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摘 要： 介绍焦家寨矿副井绞车电控系统由模拟量控制改造为6RA70全数字直流调速装置控制系统的改造方案、系统配置、功能特点及改造后的使用效果。
关键词： PLC全数字直流控制；绞车；PLC
中图分类号：TD 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0610133－01
1 总体概述及问题的提出
1.1 焦矿副立井总体情况
焦家寨矿副井绞车为JKM-3.25×4I(C)-SG型多绳摩擦式提升机，井深315.944米，专用于人员、设备及物料的运送。主要电控设备有：直流电动机为Z560-3A，额定功率800KW，额定电压660V，额定电流为1303A，励磁电压为220V，励磁电流为40.5A，转速490r/min，直流发电机为ZCF-22，500W，230V。设计提升最大速度为7.6m/s，电控系统采用的是由天水电气研究所生产的模拟量控制系统，由近200只继电器和接触器加上40多块控制单元插件形成了5台控制柜，不含高压柜。
1.2 问题的提出
从系统本身看，由于电气控制设备完全由有触点系统构成，且已使用了10年，触点氧化，弹簧疲劳，绝缘老化，尤其是控制单元插件受环境温度的影响极大，电位器调节不太稳定，经常出现故障，维护量大，特别是模拟调速系统环节多，系统稳定性差，且经常出现提升事故，程度不同地影响了生产，安全性能也难保证。再者是绞车到减速点后，爬行不能及时投入，往往罐笼倒溜1米左右可投入爬行，延长了爬行时间，给人员及物料运送带来极大的不便。为确保安全生产，提高经济效益，必须对原电控系统进行全面改造，经多方调研论证，确定采用洛阳矿山研究所生产的PLC全数字直流电控系统。
2 改造方案
2.1 改造原则
1）安全可靠，经济性好。
2）新安装西门子6RA70全数字直流调速装置，使直流传动系统设计为磁场恒定。
3）电枢共由两台四象限6RA70装置驱动两个三相可逆全控桥，形成串联12脉动主回路结构，并且还带切换柜＋C5，可以随时切掉一组6脉动全控桥，进行6脉动运行。
4）控制系统采用主控台，用相互独立的两套PLC按行程控制原则完成提升工艺要求的所有控制内容，并且有完善的安全保护功能。
5）整套电控系统采用先进的数字技术、工业微机采用西门子S7-300计算机、现场总线、双线冗余等新技术，保证设备的可扩展性。
6）6RA70全数字调速装置拥有一个使用方便的操作者显示口，该液晶显示器各种条件下均可设置参数、监视和诊断装置的故障，所有信息均可在两行液晶显示器上显示出来。
7）在软件编程中，使用选择键、上升键、下降键，所有功能及显示均可用这三个单一功能的按键设置和获取，这种单一功能的按钮可防止操作者混淆功能，产生键入错误。驱动装置的参数（如电机转速、电流等）直接用数字清晰地显示出来，调速装置的故障也一目了然，任何触发装置报警的故障即可被锁定并马上显示在液晶显示器上。
8）西门子S7-300计算机，体积小，功耗低，可靠性高，抗干扰能力强，故障率低，自动化集于一体。
2.2 系统介绍
1）直流调速
直流调速柜采用西门子6RA70全数字直流装置，直流传动系统设计为磁场恒定。由一台单象限西门子6RA70全数字直流调速装置组成，电枢反向，串联12脉动，由两台6脉动电枢整流变压器，其相位角相差300，其中每一组6脉动全控桥由一台6RA70装置驱动一台功率柜，其中每台功率柜由三相可逆全控桥的可控硅反并联组件组成，可单独切换使用。
2）励磁整流
励磁整流柜＋C2，由6RA3一台6RA70装置组成一组三相全控不可逆整流桥给主电机励磁绕组供电，是一恒定励磁电源。
3）调节柜＋C1由6RA1、6RA2两台6RA70装置组成，经脉冲转换后驱动两台功率柜＋C3、＋C4，功率柜均为标准功率柜，都是由可控硅反并联组件组成的三相可逆全控桥结构，内部包含交流侧、直流侧、桥臂侧阻容吸收，晶闸管保护，快熔熔断保护，电流检测，脉冲处理、风压检测、脉冲电源等环节。
4）控制回路
传动装置的启/停，由SB1\SB2控制（也可在操作台上远遥控控制），系统启动，恒定磁场建立，等待开车，当系统准备开车时，发开车信号，这时系统使能即进入运行状态。当传动系统故障时，如变流器重故障、快熔熔断、无磁场建立信号时，或外部出现故障时，即安全回路跳闸时，立即封锁传动系统（即使能信号），同时立即跳安全回路，紧急抱闸停车。
5）传动系统的装置故障排除
SIMOREG DCMASTER 6RA70简易操作控制板故障显示F×××（×××=故障数码）闪烁，电子板上红色发光二极管FAULT亮。
F001-F009 电源故障
F031-F048 驱动故障
F050-F060 启动故障
F100-F113 内部故障
F121-F225 外部故障
当传动装置发生以上故障时，装置立即跳闸，切断主回
维修工可根据装置上显示的故障信息，查找手册，找出故障原因，以便及时排除故障。
6）直流快速开关，电抗器及轴编码器
安装一台直流快速开关作为直流主回路的过电流和短路保护，安装了交流电抗器来平滑直流电流波形，以取得较好的驱动效果，轴编码器作为新电控系统的行程和速度的测量期间，具有很高的测量精度，在提升机的主轴端安装了两个编码器，同时测量，对比结果后进行相关控制。
2.3 改造效果
新的电控系统于2007年初全部完成，投产后取得了明显的经济效益和安全效果。
1）技术先进性。采用了全数字整流调速装置，使设备可扩展性、可维护性优点突出，存储量较大的PLC存储功能可保证设备功能的进一步提高。
2）运行可靠性。设备在手动、半自动、自动、检修操作方式控制下运行，给矿井正常提升、检修、保养提供了充分保证，所采用的进口全数字调整装置具有完善保护功能，PLC系统能够及安全回路双线制，从系统角度提高了设备运行的安全性。
3）应用效率。由于该PLC智能型控制系统的应用，使焦矿副井提升能力有了明显变化，可直接服务于井下3个采煤队、2个开拓队、3个掘进队，以及各辅助区队。与原有的模拟控制系统相比，PLC系统具有可靠性高、性能稳定、故障率低、维护量小、操作简单等优点，从改造以来提升能力增加了40%，缓解了提升紧张的矛盾。
3 结束语
本电控系统除了具有《煤矿安全规程》要求的保护和闭锁功能外，还增了软件的保护功能，提高了系统的安全性，以可编程控制器构成工艺过程控制，用西门子公司的6RA70型整流调速装置作驱动装置，其整个系统设计思想先进，结构合理，使用方便，维护量小，保护性能完善可靠，使用寿命长，节能效果好，运行平稳故障率低，安全性能也明显的提高，大大增加了有效提升时间，提高了矿井的提升能力，具有广泛的推广价值。
参考文献：
[1]邵扣忠，矿井直流提升机全数字自动化控制系统改造[J].煤炭技术，2003，22（9）：25.
[2]董宜斌，PLC技术在提升机电控系统改造中的应用[J].煤矿机械，2009，30（1）：151-153.
[3]路瑞芝，矿井提升机系统实现数字化[N].中国矿业报，2002.
[4]马德国、印德惠，主井提升机运行电控系统技术改造问题，第六届全国采矿学术会议论文集[C].1999.
关键词： PLC全数字直流控制；绞车；PLC
中图分类号：TD 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0610133－01
1 总体概述及问题的提出
1.1 焦矿副立井总体情况
焦家寨矿副井绞车为JKM-3.25×4I(C)-SG型多绳摩擦式提升机，井深315.944米，专用于人员、设备及物料的运送。主要电控设备有：直流电动机为Z560-3A，额定功率800KW，额定电压660V，额定电流为1303A，励磁电压为220V，励磁电流为40.5A，转速490r/min，直流发电机为ZCF-22，500W，230V。设计提升最大速度为7.6m/s，电控系统采用的是由天水电气研究所生产的模拟量控制系统，由近200只继电器和接触器加上40多块控制单元插件形成了5台控制柜，不含高压柜。
1.2 问题的提出
从系统本身看，由于电气控制设备完全由有触点系统构成，且已使用了10年，触点氧化，弹簧疲劳，绝缘老化，尤其是控制单元插件受环境温度的影响极大，电位器调节不太稳定，经常出现故障，维护量大，特别是模拟调速系统环节多，系统稳定性差，且经常出现提升事故，程度不同地影响了生产，安全性能也难保证。再者是绞车到减速点后，爬行不能及时投入，往往罐笼倒溜1米左右可投入爬行，延长了爬行时间，给人员及物料运送带来极大的不便。为确保安全生产，提高经济效益，必须对原电控系统进行全面改造，经多方调研论证，确定采用洛阳矿山研究所生产的PLC全数字直流电控系统。
2 改造方案
2.1 改造原则
1）安全可靠，经济性好。
2）新安装西门子6RA70全数字直流调速装置，使直流传动系统设计为磁场恒定。
3）电枢共由两台四象限6RA70装置驱动两个三相可逆全控桥，形成串联12脉动主回路结构，并且还带切换柜＋C5，可以随时切掉一组6脉动全控桥，进行6脉动运行。
4）控制系统采用主控台，用相互独立的两套PLC按行程控制原则完成提升工艺要求的所有控制内容，并且有完善的安全保护功能。
5）整套电控系统采用先进的数字技术、工业微机采用西门子S7-300计算机、现场总线、双线冗余等新技术，保证设备的可扩展性。
6）6RA70全数字调速装置拥有一个使用方便的操作者显示口，该液晶显示器各种条件下均可设置参数、监视和诊断装置的故障，所有信息均可在两行液晶显示器上显示出来。
7）在软件编程中，使用选择键、上升键、下降键，所有功能及显示均可用这三个单一功能的按键设置和获取，这种单一功能的按钮可防止操作者混淆功能，产生键入错误。驱动装置的参数（如电机转速、电流等）直接用数字清晰地显示出来，调速装置的故障也一目了然，任何触发装置报警的故障即可被锁定并马上显示在液晶显示器上。
8）西门子S7-300计算机，体积小，功耗低，可靠性高，抗干扰能力强，故障率低，自动化集于一体。
2.2 系统介绍
1）直流调速
直流调速柜采用西门子6RA70全数字直流装置，直流传动系统设计为磁场恒定。由一台单象限西门子6RA70全数字直流调速装置组成，电枢反向，串联12脉动，由两台6脉动电枢整流变压器，其相位角相差300，其中每一组6脉动全控桥由一台6RA70装置驱动一台功率柜，其中每台功率柜由三相可逆全控桥的可控硅反并联组件组成，可单独切换使用。
2）励磁整流
励磁整流柜＋C2，由6RA3一台6RA70装置组成一组三相全控不可逆整流桥给主电机励磁绕组供电，是一恒定励磁电源。
3）调节柜＋C1由6RA1、6RA2两台6RA70装置组成，经脉冲转换后驱动两台功率柜＋C3、＋C4，功率柜均为标准功率柜，都是由可控硅反并联组件组成的三相可逆全控桥结构，内部包含交流侧、直流侧、桥臂侧阻容吸收，晶闸管保护，快熔熔断保护，电流检测，脉冲处理、风压检测、脉冲电源等环节。
4）控制回路
传动装置的启/停，由SB1\SB2控制（也可在操作台上远遥控控制），系统启动，恒定磁场建立，等待开车，当系统准备开车时，发开车信号，这时系统使能即进入运行状态。当传动系统故障时，如变流器重故障、快熔熔断、无磁场建立信号时，或外部出现故障时，即安全回路跳闸时，立即封锁传动系统（即使能信号），同时立即跳安全回路，紧急抱闸停车。
5）传动系统的装置故障排除
SIMOREG DCMASTER 6RA70简易操作控制板故障显示F×××（×××=故障数码）闪烁，电子板上红色发光二极管FAULT亮。
F001-F009 电源故障
F031-F048 驱动故障
F050-F060 启动故障
F100-F113 内部故障
F121-F225 外部故障
当传动装置发生以上故障时，装置立即跳闸，切断主回
维修工可根据装置上显示的故障信息，查找手册，找出故障原因，以便及时排除故障。
6）直流快速开关，电抗器及轴编码器
安装一台直流快速开关作为直流主回路的过电流和短路保护，安装了交流电抗器来平滑直流电流波形，以取得较好的驱动效果，轴编码器作为新电控系统的行程和速度的测量期间，具有很高的测量精度，在提升机的主轴端安装了两个编码器，同时测量，对比结果后进行相关控制。
2.3 改造效果
新的电控系统于2007年初全部完成，投产后取得了明显的经济效益和安全效果。
1）技术先进性。采用了全数字整流调速装置，使设备可扩展性、可维护性优点突出，存储量较大的PLC存储功能可保证设备功能的进一步提高。
2）运行可靠性。设备在手动、半自动、自动、检修操作方式控制下运行，给矿井正常提升、检修、保养提供了充分保证，所采用的进口全数字调整装置具有完善保护功能，PLC系统能够及安全回路双线制，从系统角度提高了设备运行的安全性。
3）应用效率。由于该PLC智能型控制系统的应用，使焦矿副井提升能力有了明显变化，可直接服务于井下3个采煤队、2个开拓队、3个掘进队，以及各辅助区队。与原有的模拟控制系统相比，PLC系统具有可靠性高、性能稳定、故障率低、维护量小、操作简单等优点，从改造以来提升能力增加了40%，缓解了提升紧张的矛盾。
3 结束语
本电控系统除了具有《煤矿安全规程》要求的保护和闭锁功能外，还增了软件的保护功能，提高了系统的安全性，以可编程控制器构成工艺过程控制，用西门子公司的6RA70型整流调速装置作驱动装置，其整个系统设计思想先进，结构合理，使用方便，维护量小，保护性能完善可靠，使用寿命长，节能效果好，运行平稳故障率低，安全性能也明显的提高，大大增加了有效提升时间，提高了矿井的提升能力，具有广泛的推广价值。
参考文献：
[1]邵扣忠，矿井直流提升机全数字自动化控制系统改造[J].煤炭技术，2003，22（9）：25.
[2]董宜斌，PLC技术在提升机电控系统改造中的应用[J].煤矿机械，2009，30（1）：151-153.
[3]路瑞芝，矿井提升机系统实现数字化[N].中国矿业报，2002.
[4]马德国、印德惠，主井提升机运行电控系统技术改造问题，第六届全国采矿学术会议论文集[C].1999.