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摘 要：JTDK-ZN-01S型交流提升机电控系统采用性能优越的进口PLC可编程控制器作为主要控制器件，两套PLC相互冗余，构成安全回路双线制，且冗余量不低于20%。运用软件化的设计思想，能用软件实现的功能，决不用硬件，提高了系统的稳定性，大大减少了系统的硬件故障。采用了RS485 串行通讯的现场总线技术，仅用一根屏蔽线即可完成通讯功能，实现了控制的智能化。在提高系统可靠性的同时，省去了大量的控制接线，具有安装调试简单，使用维护方便等一系列优点。
关键词：副井绞车 电控改造
本矿副井提升绞车电控装置原采用天津电气控制设备厂生产的JKMK—PC型绞车电控装置，自2000年5月安装并投入正式运行，至今已有六年多的运行时间，一是电控部分大量的元器件已到使用期限，部分元件已损坏；二是原来的电控系统生产厂家已倒闭，配件供应不及时；三是PLC内部控制程序多次出现丢失现象，程序丢失后只能临时采用高压开车，给副井绞车的安全运行带来很多问题，因此经矿多方面调研论证，确定采用JTDK-ZN-01S型交流提升机电控系统，对副井绞车电控进行改造。
1. 电控系统技术特点
（1）现场总线技术
系统采用了RS485 串行通讯的现场总线技术，仅用一根屏蔽线即可完成通讯功能，实现了控制的智能化。在提高系统可靠性的同时，省去了大量的控制接线，具有安装调试简单，使用维护方便等一系列优点。
（2）全数字化设计
该系统将轴编码器应用于绞车电控，实现数字化的行程、速度、给定、油压等，其中数字化的主令控制器和手闸控制器具有控制准确、操作方便、故障率低等特点。
（3）软件化的设计
本系统运用软件化的设计思想，能用软件实现的功能，决不用硬件，提高了系统的稳定性，大大减少了系统的硬件故障。
（4）模块化设计
本系统运用模块化的设计思想，將系统多个功能集成为不同的电路模块，如语言报警模块、可调闸模块、电流检测模块、功率检测模块、电源模块等，缩短了故障的处理时间。
（5）冗余化设计
采用性能优越的进口可编程控制器作为主要控制器件，两套PLC相互冗余，构成安全回路双线制，且冗余量不低于20%。
（6）抗干扰设计
按照抗干扰的设计原则，在输入、输出、电源等方面有针对性地实施了抗干扰措施，完全符合GB/T13926电磁兼容性要求，整套系统独家通过电兼容性试验，使得系统安全可靠。
（7）完善的防雷系统
主控台内设置有完善的防雷系统，采用德国OBO公司设计生产的防雷器，有效地提高了系统抵抗自然灾害的能力。
（8）工业控制人机界面
该系统将工业显示屏应用于电控系统，显示绞车的各种静、动态参数，如速度、行程、油压、速度图、力图、打点次数及各种开关量的状态。此外显示屏中设置了故障记忆和故障态，以便查寻提升机的故障状态和故障原因，方便简洁。
（9）UPS电源
采用具有正弦波特性、功率容量充分大的不间断电源为控制回路供电，①保证了系统电磁兼容性指标的实现；②当发生突然停电，保证了二级制动的有效性。
（10）语言报警
本系统设计了安全回路控制接点动作记忆电路，一旦安全回路动作，引起动作的各种故障被记忆下来，并连续不断地用语言播放故障位置，大大缩短了故障的查找时间。
（11）多种运行方式
提升系统能完成提升机手动、自动、检修、故障开车等各种运行方式的控制要求。
2. 系统配置
本电控系统按照结构标准化、产品系列化、性能现代化、体积小型化进行产品设计，对于提高矿井自动化、安全保障能力，以及矿井现代化管理水平具有十分重要的现实意义。此外对于减少设备维修费用，减轻工人劳动强度，降低能源消耗和噪音污染，提高矿井生产效率等方面，将会产生很大的社会经济效益。系统设备特性如下：
（1）智能型全数字交流主控台（JTDK-ZN-ZKT）
（2）智能型高压低频换向柜（JTDK-ZN-GHP）
（3）全数字无环流低频电源柜（JTDK-PC-DPY）
（4）智能型可控硅调速柜（JTDK-ZN-SCR）
（5）高压馈电开关柜（KGS1）
（6）低压电源柜（JTDK-ZN-DYG）
3. 系统的主要技术性能
（1）提升机的运行方式
提升系统能完成提升机自动、常规、手动、故障开车等各种运行方式的控制要求。
（2）数字行程监控器
数字行程监控器由PLC、轴编码器构成。轴编码器将脉冲信号送入PLC中，经PLC逻辑运算处理转换成提升机钢丝绳线速度和容器行程位置，形成各种操作信号、保护信号和按行程给定的速度给定曲线。
主控PLC与监控PLC之间相互保护、相互监督，并能完成如下功能：
1）实现PLC故障状态下的低速开车功能；
2）实现数字行程给定功能，定位精度≤1cm，并实现数字行程罐位显示；
3）具有对编码器进行同步校正的功能；
4）PLC行程监控器可以很容易地进行参数的整定以适应变化的工况（如变化了的速度、深度等）。
（3）提升控制
系统核心控制部分采用两套模块化工业微机—FX2N可编程控制器，该型可编程控制器具有指令众多，功能强大，配置灵活，使用简单，工作可靠，可以和管理计算机联网，并能完全满足矿井提升工艺过程要求。
1）选用日本三菱公司的FX2N 型PLC；
2）主控PLC应用软件能完成提升机手动、自动、常规等运行方式的控制要求； 3）完成提升机运行工艺要求的控制功能；
4）实现对调速系统按速度给定的控制；
5）实现完善的保护功能，对于等速段超速、减速段过速、过卷等安全保护具有多重保护；
6）保护功能按下列三类设置：立即施闸的紧急停车、完成本次提升后不允许再次开车的功能，即一次提升、自动减速后施闸停车。
7）可在线或离线修改用户程序；
8）采用全数字工作闸和主令控制器，采用脉冲编码器来实现，使得控制准确度高、操作轻便、故障率低；
9）留有与矿井生产管理系统联网的接口。
（4）安全保护
系统的安全回路有两套，一套由主控机PLC，另一套为监控机PLC，实现PLC的相互冗余。系统的主要保护有：
立即施闸类保护，发生下列各类故障时，系统能立即进行完全制动停车，并发生声报警：提升容器过卷、减速段过速保护、等速段超速保护、提升容器接近井口速度超过2m/s、错向保护、给定方向记忆、深指失效保护、通讯错误、高压失压跳闸保护、制动油过压、轴编码器失效。
终端施闸类保护，完成本次提升后不允许再次开车的保护，即一次提升：润滑油欠压、润滑油超温、制动油超温。
自动减速后施闸类保护，发生下列各类故障时，系统自动降低速度，然后再施闸停车，并发出声报警：信号电源欠压、制动油故障、主电机超温、闸瓦磨损、闸盘偏摆、弹簧疲劳等。
（5）制动控制系统
提升机制动控制系统由PLC、安全继电器、脚踏动力制動和可调闸模块组成，其主要功能是：
1）当系统发生故障导致安全回路断开时，PLC利用采集来的速度信号和油压信号，对液压站制动电液阀进行PID闭环控制，以实现液压站的减速制动功能。
2）当减速制动发生故障时，若提升机在井中，PLC直接控制安全阀和二级制动阀动作，实施二级制动控制；若提升机接近井口，则实施一级紧急制动。
4. 应用情况和效益
副井绞车电控系统自改造以来，运行效果良好，未出现任何问题，2006年11月经山东省机电设备检测中心性能测试，各项指标均满足相关标准要求，极大地提高了副井安全运行的可靠性。该系统改造对于提高矿井自动化、安全保障能力，以及矿井现代化管理水平具有十分重要的现实意义。■
关键词：副井绞车 电控改造
本矿副井提升绞车电控装置原采用天津电气控制设备厂生产的JKMK—PC型绞车电控装置，自2000年5月安装并投入正式运行，至今已有六年多的运行时间，一是电控部分大量的元器件已到使用期限，部分元件已损坏；二是原来的电控系统生产厂家已倒闭，配件供应不及时；三是PLC内部控制程序多次出现丢失现象，程序丢失后只能临时采用高压开车，给副井绞车的安全运行带来很多问题，因此经矿多方面调研论证，确定采用JTDK-ZN-01S型交流提升机电控系统，对副井绞车电控进行改造。
1. 电控系统技术特点
（1）现场总线技术
系统采用了RS485 串行通讯的现场总线技术，仅用一根屏蔽线即可完成通讯功能，实现了控制的智能化。在提高系统可靠性的同时，省去了大量的控制接线，具有安装调试简单，使用维护方便等一系列优点。
（2）全数字化设计
该系统将轴编码器应用于绞车电控，实现数字化的行程、速度、给定、油压等，其中数字化的主令控制器和手闸控制器具有控制准确、操作方便、故障率低等特点。
（3）软件化的设计
本系统运用软件化的设计思想，能用软件实现的功能，决不用硬件，提高了系统的稳定性，大大减少了系统的硬件故障。
（4）模块化设计
本系统运用模块化的设计思想，將系统多个功能集成为不同的电路模块，如语言报警模块、可调闸模块、电流检测模块、功率检测模块、电源模块等，缩短了故障的处理时间。
（5）冗余化设计
采用性能优越的进口可编程控制器作为主要控制器件，两套PLC相互冗余，构成安全回路双线制，且冗余量不低于20%。
（6）抗干扰设计
按照抗干扰的设计原则，在输入、输出、电源等方面有针对性地实施了抗干扰措施，完全符合GB/T13926电磁兼容性要求，整套系统独家通过电兼容性试验，使得系统安全可靠。
（7）完善的防雷系统
主控台内设置有完善的防雷系统，采用德国OBO公司设计生产的防雷器，有效地提高了系统抵抗自然灾害的能力。
（8）工业控制人机界面
该系统将工业显示屏应用于电控系统，显示绞车的各种静、动态参数，如速度、行程、油压、速度图、力图、打点次数及各种开关量的状态。此外显示屏中设置了故障记忆和故障态，以便查寻提升机的故障状态和故障原因，方便简洁。
（9）UPS电源
采用具有正弦波特性、功率容量充分大的不间断电源为控制回路供电，①保证了系统电磁兼容性指标的实现；②当发生突然停电，保证了二级制动的有效性。
（10）语言报警
本系统设计了安全回路控制接点动作记忆电路，一旦安全回路动作，引起动作的各种故障被记忆下来，并连续不断地用语言播放故障位置，大大缩短了故障的查找时间。
（11）多种运行方式
提升系统能完成提升机手动、自动、检修、故障开车等各种运行方式的控制要求。
2. 系统配置
本电控系统按照结构标准化、产品系列化、性能现代化、体积小型化进行产品设计，对于提高矿井自动化、安全保障能力，以及矿井现代化管理水平具有十分重要的现实意义。此外对于减少设备维修费用，减轻工人劳动强度，降低能源消耗和噪音污染，提高矿井生产效率等方面，将会产生很大的社会经济效益。系统设备特性如下：
（1）智能型全数字交流主控台（JTDK-ZN-ZKT）
（2）智能型高压低频换向柜（JTDK-ZN-GHP）
（3）全数字无环流低频电源柜（JTDK-PC-DPY）
（4）智能型可控硅调速柜（JTDK-ZN-SCR）
（5）高压馈电开关柜（KGS1）
（6）低压电源柜（JTDK-ZN-DYG）
3. 系统的主要技术性能
（1）提升机的运行方式
提升系统能完成提升机自动、常规、手动、故障开车等各种运行方式的控制要求。
（2）数字行程监控器
数字行程监控器由PLC、轴编码器构成。轴编码器将脉冲信号送入PLC中，经PLC逻辑运算处理转换成提升机钢丝绳线速度和容器行程位置，形成各种操作信号、保护信号和按行程给定的速度给定曲线。
主控PLC与监控PLC之间相互保护、相互监督，并能完成如下功能：
1）实现PLC故障状态下的低速开车功能；
2）实现数字行程给定功能，定位精度≤1cm，并实现数字行程罐位显示；
3）具有对编码器进行同步校正的功能；
4）PLC行程监控器可以很容易地进行参数的整定以适应变化的工况（如变化了的速度、深度等）。
（3）提升控制
系统核心控制部分采用两套模块化工业微机—FX2N可编程控制器，该型可编程控制器具有指令众多，功能强大，配置灵活，使用简单，工作可靠，可以和管理计算机联网，并能完全满足矿井提升工艺过程要求。
1）选用日本三菱公司的FX2N 型PLC；
2）主控PLC应用软件能完成提升机手动、自动、常规等运行方式的控制要求； 3）完成提升机运行工艺要求的控制功能；
4）实现对调速系统按速度给定的控制；
5）实现完善的保护功能，对于等速段超速、减速段过速、过卷等安全保护具有多重保护；
6）保护功能按下列三类设置：立即施闸的紧急停车、完成本次提升后不允许再次开车的功能，即一次提升、自动减速后施闸停车。
7）可在线或离线修改用户程序；
8）采用全数字工作闸和主令控制器，采用脉冲编码器来实现，使得控制准确度高、操作轻便、故障率低；
9）留有与矿井生产管理系统联网的接口。
（4）安全保护
系统的安全回路有两套，一套由主控机PLC，另一套为监控机PLC，实现PLC的相互冗余。系统的主要保护有：
立即施闸类保护，发生下列各类故障时，系统能立即进行完全制动停车，并发生声报警：提升容器过卷、减速段过速保护、等速段超速保护、提升容器接近井口速度超过2m/s、错向保护、给定方向记忆、深指失效保护、通讯错误、高压失压跳闸保护、制动油过压、轴编码器失效。
终端施闸类保护，完成本次提升后不允许再次开车的保护，即一次提升：润滑油欠压、润滑油超温、制动油超温。
自动减速后施闸类保护，发生下列各类故障时，系统自动降低速度，然后再施闸停车，并发出声报警：信号电源欠压、制动油故障、主电机超温、闸瓦磨损、闸盘偏摆、弹簧疲劳等。
（5）制动控制系统
提升机制动控制系统由PLC、安全继电器、脚踏动力制動和可调闸模块组成，其主要功能是：
1）当系统发生故障导致安全回路断开时，PLC利用采集来的速度信号和油压信号，对液压站制动电液阀进行PID闭环控制，以实现液压站的减速制动功能。
2）当减速制动发生故障时，若提升机在井中，PLC直接控制安全阀和二级制动阀动作，实施二级制动控制；若提升机接近井口，则实施一级紧急制动。
4. 应用情况和效益
副井绞车电控系统自改造以来，运行效果良好，未出现任何问题，2006年11月经山东省机电设备检测中心性能测试，各项指标均满足相关标准要求，极大地提高了副井安全运行的可靠性。该系统改造对于提高矿井自动化、安全保障能力，以及矿井现代化管理水平具有十分重要的现实意义。■