矿井提升机电控系统PLC技术改造.pdf

第 2 7卷 第 3期 2 0 1 4年 5月 机 电产品开发与 崭 De v e l o p me n t ＆ I n n o v a t i o n o f Ma c h i n e r y＆ E l e c t r i c a l P r o d u c t s VOI． 27 ． NO． 3 Ma y ． ．201 4 文章编号 1 0 0 2 6 6 7 3 2 0 1 4 0 3 1 4 8 0 2 矿井提升机电控 系统 P L C技术改造 王子平 ，董德 明 ，崔 永普 1 ． 平顶 山市特种设备检测检验所 ，河南 平顶 山 4 6 7 0 0 1 ；2 ． 平顶 山工业职业技术学 院，河南平顶 山 4 6 7 0 0 1 摘 要 对 传 统的矿 井提 升机 电控 系统进 行 P L C 技 术 改造 ，用 P L C 可编程 序 控 制 器取 代 原 来 的继 电 器～ 接 触器有触点逻辑 电气控制方式，实现数 字程序化控制 ，提 高了电控 系统的安全可靠性 ，确保提升机 安 全 高效运 行 。 关 键词 提升 机 ；电控 系统 ；P L C 中图分类号T P 2 7 文献标识码 A d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 2 6 6 7 3 ． 2 0 1 4 ．0 3 ． 0 5 6 P LC Te e h n i c a l Re c o n s t r u c t i o n o f El e c t r i c Co n t r o l S y s t e m o f M i n e Ho i s t e r WA N G Z i P ，D O N G D e - Mi n f，C U I Y o n g - P u 1 ． P i n g d i n g s h a n S p e c i a l E q u i p me n t I n s p e c t i o n Te s t i n g P l a c e ， P i n g d i n g s a n He n a n 4 6 7 0 0 1 ，Ch i n a ； 2 ． He n a n P i n g d i n g s a n I n d u s t r i al a n d Vo c a t i o n a l Co U e g e o f T e c h n o l o g y ， P i n g d i n g s a n He n a n 4 6 7 0 0 1 ，Ch i n a Ab s t r ac t Th e mi ne h o i s t c o nt r o l s y s t e m o f t h e t r a d i t i o n al PLC t e c h n ol o g y ，P LC pr o g r a mma bl e c on t r o ll e r t o r e pl a c e t he r e l a yc o nt a c t or e l e c t r i c al c o n t r o l mo d e o f t h e o r i g i n al c o n t a c t l o gic ，d i git al p r o g r a m c o n t r o l ， i mp r o v e s a f e t y a n d r e h a b i h t y o f e l e c t r i c c o n t r o l s y s t e m o f h o i s t ， e n s ur e s a f e a nd e f fi c i e n t o pe r a t i o n． Ke y wor dsh o i s t ；e l e c t r i c c on t r ol s y s t e m ；P LC O 引言 平煤四矿主井提升机为 4绳磨擦式交流提升机 ，型 号为 J K MK 2 ． 8 x 4 ，双 电 机 2 x 8 0 0 k W 拖 动 ，J K M 型 电 控 系统 。高 压 电路 采 用 C G 5型 高压 换 向器 ，转 子 调 速 采用 1 0级交流接触器切换外加 电阻 。逻辑控制电路为 继电器接触器组成的有触点逻辑系统。这种控制系统分 立 元 件 连 接 复 杂 ，出事 故 不 易 查 找 ，安 全 保 护 单 线 控 制，后备保护不齐全 ，可靠性差，触点 、触头空气氧化 接触不 良和电弧烧伤，事故率高；转子调速性能差 ．冲 击电流大，机械碰撞及磨损严重 ．同时缩短了电机减速 器、接触器外加切换电阻等设备寿命 ；高压换向器绝缘 老化 ，遇阴雨潮湿天气 ，短路放炮 ，严重威胁矿井提升 安 全 ，主井 交 流提 升 机 电控 系统 P L C技 术 改 造 被 列 入 平煤 四矿 2 0 o 8年重 大攻 关项 目。 1 技术改造方案 主控的 P L C选用 S 7 3 0 0的最新型产品 ，其模块之 间通 过 P R OF E B VS总线连 接 ，简化 了 电控 系统结 构 ， 修 稿 日期 2 01 4 0 3 1 1 作者简介 王子 平 1 9 6 7 - ，男，工程 师，河南延津县人 。 从事机 电技术 工作 。 1 48 转子可控硅多级编码技术先进 ，性能可靠 ，系统设计合 理 ，线 路 设计 简单 可靠 ，外 围元 件 最简 化 ，电路 保 护低 频 电源技术成熟 ，性能可靠稳定 ，数字 P I D闭路 ，系统 可靠性高、闭路效果好 ．数字双线制保护与模拟信号保 护，使保护功能更可靠、完善 ，可实现网络化管理 。该 项 技 术改造 达 到 国内先 进水 平 。 1 高压电源开关 ，高压换 向器真空化。高压换 向器 设置正 、反之间，高低压之间机械电气闭锁 ．结构科学 合理 。真空化消弧特性好 ，绝缘状态高。高压换 向器闭 锁消除了高低压间、正反向问短路事故。 2 转子调速回路 ， 采用可控硅 2 O级编码启动专利 技术 ，一是实现无触点切换 。避免触头拉弧烧损 和噪 音 ，二是启动特性 曲线平滑．冲击电流小。 3 低频 电源装 置 ， 技 术 成熟 ，运行 安 全可 靠 。低 频 拖动平稳， 减少了对装载 、卸载系统装备的机械冲击。 4 用 S 7 3 0 0型 P L C控 制器 ，取 代原 来 的继 电器 接 触器的有触点逻辑控制方式 ，实现数字程序化控制 。简 化了控制系统结构。设置双P L C实现了两线制保护。 5 上位计算机显示提升机运行状况 ， 各运行参数 、保 护状态直观明了，便于查找事故和维护 ．提升机实时监 控运行 。 6 有扩展功能 ， 可与局域网连接 ， 实现网络化管理。 测 试 与 控 制 2 技术改造后 的效 果 主控 的 P L C．选 用 西 门 子 S 7 3 0 0型 P L C的最 新 型 产品，P L C模块之间通过 P R O F E B V S总线连接，简化 了 电控系统结构，转子可控硅多级编码技术先进，性能可 靠 ，系统设计合理 ，线路设计简单可靠 ，外围元件最简 化 ，电路 保 护低 频 电源技 术 成熟 ，性 能 可靠 稳定 ，数 字 P I D闭路 ．系统可靠性高 、闭路效果好 ，数字双线制保 护与模拟信号保护 ，使保护功能更可靠 、完善 ，可实现 网络 化 管理 。该项 技术 改造 达到 国 内先 进水 平 。 自2 0 0 8年 9份投入运行 以来 ，高压真空柜 、高压 真空换向柜 ，没有出现真空管漏气或粘联故障 ，高压换 向器正反转向 、高低压间发生短路、转子调速回路快速 熔解器 、可控硅烧损等事故 。提升机启动冲击 电流小 ， 调速 性 能好 。低 频 电源装 置 自调 试至 今 ，没 有发 生 电器 元件烧损事故 ，运行可靠，制动闭环效果好 。P L C数字 化程序控制 ，电控系统结构简单 ，提升机运行状况显示 直观 ，易于查找事故和维修 ，提升机高效高质量运行 。 1 一次 提 升时 间 由原 来 的 8 5 s ，减少 为 7 5 s 。 2 提升机加速阶段启动电流在 1 7 0 ～ 2 3 0 A之间切换 ， 启动 加速 曲线 平滑 。 3 外部电路结构简单 ，只有 l 0块继电器 。可调闸 闭环 由P L C内部完成 ，外部调整简单。 4 过速保护。P L C内部设置速度继电器 ， 在绞车速 度超过等速度 l 1 5 ％时 ，安全闸动作。 5 限速保 护 。P L C内部数 字 P I D 即时 比较 测 速 、给 定信号 、速度信号偏差超过设定速度的 1 0 ％时 ，保护动 作 。 6 定点 限速保 护 。在接 近井 口 1 I m处 ，设 置定 点限 速保护 ，在通过此点速度 2 m ／ s以上时，安全闸动作。 3 效益分析 1 改造后一次提升时间 7 5 s ，与原先相比减少 1 0 s 。 测试核算 ，每提一勾 少用电量 3 ． 2 k Wh ，按年产量 1 1 0 万 t ， l O t ／ 勾 ， 电费 0 ． 4 4元／ k w h计算 ， 年节约资金 1 1 0 万 t 1 0 t ／ 勾 3 ． 2 k Wh ／ 勾 x 0 ． 4 4 元／ k w h 1 5 ． 4 8 8万元 。 2 节约材料配件费 据统计，少消耗接触器 、继电 器 、接触器线圈，高压换向器线 圈、接点、消弧罩 ，转 子外 加 电 阻等 ．节 支 1 1 ． 3万 元 。 3 应用 了可控硅 2 0级编码启动技术后减少 了启动 时大电流冲击 ，延长了电机减速器 ，滚筒衬块 ，提升绳 等设备寿命 ．年节支约 5万元。 4 节约了事故处理人工费每年减少事故处理用工 1 2 0工 ， 每 工 4 0元 ， 则 1 2 0 _T ． x 4 0 元／ 工 0 ． 4 8万 元 。 5 降低了事故率， 减少了事故影响时间 据统计， 每 年减少 事故 时间 4 0 h ，影 响产量 4 0 0 0 t ，利 润 7 0元／ t ，则 ， 4 0 0 0 t x 7 0 元／ t 2 8万元 。年节 支创效 6 0 ． 2 6 8万元 。 4 结束语 主 井 提 升 机 电 控 系 统 P L C改 造 后 ．数 字 化 程 序 控 制 ．取代 了原系统中的继电器 、接触器有触点逻辑控制 方式 ，简化电控系统结构 ，保护齐全 ，提高 了系统运行 的可靠性 ．采用 S C K组件 编码 多级启动 ，改善 了提升 机调速性能 ，减少了大电流冲击引起的机械冲击 ；高压 开关 、高压换 向器真空化 ，杜绝 了拉弧引发 的短路事 故 低频 电源装置可靠运行 ，节约了大量电力电能 ；该 系统性能好 ，运行稳定 ，事故率低 ，维修量小 ，操作简 单 ，各种保护齐全 ，确保了矿井安全可靠提升。适用于 老式 交 流提 升机 技术 改 造和 新 交流 提升 机 配套 ．可 在煤 炭 、冶金等行业推广应用。 上接第 1 5 2页 示与显示等等。 4 结合 P H M 技术的智能管理体 系预期 结合 P HM技术 的智能维修体系可评估设备健康状 态 ，并对 维修 保 养活 动做 出适 当决策 的 能力 。在 决策 和 调配保障资源时 ，能获得 一致 的保 障解 和最佳 的协调 性， 不需要技术人 员在每个级别上频繁地决策 和调度 。 由设备的 自诊断与维修系统和其 网络化 、信息化 、一体 化的维修保障系统密切协同、高度集成 。例如 通过预 测仪器故障可知 ．设备需要进行 Ⅲ级保养 ，系统将 自动 提示仪修工程师进行相应 的工作 。并将维修保养情况 自 动记录于系统中，给预测故障提供信息。仪器经过保养 后的状态存入系统中，系统将此信息提供给故障预警模 块 ，仪器 的故障预警将发生变化 。应用在测井仪器中可 利用此系统查阅仪器的健康状态值 ，便于仪器管理与各 基地之间的调拨。 虽然 P HM技术发展迅速 ，但还远未成熟 ，在诸多 方面面临巨大挑战。基于 P HM技术的测井设备智能维 修体系将会使测井设备有效 降低生命周期的费用 ，提高 设备出勤率和作业能力 。此体系对测井领域来说有着重 要的实际意义、使用价值以及广阔的发展前景。 参 考文 献 [ 1 ]曾声奎 ， Mi c h a e l G ． P e c h t ， 吴际． 故 障预测与健 康管理 P H M 技术 的现状与发展『 J ] ． 航空学报 ， 2 0 0 5， 5 ． [ 2 】 姜 云春 ， 邱静 ， 潘俊荣． 装备 自治性维修保障概念与体系研究[ J 】 ． 机 械工程 ， 2 0 0 4 ， 5 ． 【 3 ]吴明强 ， 等． 飞行 器故障预测 与健康管理 P H M 集成工 程环境研 究． 计算机测量与控制 ． 2 0 1 1 ． 1 ． 【 4 I 韩 国泰． 航 空电子的故障预测 与健 康管理技术 [ J ] ． 航 空电子技术 ， 2 0 0 9， 3 ． 1 4 9