矿井提升机电控系统集控改造及优化

中国五矿集团五矿邯邢矿业有限公司 河北邯郸 056300

提 升机是矿井安全设备之一，其运行性能不仅直接影响到矿山的生产效率，而且影响到矿山的安全生产。

主井提升系统承担着矿石等的运输工作，其安全和高效运行至关重要，但是目前国内大部分提升控制系统的自动化程度不高，人员较多，人为参与控制较多，对提升机运行的经济性、安全性和稳定性影响较大。

五矿邯邢矿业有限公司北洺河铁矿主井提升系统为矿石提升井，年提升能力为 180 万 t。每年工作达8 000 h 以上，是对内创造产值，对外展示形象的窗口。通过多年系统优化改造，年生产能力可达到 280万 t 以上。提升机的主要参数如表 1 所列。

表1 提升机的主要参数

提升机采用德国西门子 S7-400 和 S7-300 可编程控制器冗余控制，使用软件和硬件多线制安全回路。

电气传动系统采用电枢 12 脉动反并联，磁场恒定的传动方案。西门子 6RA70 系列直流调速装置为电枢和磁场的调节中心，调节电枢和磁场。

上位计算机配备的 STEP7、WinCC 软件实现对S7 的编程、调试，以及对系统的监控等功能。

随着科技水平的不断提高，西门子 6RA80 型直流传动装置逐步替代 6RA70 型直流传动装置。随着“机械化换人，自动化减人”的不断推进，降低工作人员劳动强度，控制各环节，降低耗能，提高生产效率，提高高效安全的运行管理迫在眉睫。近日实现了提升机传动系统从 6RA70 型直流传动装置升级为6RA80 型直流传动装置，并完成了提升机的“无人值守”改造。

1 改造设计方案

传动系统采用西门子 6RA80 型直流传动装置12 脉动反并联的设计方式。主控系统采用双 PLC 控制，分别负责提升机工艺控制及软件安全保护，两套PLC 系统通过网络通信进行数据交换，确保提升机安全运行[1]。

PLC 系统采用西门子 S7-31X-2DP 系列产品，该产品具有数字量、模拟量、高速计数等数据采集及处理功能，具有 MPI、PROFIBUS-DP、以太网等多种网络通信功能，系统扩展能力强。

采用以 PLC 自动控制技术和上位机监控软件WINCC 为核心的矿井提升机监控系统，以 STEP7 为下位机 PLC 软件设计平台，具有界面监视、数据存储查询、故障数据分析和产量统计等功能。

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系统不断完善，最大限度地减少了中间继电器、时间继电器、按钮和信号灯的使用，控制电路简洁，维护方便。

增设温度检测系统和烟雾检测报警系统，对包括闸盘温度、轴承温度、主电动机温度和液压站温度等进行统一检测。烟雾检测报警系统主要对检测控制柜及卷扬操作室进行监测监控，并传入主控系统进行统一控制。

新系统采用了先进、可靠、成熟的网络化分布式技术，大大减少了系统接线，提高了系统可靠性，减少了故障率，更易于操作，可大量节省人员配置，实现机房无人值守[2]。

系统采用位置、速度以及转矩三闭环自适应控制功能，其动、静态性能指标满足提升机四象限运行要求，能够按照预定的速度图实现启动、加速、等速、减速、低速爬行、停车等，且具有平稳过渡的 S 曲线防冲击功能，满足提升所需过载能力和安全系数，提高提升效率，降低运行费用，大大减少故障时间，提高经济效益。

系统增加了远程诊断，采用基于互联网的 VPN虚拟专用网络通信保证网络通信安全，通过 PLC 以太网模板、交换机及 VPN 路由器等硬件及专用软件系统，可通过远程诊断系统对现场运行的提升机系统进行在线监视和故障诊断，帮助现场工程师快速处理问题，减少故障处理时间，提高工作效率[3]。

2 系统优化方案设计

主井供电电压正常为 6 200 V 左右，但变电所供电范围存在较大的波动，且不平稳，如果有大型设备频繁启动，会造成电压波动，对主井提升电控系统造成非常大的影响。电压波动范围没有规律，需要长时间记录找到规律来调节设备，使设备适应电压波动。

当全矿用电负荷较高时，主井供电电压会降到6 000 V，用电负荷较低时，会升至 6 400 V，较大供电范围对提升机运行的影响是非常大的。尤其在箕斗重载启动阶段，提升机主机供电电压会降到 742 V，和正常提升机主机电压 830 V 差 100 V 左右，对提升机及其相关设备产生非常大的影响。

为了保证提升机安全稳定的运行，主控系统对提升机设置了许多保护，比如主电动机超温、过电压保护、过电流保护和欠压保护等。当主电动机电流和电压超过或者低于设定值时，保护措施启动，提升机停止运行，对提升机起到应有的保护作用。

当主井供电电压较低时，提供给提升机主电动机的电压最低为 742 V，当主井提升机重载启动时，压降非常大，电压值超过了直流传动装置设定的最低允许电压，直流传动装置报 F60006 欠电压故障，造成提升机重载急停，对提升机和钢丝绳都造成非常大的影响[4]。

通过仔细观察和记录主井高压进线侧电压的变化，尤其是大型设备启动对电压的影响，统计电压值，总结规律，通过两个办法实现电控系统的平稳运行。

(1)如果长时间供电电压偏低，调高主井供电电压；

(2)调整西门子 6RA80 型直流传动装置系统参数，使其符合主井供电电压的波动特点。

观察主井提升机运行时启动、加速、匀速和减速段电压的变化情况，观察不同时间段主井电压变化情况，分析规律，确定传动装置参数修改范围，根据参数修改范围确定供电电压报警值及报警值设置公式。最终确定 P078、P086、P351 和 P352 修改值。

新主井提升电控系统在减速停车时，闸盘抱闸声响较大，首先检查液压站油路及油质，发现并无异常，然后对闸电流进行分析，采用增加闸盘预贴值的方法减小抱闸运行距离。

预贴值 (P087 和 P088)的设置，需要多次计算并进行试验。预贴值设置太大，会提前抱闸，对闸盘、衬块和钢丝绳等都会造成影响；预贴值设置过小，抱闸声响大且无法解除。需要反复多次试验修订预贴值设置大小，使闸盘抱闸声响较大的情况得到解决，减少迅速抱闸对闸头和闸盘的损伤。

3 结语

提升系统经过改造及优化，使系统具备数字化、自动化、网络化和信息化等先进功能，完全符合提升机工艺运行需求。系统控制精度高，操作简单，维护方便，监控、故障自诊断能力强。先进的诊断技术减轻了维护人员的工作压力，提高并保证了设备使用率。不断地优化提升电控系统，使提升电控系统和关联设备的特性更加一致，保证了提升机的安全稳定运行。改造后的提升机系统运行效果良好，满足了现场生产要求，可供同行参考。