煤矿提升机电气控制系统的改造

王巧玲

（山西阳煤寺家庄煤业有限责任公司， 山西 昔阳 045300）

引言

矿井提升机作为煤炭开采的咽喉要地，其承担的主要任务为实现综采工作面与地面物料及设备的交互。在当前煤炭开采技术和综采设备自动化不断提升的时期，对矿井提升机的可靠性和稳定性提出了更高的要求和挑战。提升机机械结构的可靠性和电气控制系统的稳定性是确保其能够高效、安全生产的前提。鉴于煤矿生产环境相对恶劣，在实际生产中会对电控系统造成干扰，进而出现一系列的问题[1]。经调研可知，提升机在实际提升过程中常存在换层过程中速度过快的问题，严重威胁着提升机运行的安全性。为此，急需对提升机电气控制系统进行改造，以达到提升机抗干扰能力、稳定性和安全性的目的。

1 提升机电气控制系统现状

本文以我矿某工作面副井提升机为研究对象，该立井工作面的垂直深度为569 m，主要承担煤矸石、设备以及人员等的提升任务。该提升机所采用的电机型号为ZKTD215/45，属于低速直联直流他励电机[1]。

1.1 提升机电气控制系统组成

该工作面立井提升机采用全数字直流传动系统。目前，该系统所采用的调速系统为直流电控调速系统，其核心装置为西门子6RA70 直流调速装置，调速策略为双闭环自动调节原理。基于上述直流调速装置和双闭环自动调节原理实现了对提升机速度的全数字调节。

工作面提升机电控系统主要由配电系统（高压、低压）、安全保护系统、监测系统、操作系统以及全数字交流驱动系统组成[2]。电控系统的核心为PLC 控制器，为确保提升机运行的安全性，该电控系统采用双PLC 冗余设计的原则。其中，一台PLC 控制器主要承担对提升机各项参数实时监测的功能；另一台PLC控制器主要承担对提升系统的保护及控制功能。

基于6RA70 直流调速装置可实现对提升系统的速度给定控制、可变加速度/减速度的给定控制、速度闭环控制和电流闭环控制。

1.2 提升机电控系统问题分析

经对该提升机实际运行过程各项参数分析，得出其存在如下问题：

1）提升机在换层操作过程中，其提升速度处于相对不稳定的状态；当提升容器达到指定位置后，罐笼会出现上下晃动的现象。

2）系统在正常换层操作时，提升速度较快，为保证换层速度满足相关标准要求，作业人员常常手动操作制动闸不被完全打开，加速了制动系统的磨损。

3）由于换层速度较快，对日常的对罐操作造成干扰。

2 提升机电气控制系统的改造与实施

2.1 提升机电气控制系统的改造措施

经分析造成上述一系列问题的原因在于其换层速度过快。导致提升机换层速度过快的根本原因在于其电控系统中上位机程序针对换层速度的给定值过大，且该速度给定值不会根据系统实际运行情况进行自我调整[3]。此外，由于作业人员未能充分掌握设备性能，导致其在操作过程中存在一定的盲目性。因此，针对提升机电气控制系统做出如下改造：

1）将上位机换层速度更改为可更改类型，且更改依据为速度给定手柄位置。操作人员可根据速度给定手柄的实时位置确定换层速度，且速度变化范围为0～0.3 m/s；

2）设定速度给定手柄的最大脉冲量为24 500，当速度给定手柄不动时设定换层速度为0，当速度给定手柄发出的脉冲量为24 500 时，设定换层速度为0.3 m/s。即建立速度给定手柄所发出脉冲的数量与换层速度的对应关系[4]。此外，为防止作业人员的误操作，在上位机程序中设定限幅环节。即，在程序中设置速度给定手柄的脉冲数量不超过24 500，即可避免换层速度不超过0.3 m/s。

3）加强对提升机作业人员的操作培训。其中，当提升机在轻载工况下运行时，开始时刻将工作闸给定手柄和速度给定手柄同时打开；若提升机为重载提升工况时，应先打开速度给定手柄，待系统电流大于一定值后即可缓慢打开工作闸给定手柄；若提升机为重载下放工况时，速度给定手柄和工作闸给定手柄可同时打开，要求工作闸给定手柄仅打开一部分，待速度稳定后可完全打开工作闸给定手柄[5]。

2.2 提升机电气控制系统改造方案

经2.1 分析造成提升机换层速度过快的主要原因为上位机程序存在缺陷。原PLC 控制程序如图1所示，改造后PLC 程序框图如图2 所示。

图1 原PLC 控制程序

图2 改造后PLC 控制程序

对比图1、图2 可知，改造后PLC 控制对换层速度输出需结合IN1 和IN2 的信息进行同时确定，即需明确速度给定手柄的位置及速度给定手柄位置与换层速度的对应关系两项内容；而改造前换层速度仅需IN 即可确定，即为固定值0.3 m/s。

3 改造效果

为验证本次针对电控系统的改造效果，本文特采取改造前后提升机的换层曲线进行对比分析。提升机换层曲线如图3 所示。

分析图3 可知，在电控系统改造前，提升机换层所需时间大约为10 s，即换层速度相对较快，且换层速度均大于0.3 m/s；在换层过程中电机电流波动较大，对设备的冲击较大。电控系统改造完成后，提升机换层所需时间明显延长，换层所需时间大约为23 s，且提升机的换层速度均小于0.3 m/s，约为0.2 m/s；在换层过程中电机电流变化相对平稳，减小由于电流波动而对设备所造成的冲击。

综上所述，原提升机电控系统经改造后，系统可平稳、缓慢地实现换层操作。且在换层过程中电机几乎无电流波动，从而减小对设备造成的冲击，间接提升了电机及相关设备的使用寿命。总之，电控系统改造完成后提升了提升机的稳定性和可靠性。

图3 提升机换层曲线

4 结语

提升机作为综采工作面的关键运输设备，其运行的稳定性和可靠性直接决定综采工作面的产煤效率和安全性。通过对提升机换层速度的上位机程序进行对应性改造，将换层速度与速度给定手柄位置关联起来，使改造后的电控系统能够实现提升机平稳、缓慢的换层操作，在确保提升机稳定性的同时，还减少了对设备的冲击，间接了提升了工作效率，为保障综采工作面的生产奠定了基础。