同步共点多通道智能闸控系统的实践应用

赵 忻

（山西潞安集团和顺一缘煤业有限责任公司， 山西 和顺 032700）

引言

矿井提升机是资源与能源矿山开采的咽喉设备，而提升机电液制动系统是矿山运行安全和运行效率的关键部件。中信重工机械公司与潞安集团在对国内外矿井提升设备制动系统应用现状进行分析总结的基础上，结合未来矿井提升设备大型化、高效率、超井深及重载的发展趋势，利用数字化技术，开发出功能完备、保护全面、适用广泛、性能优异的多通道恒减速闸控系统。并进行了大量的工业试验，积累了珍贵的基础数据，同时在潞安集团一缘煤业已经建成投入生产运行。

1 同步共点多通道智能闸控系统的分析

1.1 基本说明

矿井提升机是矿山开采中运输人员和物料的咽喉设备，而矿井提升机制动系统的作用除了保证提升机正常运转停车外，更重要的是在提升机控制系统出现失控的情况下，可将提升机安全停车，避免事故发生。随着千万吨级矿山和千米深井矿山的不断出现，使得这些提升系统成为大质量模数系统，普通的恒力矩二级制动系统和恒减速备二级制动模式的制动系统较难通过防滑验算，在极端情况下存在安全隐患，已经不能满足这些特大型矿井提升机的需要。针对这一状况，设计开发了共点同步多通道恒减速电液制动系统，当其中一路恒减速制动方式失效时仍然实行恒减速制动模式，并且达到原来的制动效果[1]。

本矿井提升智能多通道恒减速控制系统主要用于对制动性能和制动安全性要求较高的矿井提升机，特别适用于大型、特大型多绳摩擦主井提升设备的电液制动系统。智能多通道恒减速电液制动系统在任何工况下实施紧急安全制动时，比例方向阀的操作由连接到提升机的速度控制系统来控制，由此保证提升机实际减速度能够与给定减速度曲线保持一致。多个通道的恒减速制动功能均起作用，如果某一通道的恒减速制动功能失灵，则切断有问题的通道，其他通道则通过电液闭环控制系统的自动控制作用，保证制动功能准确，以及减速度恒定不变，达到恒减速制动的目的。

1.2 系统组成、主要功能及其原理

该闸控系统由两台多通道恒减速液压站、一套三联闸控柜、一组制动器装置及闸检测等附件组成。主要功能如下：

1）工作制动。为盘形制动器提供可以调节的压力油，使提升机获得不同的制动力矩；使矿井提升机正常地运转、调速、停车。

2）井中多通道恒减速安全制动。在井中发生各种事故状态下，自动调节盘形制动器的油压，使提升机按设定减速度制动，停车后盘形制动器迅速施加全部制动力，使提升系统处于全制动状态。

3）系统自诊断功能在开始工作前可对制动控制系统进行自诊断检查，确保安全制动控制系统处于良好的工作状态。

4）故障监控功能。随时对安全制动系统的状态进行监视，包括对各个通道的恒减速制动功能监视，并对故障点进行显示，以便查找和排除故障[2-3]。

2 系统的关键技术及创新

1）开发出一种应用数字比例方向阀的恒减速控制单元二通过数字比例控制技术高速响应提升系统运行速度的控制要求，精确调节制动力，保证大质量提升系统按设定减速度平稳安全制动停车。

2）开发出应用数字比例溢流阀的压力调节控制单元。应用数字比例溢流阀有效调节系统压力，进行制动闸开闸和合闸的斜坡、增益和始动特性曲线凋节，提高系统动态特性。

3）开发出多通道同步共点恒减速控制模式。独特的多通道同步共点既保证了正常工作模式下系统各执行单元动作的一致性，又保证了在极端故障状态下系统冗余保护的可靠性。该技术可彻底解决大型主井提升机对于防滑验算较难通过的问题。

主井箕斗提升一般都是双容器提升，箕斗本体相对载荷较轻，所以防滑校验较难通过，对此我们首先应采用合适的制动方式，选用摩擦系数较高的摩擦衬垫以及采用增加围抱角等措施。原先国内外的单通道恒减速电液制动系统由于都具有备用二级制动功能，而二级制动往往很难通过防滑验算，本项目采用了恒减速制动热备的制动方式，即多通道恒减速制动方式，在某一条恒减速制动通道发生故障的情况下，可以利用其他通道的恒减速制动功能来实现提升机的安全可靠停车。由于采用多通道恒减速制动的控制技术，对于主井双箕斗提升采用合适的制动方式即本项目的恒减速热备方式，就比较容易通过防滑计算，不需要再给箕斗增加配重，减少了提升加速时的能耗，防止了钢丝绳和提升机的规格扩大，从而大幅度减少了设备投资[4]。

4）开发了一种数字溢流阀级联互保模式压力控制回路（图1所示），新设计的双溢流阀逻辑关系确保系统压力在任意一个溢流阀故障和两个阀同时工作时特性一致、压力相同，避免意外失压造成的安全事故。

图1 数字溢流阀级联互保模式压力控制回路

5）开发出双PLC主从监控互为切换的控制单元。

6）系统开发了故障自诊断与隔离技术。系统集成传感监测技术，具备关键部位的故障自诊断与隔离技术，在系统检测到某一元件出现故障后对该同路进行隔离并给出警示信号。第一，制动系统提供多通道恒减速制动通道，每条电气、液压通道都有独立的元器件，每条减速制动回路都有检测，保证在任何一条通道出现故障时其他通道可以100%修复通道的功能。第二，通过系统中的检测组件，对液压系统、电气控制系统、制动器装置及提升系统的运状态进行全方位的检测，保证系统的工作状态完全在控制范围内。第三，采用PLC对整个安全制动控制过程进行了智能控制，能够主动地通过对各种相关信进行检测、分析、推理并采取有效应对措施，解决了相关环节人为控制产生的故障与误差，确保制动系统能够可靠制动[5]。

7）开发双工作点恒减速电液制动技术，解决大质量上提和下放工况的可靠制动。随着提升系统向高速、大载荷发展，单一的恒减速工作点已经不能满足提升机运转的所有工况。在提升系统质量模数较大的情况下，根据不同工况，通过对制动系统恒减速工作点的计算和校核，将恒减速制动工作点设定2个参数，实现恒值闭环恒减速的安全制动效果，电气控制简化框图如图2所示。

图2 电气控制简化框图

3 结论

1）开发出一种应用数字比例方向阀的恒减速控制单元，可控制运行速度。

2）开发出应用数字比例溢流阀的压力调节控制单元，可有效调节系统压力。

3）开发出多通道同步共点恒减速控制模式，以及数字溢流阀级联互保模式压力控制回路和双PLC主从监控互为切换的控制单元的应用，可有效地加强同步共点多通道智能闸控系统的功能。

4）故障自诊断与隔离技术的应用可有效地降低系统的故障率。