1及罐笼2的“停车点2”继电器, 当切换开关选择“工作”模式时, “停车点2”继电器正常投入;切换至“试验”模式时, “停车点2”继电器被断开, 此时可在“提物”模式下试验过卷。该方法十分简单、快捷, 极大方便了每班过卷试验的进行。

1.2 闸系统紧停信号引入

闸系统紧停信号由ABB闸控柜的X50.X2-121、X50.X2-124端子直接串入安全回路, 与继电柜X4-9、X4-10端子相连。当出现闸系统紧停故障如闸偏摆、闸间隙故障、油温跳闸故障、紧停按钮动作等导致闸控安全回路断开时, ABB闸控柜会发出紧停信号, X50.X2-121、X50.X2-124输出低电平, 从而断开安全回路。

由于副井ABB闸控只与操作台西门子触摸屏通信, 当闸控安全回路断开时, 上位机仅显示“紧急停车”, 报警记录里也没有任何与闸控相关的信息, 这对于排查故障很不利, 故将闸系统紧停信号引入安全回路显得十分必要。具体实现方法:取闸控安全回路继电器+B101.83的常开触点, 将信号引入主控PLC的备用DI点Local:5:I.Data.28, 在RSLogix5000中对该点进行定义 (图1) , 同时将闸系统紧停信号并入PLC安全回路。最后与上位机RSView32通信, 在PLC安全回路与本次优化改造的安全回路界面 (图2) 中实现人机对话, 同步增加了闸系统紧停的报警信息。

2 安全回路的上位机组态实现

RSView32是一款高度集成、基于组件并用于监视和控制自动化设备的人机界面监控软件。笔者创新性地将安全回路各节点状态信号引入RSView32, 经过多次调试, 成功将安全回路图形化, 并与原上位机组态风格统一, 完美嵌入, 达到友好的人机交互。将“安全回路”功能按钮嵌入至主监控画面中, 如图3所示, 点击按钮即可进入安全回路界面。

在安全回路界面中特别设计了“PLC安全回路”按钮, 点击可直接进入“紧急停车”界面, 极大方便了故障排查。

按下操作台“闸系统紧停”按钮模拟闸系统紧停故障, 当出现“闸系统紧停”故障时, 闸控安全回路断开、IC3_OK (传动系统正常) 信号输出为低电平、安全回路总继电器失电, 其常开辅助触点K1M断开, 从而提升系统安全回路断开, 同时PLC安全回路同步作用断开, 在显示界面中都以醒目的红色状态警示。

此次安全回路优化改造将一些重要的传动系统信号, 如IC3_OK、简易运行、松闸/紧闸、行程偏差大等利用INGESYS IC3编程软件Codesys传入主控PLC, 然后利用RS485接口与上位机实现通信。其中, IC3_OK对应传动控制系统INGESYS IC3数字量输出模块IC3331的输出信号C30_SysOK;简易运行对应IC3331的输出信号SimRunO;启/停正常 (松闸/紧闸) 对应IC3331 的输出信号OpenBrake;行程偏差大对应传动程序中的DepthBias_Alarm。

3 其他重要创新改造

通过日常工作中现场检修人员反映的一些问题, 针对上位机的不足进行了优化。

3.1 复位显示

在日常提升及检修过程中, 常会出现无法复位的问题, 导致故障状态位不能清零。如果不及时查明原因, 将会影响提升系统正常运行, 造成生产停滞的不良后果。

复位脉冲无法使能常见于3种原因:① 司机台速度手柄不在零位;② 复位继电器不动作;③ 复位按钮失灵。检修人员提出可不可以找到一种方法, 在按下复位按钮的同时, 能够确定系统是否产生了复位脉冲。

笔者已在上位机实现了 “复位显示”功能 (图3) , 当按下复位按钮, 如果系统产生了有效的复位脉冲, “复位显示”将变成红色, 当复位脉冲解除或没有产生复位脉冲时, “复位显示”为灰色。

3.2 行程偏差大信号引入

在检修过程中, 有时需要在井口附近来回溜车, 如对主提升钢丝绳液压自动平衡悬挂装置进行打压后的试车。此时罐笼不经过同步校正点, 这就造成传动与主控PLC的行程差绝对值越来越大, 如果超过设定阈值, 就会造成事故停车。同样, 在正常提升过程中, 由于光电编码器的计数误差, 也会导致行程差超过阈值。但当此类故障出现时, 上位机却没有任何报警显示, 这给故障查找带来盲目性, 严重影响检修效率。

针对检修人员对此类问题反映较多, 笔者将行程偏差大信号引入主控PLC, 加入到“传动故障”显示中, 在RSLogix5000 中进行了定义, 其地址为Local:3:I.Data[35].12 (图4) 。当主控PLC与传动IC3行程差的绝对值超过阈值 (目前设定为5m) 时, 上位机以红色报警显示, 报警记录里会同时出现“行程偏差大”的信息。

4 结语

通过对安全回路及上位机的优化改造, 大幅提高了检修质量, 极大方便了故障排查、软硬件互查。目前, 该优化改造已在张集煤矿中央区副井的单罐、双罐操作室投入使用, 强化了提升系统的安全保障, 取得了很好的效果。

参考文献

[1]邓李.ControlLogix系统实用手册[M].北京:机械工业出版社, 2008.

[2]Rockwell Automation.Logix5000TM控制器通用编程手册[EB/OL].[2012-05-06].http://www.docin.com/p-149208403.html.

[3]Rockwell Automation.RSView32用户指南[EB/OL].[2012-05-06].http://www.docin.com/p-51983891.html.

副井提升系统技术改造 篇2

关键词：提升系统,变频调速,全数字控制,PLC

平煤股份十三矿于2002年建成投产, 设计生产能力为180万t/a。副井井筒直径7.5 m, 主要负责全矿下井人员、物料、矸石的提升。其副井设计有2套提升系统:①用于升降人员、物料、矸石等的主提升系统;②为预防副井主提升系统故障或全矿大面积停电用于迅速撤人而设计的应急提升系统。

应急提升系统采用多绳摩擦式落地提升绞车, 滚筒直径2.5 m, 由50 kW绕线式异步电动机单机拖动;电源采用双回路供电;电控系统采用TKD电控调速控制, 在绕线式异步电动机的转子回路接入金属电阻, 用接触器逐级切除电阻的方法进行调速;依靠磁力接触器改变进线电源相序来实现换向。这从理论上讲属于异步电机转差功率耗能型调速, 存在控制方式落后、设备老化、效率低、调速性能差等问题;信号系统采用毫无逻辑控制的单点信号控制系统。这些都给矿井安全生产带来了隐患, 因此, 急需对应急提升系统进行改造。

1 改造方案

近年来, 十三矿副井应急提升绞车本体的机械结构部分没有太大改型, 在使用过程中, 绞车滚筒、盘形闸、减速机、制动液压站、润滑站和天轮保养都比较到位, 绞车滚筒和天轮摩擦衬块也是采用国产高性能产品, 所以性能良好[1]。在充分分析研究后, 认为绞车本体、减速机、制动液压站和润滑泵站仍能满足改造后提升系统的生产需要, 而影响应急提升系统安全运行的关键因素在于电控系统和信号系统, 必须对电源配电柜、电控调速系统、主拖动电机和信号系统进行改造, 改造方案如图1所示。

(1) 改造电源配电柜, 实现双回路切换、过电压、短路、过载等保护功能, 另外, 增加变压器以满足电控系统各个控制环节电压等级需求。

(2) 将主拖动电机更换为YVF315M-8M变频调速三相异步电动机, 以确保电机绝缘、标称功率、电磁设计和冷却等方面均能满足新系统的需求。

(3) 信号系统采用PLC进行控制, 各种输入输出信号及逻辑功能均由PLC接收和控制, 以PLC信号系统取代老式无任何逻辑控制的单点信号系统。改造后的信号系统具有各种逻辑控制、提升方式转换和显示、上下井口点数显示、信号柜之间直接通信等功能;另外, 信号系统还参与提升机电控系统的提升方式控制, 使提升机按照相应的提升方式速度曲线运行。

(4) 电控系统是系统改造核心, 采用全数字变频调速控制, 使用“交—直—交”变频器, 利用矢量控制算法进行变频控制。并运用多PLC技术、MPI网络技术、上位机监控技术等先进手段和方法, 实现提升过程的自动控制, 提高系统的效率及安全性, 确保系统高效节能运行。

2 改造内容

2.1 主拖动电机

主拖动电机改为YVF315M-8M变频调速三相异步电动机, 电压380 V, 标称功率75 kW。

2.2 电源配电柜

为保证提升系统的可靠性, 新系统依然设计成双回路 (地面中央变所供电的1回路和柴油发电机供电的2回路) 供电, 低压配电柜内设计有三刀双掷隔离开关, 可以对2个回路进行切换:正常提升时使用1回路供电;当全矿大面积停电需要紧急提升时使用2回路供电。低压配电柜按照要求分别给PLC柜、操作台、变频器柜和各辅助设备供电。为保证控制系统供电的安全性和稳定性, 低压配电柜还增加了电压浪涌保护器, 以实现电源过电压保护。

2.3 电控系统

电控系统采用全数字调速控制, 设计S7-300型PLC (保护PLC、行程PLC、操作台PLC) 3台以完成行程计算、安全保护和各种状态显示。采用西门子“交—直—交”全数字矢量控制变频器对主电机进行变频调速控制。滚筒主轴、主天轮轴和主拖动电机轴上各装1台光电编码器, 采集滚筒、天轮和主电机的行程信息。PLC接收这些信息进行行程计算和保护控制, 变频器和主电机轴上的编码器形成速度闭环矢量控制。主回路原理如图2所示。

(1) 主回路采用“交—直—交”电压型变频器, 变频器主要由进线柜、整流柜和逆变柜组成。变频器的进线柜设计有电网净化滤波器、电抗器和各种过流、短路等保护功能, 以确保变频器安全可靠运行。

(2) 保护部分采用1台PLC执行操作程序, 并实现各种故障保护及闭锁功能。PLC将来自系统各部分的保护信号进行处理, 分为立即施闸、井口施闸、电气制动和报警4类送至上位机显示故障类型, 并控制声光报警系统报警并施闸。控制系统有2套安全回路, 一套由PLC构成, 另一套为继电器直动回路。

(3) 行程监控部分由1台PLC、2个轴编码器 (一个装在滚筒上, 另一个装在天轮上) 和井筒开关构成, 轴编码器将提升容器的在线行程转换成脉冲信号送入PLC, 经PLC软件计算处理后生成提升容器在井筒中的位置和速度参数, 送到上位机显示。

(4) 操作台由左操作台、右操作台和指示台3部分构成。左操作台上有制动手柄、变频器启停控制按钮、安全复位按钮、急停按钮、试验按钮等;右操作台上有主令操作手柄、工作方式选择开关等;操作台PLC系统接收各种重要信息, 并将这些信息送至数字式深度指示器、各种状态指示灯和仪表进行状态指示和参数显示。

(5) 上位机与主控单元的PLC通信可将提升机的运行曲线、故障报警和各种运行参数进行显示和存盘记录, 为检修人员对故障判断和分析处理提供依据[2]。

2.4 信号系统

信号系统由3台信号控制柜、通信电缆、矿用隔爆指示灯、接近开关等组成。改造后的信号系统如图3所示。

由各信号控制箱内部的PLC负责上下井口信息的采集、控制和通信。信号控制柜显示面板在相应位置显示提升点数和安全门开关状态等, 使信号工一目了然。上井口信号控制箱上的转换开关可实现提人、检修和验绳等提升方式的循环切换;绞车房信号控制箱对应的继电器输出信号对提升电控系统进行控制, 使提升机按照相应的提升方式速度曲线运行。

3台信号控制箱分别放置在上、下井口信号房和绞车房, 信号控制箱之间有通信电缆连接, 负责提升方式和点数的通信传送。它们之间配备直通电话, 使上下井口和车房之间联系更加方便。

3 改造效果分析

平煤股份十三矿副井应急提升系统改造后, 采用全数字矢量变频调速控制, 实现了四象限运行、带能量回馈, 且动态响应快, 控制智能, 易维护, 使系统性能大大提高[3]。系统投入使用半年来, 运行可靠, 对矿井安全生产和节能意义重大。

(1) 提升系统改造前, 采用TKD电控调速控制, 存在很多弊端:①属于有级调速, 启动时各启动级上电流冲击逐级增大, 过大的启动电流对机械设备造成过大动态应力, 从而缩短机械设备寿命[4], 且对电网有一定的冲击;②TKD控制系统调速时电阻发热量大, 能耗大, 效率低;③系统多为分立元器件, 继电器和接触器动作频繁, 故障率高, 维护量特别大。系统改造后, 电控系统采用全数字变频调速控制系统, 属于无级调速, 控制可靠、方便智能;调速时变频控制, 不浪费电能, 在减速时还能回馈一部分电能;可实现软启动, 启动电流小, 对系统及电网无冲击。

(2) 系统改造后, 信号系统采用PLC对各种信号进行逻辑运算, 并参与电控系统提升方式的控制, 避免了由于误操作造成的各种事故, 提高了系统的安全可靠性。

参考文献

[1]王永伟, 林占川.平煤十矿主井提升系统改造[J].中州煤炭, 2011 (7) :64-66.

[2]原慧军, 张燕军.变频调速在矿井提升机控制系统中的应用[J].机械工程与自动化, 2011 (3) :191-192.

[3]李忠华.浅谈高压变频技术在矿井提升机控制中的应用[J].山东煤炭科技, 2011 (2) :50-51.

副井提升机变频改造设计研究 篇3

关键词：提升机,变频改造,设计

当前矿山交流提升系统一般选择“异步电机+转子串电阻加速+高压接触器换向+动力制动、减速+PLC逻辑操作”的控制模式。该模式不利于节能降耗,无法保证运作效率;且调速质量低,安全系数不高;控制模式有待创新、技术水平不先进。而针对副井提升机进行的变频改造,省去诸多繁琐流程,达到节能调速目的,提升系统安全性。

1 分析提升机技术参数

以某矿井为例,取单绳缠绕类副井提升机,型号为2JK-2.5×1.2;卷筒直径为2500mm;减速器速比值为1:30。其中,钢丝绳最大静拉力值90k N、直径为28mm、静拉力差值为55k N。提升斜长≤600m;提升速率为3.15m/s。

2 副井提升机变频改造设计规范

现阶段,国内矿山生产过程中副井提升机的变频改造设计,需要遵循以下七方面设计法则,即《煤矿安全规程》、《煤矿地面单绳缠绕式提升系统设计规格》、《矿山电力设计规范》、《交流传动矿井提升机电控设备技术条件》等。

3 系统构建

3.1 变频调速柜

变频调速,主要基于电源转变频率与电压两大参数项。变频器可以借助开闭环、编码器、矢量、总线和频率与力矩这些因素,进而生成多类控制模式。该系统所选择的变频调速柜,参考规范传动和变频器,取ACS80-04-0610-7-200KW-380V四象限能量回馈,特征如下:

第一,此变频器选择直接类转矩控制(即DTC)的现代化电机控制方案,借助逆变设备的通断功能,调整电机变量参数,及转矩与磁通。变频器在辨识电机运作的过程中,可迅速构建精准度高的电机模型,电机电流值与直流回路电压值的检查频率为2.5μs/次,保证电机转矩与磁通数值的精准度。而比较器的功能在于精确对比电机转矩与磁通及控制器运算而形成的规范参数值,可实时明确逆变器的运作模式,保证副井提升机的高效运作。

第二,DTC和一般PWM磁通矢量传动的差异体现在:DTC的开关运作均取决于独立的电机转矩与磁通。

第三,现代化的IGBT功率模块。该模块的开关频率较高。而本文所阐述的副井提升机变频率主要为IGBT回馈,其特征包括不需要能量对电路进行吸收;功率模块与触发电路一体化;器件数量降低可保证安全性。

第四,电动机零速满转矩。如ACS800变频器控制电机,能够保证电机无测速仪器的状态下实现可以零速启动,迅速输出满转矩,改善了副井提升机运作过程中的下滑隐患。

第五,安全精确的能源回馈技术。在电动机减速制动过程中,可利用逆变器运作时的再生功率来加大变频调控器下的直流母线电压。通过变频器内部的芯片可作出相关指令内容,保证能源回馈系统的安全运行;使得电动机在减速制动过程中、放置重物过程中所形成的再生能源回馈至电网,保证副井提升机可于任一负载状态中变频调速。

第六,现代化机械制动应用技术。一旦变频器处于无力矩输出状态便开启抱闸,容易形成风险。ACS800变频器采取电流互感器对输出电流进行监测,通过向量分解来明确电机定子磁场方位,核算CPU、IGBT调制电压和频率参数。此外,借助通讯网络把电流和转矩数值输至PLC柜,整体评估力矩值能否调控够液压并开启抱闸,保证周期的有效性;运作过程中可克服重物形成的摩擦与向上阻力。

3.2 控制方面

第一,PLC控制柜。构建内容有两套西门子公司S7-300系列PLC、接触设备、开关电源和继电设备。特征体现在:实现副井提升机全面控制性能;多路开关电源,方便操作台、继电设备和信号、现场仪表的操作;通讯组网;液晶屏。

第二,PLC需要整合、归纳每一输入、输出量的信息数据、控制程序以及反馈信息。本文所阐述的系统选择了两套西门子公司S7-300系列,以作备用,有利于实现PLC的安全运作。将通讯网络建立到变频器和PLC、人机界面内,可实时显示变频器的关键参数,加强系统运行效率。

4 系统基本功能

1)安全回路冗余。本系统选择双PLC加硬安全回路继电装置,达到“双线制”冗余调整与全方位的风险预控机能。2)强化速率、行程检测性能。系统可满足速率与行程检测的全方位要求,精确值>0.05m,主要通过人机交互界面、数字式、模拟图形等来显示;一旦电流高出额定值的115%,则可以自行报警。3)自主降速性能。系统可自性传递降速控制信号,且设置声光信号,保证可在运作过程中自行降速。4)故障状态记忆。制动停车过程中,可寻思记忆于人机界面内,并精确反映故障阶段容器方位和风险种类。5)断电记忆。系统在断电阶段,可高效保存参数信息、副井提升机方位、状态等;供电正常后,自行恢复所保存的信息数据。6)开车模式多元化。绞车运作状态包括自动和手动、检修模式。a.自动模式:闸和速度的给定为自动化,符合于安全回路下打点信号与路径记忆,按下自动开车按钮之后,绞车会遵循已经设置完毕的速度来高效操作。b.手动、检修模式:闸和绞车速度、路径的给定操控取决于制动及主令手把。c.选择先进控制技术来控制闭环速度,能够遵循给定参数在负力减速、负载环境下安全运作,保证交流拖动系统可在负力背景下满足直流拖动系统调速要求。副井提升机变频改造的创新设计,可完善交流绕线式电机转子串电阻调速对系统的调控,优化速率调节,达到节能降耗的目的。

5 总结

副立井提升机变频改造设计,有利于优化系统功能,控制系统实现柔性化,通过副井提升机的变频改造设计,免去了电控系统结构的诸多繁琐内容,使用简便且编程工作高效,相对于以往的系统维护工作程度来说,已经降低50%左右,耗电量已减少30%,为副井提升机的安全运作提供了强有力的保障。

参考文献

[1]张永玲,陈达,禹明哲等.副井提升机变频节能技术的应用[J].科技创业家,2014,(3):116-116.

[2]王大虎,冯海贵.煤矿副井提升机变频器凝露处理技术研究[J].煤矿机械,2015,(9):97-98,99.

[3]臧朝伟,李宏慧.平煤十三矿提升机电控系统可靠性研究[J].煤炭技术,2014,33(8):172-173.

北宿煤矿二号副井电控系统改造 篇4

1改造前提升机电空系统存在的缺陷

1) 关键备件、备品的厂家已经不再生产, 造成备件缺乏;

2) 设备老化, 故障率高, 可靠性差;

3) 低频拖动系统故障频繁, 维护困难;

4) 系统安全保护环节不全面, 工作不可靠, 故障显示不直观, 分析查找故障难度大, 不易维护;

5) 调速性能差, 机械冲击大;

6) 没有良好的调节控制程序, 调速性能不理想。

这些问题的存在与现在矿井的发展极不协调, 一套全新的电控系统代替老系统是非常必要的, 因此, 在2007年春节, 北宿煤矿对二号副井提升机电控系统进行了改造。

2电控系统选型

进过比较, 我们选用了由东方公司生产的TS3A全数字自动化提升电控系统, 此系统是具有人机界面友好、操作维护方便等特点, 采用直流驱动, 使设备的先进性和可靠性有了很大提高。

1) 运行更加经济。全数字自动化提升电控系统运行效率高, 无功能耗要比TKD系统低, 每年能节约大量电能、维修量减少的同时也减少了维修费用, 比TKD系统更加经济适用;

2) 全数字自动化提升电控系统使用的硬件结构简单、可靠性高, 大大降低了故障产生的频率、减少了维修量。采用PLC可编程软件控制系统对提升机运行过程中的提升速度、提升时间、安全保护装置工作状态、提升机工作状态等进行控制。由于主要是从软件方面对提升机进行控制, 使系统运行更加平稳, 减少了对软、硬件系统的冲击;

3) 基本控制单元模块化, 控制精度高, 工作稳定性好。此控制系统将多个功能集成为不同的控制模块, 如:可调闸控制模块、速度控制模块、数字、模拟量输入、输出等模块, 替换了TKD系统中的磁放大器、电磁继电器等元件, 使整个硬件系统具有配置简单、器件性能稳定、运行安全等优点。全数字调控电控系统设有微处理器, 整个功能与调速模型由软件完成, 控制参数具有自我调节功能, 所以控制精度高;

4) 2套可编程控制器对提升过程进行数字行程控制, 确保运行安全。主控PLC选择西门子S7-400产品, 行程监控选择西门子S7-400 PLC, 两者与上位机一起构成系统的上级网络。3个编码器将脉冲信号本别送入主控S7-400 PLC和辅控S7-400 PLC中, 经S7-400 PLC处理后, 转换成容器提升位置, 形成按行程给定速度运行曲线, 当3个编码器经校正后不在同一高度时, 系统显示编码器故障, 提升机不能运行。主控S7-400 PLC安全回路、辅控S7-400 PLC安全回路和继电器直接控制的硬件安全回路组成系统总的安全回路。主控S7-400安全回路完成设备状态和系统保护等主要保护;辅控S7-400安全回路完成对系统行程的保护;继电器安全回路完成对制动系统、润滑系统的保护。主、辅控安全回路和硬件安全回路相互配合, 完全满足《煤矿安全规程》中对提升机电控系统对安全回路的要求;

5) 适用的人机界面监控系统。上位机监视程序, 采用支持Visual C的WINCC监控软件包。WINCC是强大的HMI/SCADA系统, 可以对整个运行过程进行图形监控、数据采集和管理, 实现对系统工作流程画面、装卸载系统画面、高压配电画面、低压配电画面、运行曲线画面、液压制动系统画面、驱动控制系统画面、故障报警画面, 以及报表等画面的设计开发、编程。利用WINCC监控系统, 将提升机的运行速度、加速度、减速度、电枢电流、可调闸电流、变压器运行温度、高压电实时电压等运行参数和状态动态的显示在屏幕上, 各种运行状态显示界面可以通过鼠标进行切换, 提升机司机和维修人员可以很直观的观察到整个系统的运行情况。当发生故障时, 能通过软件系统自身具有的控制程序, 自动判断故障类型, 故障类型可以在故障信息界面中显示, 同时还有语音报警, 提醒司机系统运行异常, 好立即通知维修人员进行维修。因为故障信息中有系统故障显示, 所以维修人员可以很快的排除故障, 从而缩短了故障处理时间, 有效提高了原煤提升量;

6) 故障自诊断能力强, 大大降低使用维护成本。全数字自动化提升电控系统, 所有硬件的工作状态可通过软件进行反映, 软件的运行情况也可通过硬件来监视, 这样系统所有故障都能够通过人机界面显示, 维护方便;

7) 具有很好的可扩展性。全数字自动化提升电控系统硬件采用以控制总线进行联系的模块化结构, 整个运行过程中所有硬件的运行情况监控都是通过软件来完成的, 在系统投入运行后, 随着科学技术的发展和系统要求的提高, 可以进行功能的扩展, 具有较高的运行灵活性;

8) 可与其他系统联网, 实现矿井的综合信息化管理。全数字调速电控系统采用标准的工业现场总线或工业控制网络, 可以方便的将该控制系统与矿调度信息控制网络进行连接, 把系统的运行参数、运行状态传递到控制中心, 便于实现综合信息化管理;

9) 由于全数字自动化提升电控系统硬件结构简单、可靠性高, 再加上软件控制的采用, 提升了系统自动化水平, 大大降低了故障产生的频率、减少了维修量, 从而增加了提升机总的提升时间, 提高了提升效率;又由于维修量减少, 操作由手动更新为自动控制, 也减轻了提升司机和维修人员的劳动强度。

摘要：本文介绍了北宿煤矿二号副井提升机TKD型电控系统图存在的缺陷, 详细介绍了改造后的新电控系统的应用情况。实践证明新电控系统安全可靠, 设备简洁, 故障率地, 效益明显。

关键词：提升系统电控,改造,效果,控制,界面,自诊断

参考文献

副井提升系统技术改造 篇5

紫金煤业基建井副井提升井架位于山西省晋中市榆次区乌金山镇, 该项目属于山西煤炭运销集团兼并重组整合矿井生产能力为300万吨/年。初步设计及施工图设计均由煤炭工业石家庄设计研究院完成。

副井井架承担人员、材料及矸石的提升任务, 井架由立架及斜架两部分组成, 其中立架高度34m, 斜架高度为40m, 头部设置天轮起重机。提升机型号为JKMD~3.5×4 (III) E;设计提升速度:8.247m/s;设计提升加减速度:0.70m/s;上下天轮直径3, 500mm, 重18T;提升钢丝绳:38ZBB6V×37S+SF1770 (SS) 948。单根钢丝绳破断力894KN, 总计3, 576KN;计算最大静张力570KN, 计算最大静张力差140KN。提升容器:一宽一窄两个罐笼。宽罐型号GDGK1.5/1/2, 载人:42人, 自重:14, 058kg;窄罐型号GDG1.5/1/2, 载人:32人, 自重:14, 058kg。

二、结构体系与布置

结构体系吸收了大量既有矿井提升井架优点, 并结合该工程自身特点, 通过多轮方案计算和对比, 最终采用单斜撑式全钢结构井架。即在满足提升工艺要求的前提下, 达到结构简单、受力明确、传力简捷、适应矿井服务年限及使用环境。

(一) 结构方案优化对比。

依据《矿山井架设计规范》 (GB50385-2006, 以下简称《井架规范》) , 钢井架分为单斜撑式、双斜撑式、六柱斜撑式。其中单斜撑井架用钢量小、经济性好, 占地面积小, 缺点是立架产生不平衡弯矩, 稳定性稍差。双斜撑井架稳定性较好, 但平面尺寸较大, 要求井口房两侧留有充足的施工场地。紫金煤业工业场地全坐落于山谷之间, 主平台绝对标高为1, 136m。场地狭小, 且业主要求在副井井口房附近增设联建副楼。综合以上因素考虑:本工程只能采用单斜撑式, 在满足生产工艺要求、加工安装方便的同时, 令业主满意。

(二) 结构体系。

结构竖向布置见图2, 立架是由四片钢桁架合围而成的空间结构, 高度为33.4m, 顶部设置球面铰, 便于释放因斜架受力对立架产生不平衡弯矩。立架竖向布置应考虑提升技术要求以及天轮安装检修的需要, 设置天轮平台、工作平台及更换天轮起重设备。各层平台应综合考虑天轮布置、检修操作空间及安全间隙要求, 同时, 还应设置钢梯以满足各平台之间的竖向交通。立架横梁应交圈设置, 并设置“八”字型支撑, 且以倒正间隔布置较好。立架平面布置应处理好立架与井口平面锁口、摇台设备的关系, 并保证提升容器与井架杆件之间必要的净空。同时, 应满足立架整体稳定性要求, 两个方向边长不小于立架高度的1/10, 本工程立架平面尺寸取5.8m×4.1m。立架平面布置见图3。除承担风荷载、地震作用外, 还承受提升容器摆动引起的水平荷载, 防过卷装置、防撞梁引起的事故荷载。立架主要受力杆件型号见表1。

斜架采用局部变截面的箱型柱, 天轮中心标高由工艺专业提供, 本工程上下天轮标高分别为34m、28m。下天轮梁标高以上为1.7m×0.9m;标高以下为1.7m×0.9m~1.2m×0.9m (柱脚) , 箱体内部设置纵横双向加劲肋。确定斜架两支点间跨度时应满足斜架纵向刚度要求, 保证能够有效抵御风荷载和地震作用, 斜架基础顶面中心线之间的距离一般不小于井架总高度的1/3, 本工程取13m。

三、结构计算与分析

(一) 设计参数。

依据《井架规范》, 井架设计的安全等级为二级, 结构重要性系数为1.0;基础设计等级为乙级;本工程抗震设防烈度为8度, 设计基本地震加速度为0.2g, 地震分组为第一组;抗震设防类别为重点设防类 (乙类) ;二类场地, 场地特征周期为0.45s;基本风压为0.40KN/m2 (50年重现期) ;活荷载标准值:天轮平台为5KN/m2;钢梯及休息平台为2KN/m2

(二) 斜架角度确定。

文献提出公式1计算斜架平面与水平面的夹角α, 而天轮中心线确定的斜架角度α1以公式2计算, 并建议若满足条件|α-α1|≈1.5°, 则可取α或α1作为斜腿并可作适当调整。

本工程中由式 (1) 算得α为72°14'2″, 由式 (2) 算得α1为73°44'2″, 且满足上述条件。依据《井架规范》要求, 井架斜撑平面中心线与提升钢丝绳合力中心线夹角不宜小于3度, 且钢绳合力中心线应位于斜撑中心线内侧, 故可将斜架倾角减小, 可取69°14'2″。

(三) 主要计算结果。

弹性计算分析采用V-sap有限元计算软件, 计算模型中定义了永久荷载 (包括井架自重、天轮、罐笼等设备自重) 、可变荷载 (包括风荷载、提升工作荷载、制动荷载及平台检修荷载) 和偶然荷载 (包括事故荷载及地震作用) 。限于V-sap软件仅能进行静力计算, 故本工程参考以往工程计算经验:取事故荷载为控制荷载, 进行静力特性分析。

在正常工作荷载作用下, 立架整体弯矩较小且较均匀, 但轴力 (压力) 较大, 其原因是立架承担了部分斜架自重。斜架在两个方向上的最大弯矩位置均位于牛腿以下至柱脚1/2处, 轴力小于立架, 其轴向应力值大约为立架的50%。图4 (a) 、 (b) 分别为正常工作荷载下的弯矩运云图、应力云图。在事故荷载作用下, 立架、斜架的整体弯矩分布规律与正常工作荷载情况类似, 但斜架的轴向压应力要远大于立架部分, 即在事故发生时要首先保证立架不被破坏, 图5 (a) 、 (b) 分别为事故荷载下的弯矩运云图、应力云图。

四、关键构建设计

(一) 关于防撞梁。

防撞梁是立井提升系统的最后一道防止过卷装置, 《煤矿安全规程》规定:在提升速度大于3m/s的提升系统内必须设防撞梁。防撞梁必须能够挡住过卷后上升的容器或平衡锤。相关实验研究表明:防撞梁的瞬态冲击载荷随着上升容器的冲击速度增大, 为了保证提升系统安全可靠的运行, 降低防撞梁的冲击载荷, 减少过卷事故的损坏程度, 必须有效地降低过卷时的冲击速度。因此必须设置性能可靠的缓冲装置, 以便于在提升容器撞到防撞梁以前, 尽可能降低其速度。该装置型号及规格由工艺专业确定。缓冲装置须保证一定的缓冲距离, 本工程根据工艺要求取为5.8m。

防撞梁的精确计算极为复杂, 目前对于防撞梁的计算通常简化为静力问题按受弯进行结构设计, 存在的问题是:过卷荷载取值国内外差异甚大。我国一般取提升容器满载重的4倍, 所以鉴于目前对防撞梁的研究水平, 应避开稳定问题。为此, 设计工字形截面简支梁时, 应满足《钢结构设计规范》 (GB50017-2003) 中不需要计算整体稳定性的最大l1/b1值的要求。这里l1是受压翼缘的自由长度, b1为受压翼缘宽度。事故荷载的偏心距会削弱防撞梁的承载力, 因此, 防撞梁的设置部位应根据提升容器尺寸对称布置。

(二) 关于框口梁。

井架设计时, 立架进出车两侧横梁设置须满足更换提升容器要求。例如, 本工程中工艺专业要求:进、出车两侧最低横梁标高分别为3.0m、10.9m, 即框口标高, 其中出车测在矿口标高以下可设置可拆卸梁。该可拆卸梁靠活页与立柱相连, 中间设梁栓。在更换提升容器时, 将梁栓打开即可。但根据大量以往工程经验, 该种可拆卸梁使用效果并不理想。因为提升容器的更换周期约为10年, 活页与梁栓锈蚀严重。打开梁栓仅可依靠人力, 且接近井口, 操作人员危险性大。为此, 本工程取消了框口标高以下可拆卸梁, 同时, 为保证立架局部稳定性, 在进出车两侧立柱分别加焊T300×300、T600×300型钢柱。

五、结语

实践证明:紫金煤业副井井架结构体系合理、安全、可靠。运行以来, 较好完成矿井提升任务。立架的平面与竖向布置直接影响到井架使用效果, 各层横梁间距及型号选取既要考虑工艺要求, 又要满足结构设计原则。根据本工程建立的有限元模型, 得到立井提升单斜撑式钢井架在工作荷载以及事故荷载作用下的应力分布规律, 为以后该型井架设计提供理论依据。对于防撞梁的设计应避开稳定问题以及消除事故荷载偏心距。为满足更换提升容器要求, 建议取消框口标高以下可拆卸梁, 同时将立柱补强。

参考文献

[1]姜智岭, 荣峰.矿山竖井钢井架设计[J].铀矿冶, 2010, 29 (3) :124~129

[2]王三义, 白永清.多绳提升钢井架设计的思路和方法[J].煤炭工程, 2005, 19 (6) :63~66

[3]朱真才, 张德坤, 赵继云.防撞梁受冲击荷载的实验研究[J].哈尔滨工业大学报, 2003, 35 (10) :1202~1204

[4]张家康, 黄文萃, 赵宏训.井塔防撞梁设计问题[J].特种结构, 1997, 14 (3) :5~9

[5]林儆, 张伯林.钢井架设计技术探讨[J].煤炭工程, 2007, 4:22~24

[6]江述声.生产凿井两用落地多绳提升井架设计[J].煤炭工程, 2001, 18 (1) :31~35

[7]BG50017-2003钢结构设计规范[S].北京:中国计划出版社, 2003

[8]BG50385-2003矿山井架设计规范[S].北京:中国计划出版社, 2006