分布式礦井提升機電控系統(tǒng)研究.pdf

1、近年來，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和對礦山資源需求的高速增長，對礦山生產(chǎn)技術(shù)提出了越來越高的要求。礦井提升機作為礦山進行生產(chǎn)活動的關(guān)鍵設備之一，其電控技術(shù)的發(fā)展對促進礦井生產(chǎn)效率的提高和安全作業(yè)，無疑具有極其重大的影響。歷經(jīng)幾十年發(fā)展，我國的礦井提升機電控技術(shù)取得了不少的進步，但與美國、德國等世界發(fā)達國家相比，依然存在著很大的差距。目前，發(fā)達國家的礦井提升機電控技術(shù)已全面實現(xiàn)了全數(shù)字控制，而國內(nèi)絕大多礦井提升機電控系統(tǒng)還是交流串阻調(diào)速繼電器

2、—接觸器控制和直流晶閘管模擬電子調(diào)速控制系統(tǒng)，效率低下，安全隱患多，嚴重制約著我國礦山產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，急需大規(guī)模的技術(shù)改造和更新。 以計算機技術(shù)、數(shù)字技術(shù)和通訊技術(shù)發(fā)展為特點的全數(shù)字傳動系統(tǒng)，包括全數(shù)字矢量控制式交交變頻、全數(shù)字交-直-交中壓變頻器和全數(shù)字晶閘管傳動系統(tǒng)，成為當今提升機電控系統(tǒng)的發(fā)展方向。DCS因其性能高且易于擴充、可靠性高，系統(tǒng)冗余大和設計靈活等優(yōu)點，得到了迅速發(fā)展，已成為當前控制系統(tǒng)的主流。本文正是針對我國目

3、前正在服務的礦井提升機電控系統(tǒng)現(xiàn)狀，基于DCS控制思想和結(jié)構(gòu)模式，首次系統(tǒng)的提出了分布式礦井提升電控系統(tǒng)概念及其完整架構(gòu)，并應用于龍口梁家煤礦副井提升機電控系統(tǒng)的現(xiàn)代化改造，以推動我國礦井提升機設備的改造和電控技術(shù)的進步。 分布式礦井提升機電控系統(tǒng)是由基礎(chǔ)自動化(傳動系統(tǒng))、過程自動化(PLC系統(tǒng))、MMI通過以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線構(gòu)成工業(yè)標準的局域網(wǎng)構(gòu)成。本文通過對龍口梁家煤礦副井提升機操作工藝和運行特性要求的分析，按現(xiàn)場儀表層、裝

4、置控制層、監(jiān)控管理層三個層級的基本架構(gòu)，設計了獨立完整的分布式礦井提升機電控系統(tǒng)，并著重對PLC過程控制系統(tǒng)、全數(shù)字傳動系統(tǒng)的應用開發(fā)做了深入研究。 現(xiàn)場儀表層主要由全數(shù)字傳動系統(tǒng)、繼電回路和信號系統(tǒng)組成，作為變送器和現(xiàn)場執(zhí)行器。全數(shù)字傳動系統(tǒng)采用電樞反并聯(lián)、邏輯無環(huán)流反向調(diào)速系統(tǒng)，12P并聯(lián)控制方案，由DCS501B-225A/500V三相全控橋式變流器作磁場，電樞采用2臺DCS502B-2050A/690V可逆整流橋變流器以

5、主-從方式12P并聯(lián)；通過對變流器軟硬件的二次應用開發(fā)，完成傳動系統(tǒng)的電氣設計和電路邏輯控制編程，實現(xiàn)對電機12P并聯(lián)驅(qū)動、6P橋1/2半載驅(qū)動。繼電控制回路主要由主回路、安全回路、液壓制動控制回路、操作控制回路、監(jiān)控回路和其他輔助控制構(gòu)成，分別實現(xiàn)對提升機主電機的驅(qū)動、保障系統(tǒng)的安全運行和停車、安全制動、操作命令實現(xiàn)和現(xiàn)場監(jiān)控功能；信號系統(tǒng)采集上下井口的各種信號，實現(xiàn)提升種類指示、顯示、記憶和關(guān)聯(lián)設施的閉鎖。 裝置控制層由一臺

6、S7-300傳動PLC和一臺S7-300系統(tǒng)PLC通過PROFIBUS-DP總線以主站/從站方式構(gòu)成的PLC過程控制系統(tǒng)組成。作為主控系統(tǒng)，它綜合了全數(shù)字傳動系統(tǒng)、上位機監(jiān)控系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、繼電回路及其它各種相關(guān)設備的信號和數(shù)據(jù)。經(jīng)對提升機的工作、運行及驅(qū)動模式和各種故障及應對措施的系統(tǒng)分析，通過對其控制流程的規(guī)劃和分解，設計了相應的PLC程序來處理上述信號和數(shù)據(jù)并進行控制；從軟件上對各種信號實現(xiàn)多重聯(lián)鎖和安全保護，使提升機罐籠運行實現(xiàn)

7、全數(shù)字行程控制和S型運行曲線；同時，為進一步改善提升機運行特性，建立了一種理想S型速度曲線數(shù)學模型及其實現(xiàn)方法。 監(jiān)控管理層由上位機MMI系統(tǒng)軟件和應用軟件組成的計算機監(jiān)控系統(tǒng)承擔，動態(tài)監(jiān)控提升機設備參數(shù)、運行狀態(tài)，進行故障報警及記錄等；對應用WinCC組態(tài)軟件設計的MMI作了簡單介紹。 該系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線技術(shù)，實現(xiàn)各層級設備之間的通訊和系統(tǒng)集成。監(jiān)控管理層通過MPI實現(xiàn)與裝置控制層的傳動PLC和系統(tǒng)PLC之間的通訊；裝