云冈矿TKD系列矿井提升机的PLC改造(1).pdf

云冈矿T K D系列矿并提升相的P L C改造 同煤 集 团云 冈矿谢俊 芬 [ 摘要] 本文分析了云冈矿矿井提升机对电控装置的要求， 指 出了用P L C改造T K D系列提升机的优点， 给出了P L C系统的具体实 现方法和组态 ， 经现场安装、 运行 ， 表 明P L C系列准确 、 可靠。 [ 关键词] 提升机电控P L C 1 、 引言 矿井提升机承担矿物的提升、 人员的上下 、 材料的运送等任务， 是 矿山大型关键设备， 也是矿山生产、 基建任务完成的咽喉 ， 而其电控系 统动作的稳定性更是关键 ， 其技术性能和可靠性直接影响矿山的安全 生产 和经 济效益 。目前 云冈矿共有提升机 四部 ， 全部 电控 系统 采用的 是 2 0 世纪 7 0 年代的仿苏产品 ， 即T K D系列卷扬机 。该提升机 电控系统 的功能实现大多依赖传统的T K D 机电控制线路。这种控制方式由于采 用了大量的继电器和接触器， 体积大， 耗电多， 维修量大， 噪音也很大， 备品备件的消耗大， 属国家第二批明令淘汰禁止设备。因此对其进行 技术改造 已势在必行。 随着计算机控制技术的发展， 采用当代先进的计算机及辅助控制 技术形成 矿井提升机 电气控制系统 ， 已成为势在必行 的局 面。可编程 序控制器 简称P L C 是专为工业现场使用的计算机。其处理开关量大， 多达上千个 ， 且不改变外部接线 ， 只改变程序就可 以完成控制系统 的修 改， 省时、 省力、 编程容易、 操作简单。P L C 体积小， 功耗低， 性价比高， 可 靠性高， 抗干扰能力强 ， 故障率低 ， 维护简单， 自 动化、 集成化程度高， 因 此能够完成较复杂 的逻辑运算。 该控制模式是依据提升机的T K D原理， 采用P L C 控制 无触点加速 柜 采用可控硅 低频电源 上位机监控， 并且在减速机高速轴和深度指 示器上配置轴编码器 ， 实现数字式闭环控制。目前 ， 已在我矿主井南 部 、 材料斜井和副井提升机进行了实践 ， 取得 了较好 的效果 。 2 、 提升机对电控装置的要求及系统改造 矿井提 升机承担矿物 的提升 、 人员 的上下 、 材料 的运送 等任务 ， 是 矿山大型关键设备 ， 因此对电控装置有以下要求。提升机及其电控装 置 的原理框 图见 图 l 。 1 要求满足四象限运行。提升容器在上下时， 电气系统必须要按 照加速、 等速、 减速、 爬行、 停车五个阶段运行， 也就是说电动机必须根 据负载的变化而 自动地工作在正向电动、 正向制动、 反向电动、 反向制 动 ， 即满 足四象 限运行 。 f 2 平滑调速且调速精度高。提升系统要求电气传动系统能满足运 送物料、 运送人员、 运送火工品、 检查验绳、 低速爬行等， 所以要求提升 机 电气传 动系统 能平滑凋速 。 图l提升机及其电控装置原理框图 对于调速精度， 提升机一般要求静差较小 高速下s ≤1 ％ ， 这是为 了系统在不同负载下的减速段的距离误差小。这样爬行段距离可设计 的尽可能短 ， 以获得较 高的提升能力 。 3 设置准确可靠的速度给定装置。提升工艺要求电气传动系统的 加减速平稳， 根据有关安全规程， 对提升机的加、 减速度有了一定的限 制。另外， 为了提高提升设备的使用寿命， 减少人们对加减速度的不适 应程度， 降低加速时的电流冲击， 要使提升机按s 形速度曲线实现加速 和减速。 f 4 设置行程显示与行程控制器。为了便于提升机司机的操作， 电 控系统应设置可靠的提升容器在井筒位置的显示装置和位置检测装 置， 准确地检测出提升容器在井筒中与减速点开始、 停车及过卷相对应 的位置 ， 实现可靠的停车和减速。 5 设置完善的故障监视装置。故障监视装置的可靠性应表现在两 个方面 ①电控系统的稳定性好， 故障少； ②出现故障后应能根据故障 性质及时进行保护 ， 并能对故 障内容进行记忆和显示 ， 以便迅速排除故 障 。 f 6 设置可靠的闸控电路， 实现分级制动。 3 、 P L C控制 系统构成 矿井提升机是整个矿井的枢纽， 除了能按照预定的力图和速度图， 在四象限实现平稳启动 、 等速运行 、 减速运行、 爬行和停车， 还要在运行 过程中有极高的可靠性和安全性。根据提升机上述工况要求 ， 采用的 P L C 控制系统构造的交流提升机拖动系统见图2 。图2 中， P L C 控制系 统主要 由 P L C控 制柜 、 可控硅加速柜 、 低频 电源柜和上位机监控 4 部分 构 成 - 3 9 6- 图 2 提升机拖动系统框 图 3 ． 1 P L C控制系统 目前我矿经 P L C改造 的三套 电控设 备 ， 其 中两套是 由淮南市六 信 电控设备公司生产的T K D P L C 型提升机电控系统， 另一套为焦作华飞 电子电器工业公 司生产 的J T D K Z N O I S 型提升机 电控系统。 T K D P L C 型电控系统采用的是西 门子生产的s 7 3 0 0 型 P L C ， J T D K Z N O I S 型电控系统采用的是 日 本三菱公司生产的F X 型P L C 。虽 然结构不同 ， 但都是以P L E 为核心控制系统， 用于完成提升机行程控 制、 逻辑操作、 故障保护及液压制动控制等。 P L C与安装在提 升机上 的轴 编码器配 合 ， 完成提升 行程和提 升速 度的控制功能。P L C 将外部信号 操作台面板上的选择开关信号， 按钮 信号等 接收过来 ， 按照预定的逻辑控制进行处理， 并发出开车所需要 的各种信 号 ， 使绞 车按 照预定 的力 图和速度 图安 全运行 。P L C还对轴 编码器发出的脉冲进行记数 ， 并进行脉冲量化处理 ， 间接 检测计算 出提 升容器 的行程 s 和速度 V f ， 并根据计算出 的s 、 V f 和 V g 对提 升机 进行 监 视保护 。 P L C与继 电器构成双线制提升机安全保护回路 ， 见图3 。 图3 安全 回路控制框图 来 自 提升机各部分的保护信号分为立即施闸、 井口施闸、 电气制动 和报警4 类。其中井口施闸、 电气制动和报警类事故信号直接引入到 P L C中， P L C 将其处理后送监视器显示故障类型并控制声光报警系统 报警并施 闸。而立 即施 闸类事故信号除 引入到 P L C中处理 、 显示 、 报警 外， 还直接引入到安全直动回路， 动作施闸系统施闸。系统的安全回路 有两套 ， 一套 由P L C构成 ， 另一套为继 电器直动 回路 。 3 ． 2 可控硅加速柜 可控硅加速柜和以前的转子接触器在布线结构上一样 ， 承担加速 时的电阻切换， 主要由晶闸管及其触发回路构成。与原有的接触器相 比较， 具有无触点、 功耗小 、 维修量小等优点， 因而具有广阔的应用前 景。 3 _ 3 交一 交变频电源柜 低频电源采用全数字交一 交变频器和现代控制技术， 解决 了矿井交 流提升系统在减速段的调速与爬行问题。减速阶段在各种负载条件下 均可严格按 照给定的速度 图运行 ， 使交流拖动 系统 在负力减速方式下 达到直流拖动系统的调速性能、 提高了提升效率， 而且节能效果十分显 著。 1 装置采用全数字交一 交变频器和逻辑无环流控制技术， 省去有环 流系统的3 个换流电抗器， 具有体积小、 噪音低、 空载损耗小等特点。 2 减速段速度调节采用低频发电制动方式， 将系统的动能反馈给 电网。与动力制动减速相比， 不仅调速性能好 、 减速与爬行自然过渡 ， 而且节能效 果显著 。 3 采用现代智能控制技术实现速度闭环调节， 负力减速阶段在各 种负载条件下均可严格按照给定的速度图运行， 使交流拖动系统在减 速段达到直流拖动系统 的调速性能。 f 4 由于装 置优 良的调节性 能和发 电制动 与电动状态的 自然过 渡， 不需要进行任何主线路的转换。可实现正力减速 下转第3 9 7 页 发信 安茔开启密闭新方法晌实践 黑龙江龙煤矿业集团股份有限公司鸡西分公司杏花煤矿郭福军 [ 摘要] 排除密闭内瓦斯方法存在安全隐患， 提出启封密闭前采用先抽采后风排瓦斯新工艺方法后， 经过现场多次试验， 实现了安全 快速 开启密闭的 目的。 [ 关键词 ] 开启 密闭 瓦斯抽采 瓦斯排放新方法 1 ． 概 况 杏花煤矿是一座国有现代化大型矿井 ， 矿井年设计能力为1 2 0 万 吨。近年来， 通过不断进行各种技术改造 ， 走安全高效矿井建设道路， 矿井生产能力为2 0 0 万吨／ 年。矿井开拓方法为立井多水平开拓 ， 现生 产水平为一 3 0 0 米， 上下山开采。开采煤层为鸡西群城子河组内煤层， 可 采煤层共 1 2 层。矿井通风方式为分区式通风， 通风方法为抽出式。主、 副井 为 主要 入风井 筒 ， 人 风量为 1 9 6 7 8 m ／ mi n ， 一 号轨上 和二号轨 上作 为辅 助入 风井筒 ， 入风 量分别 为 3 5 8 0 m。 ／ mi n 和 3 7 4 9 m’ ／ rai n 。各个采 区 均有 自己独立 的回风井和独立 的专用 回风巷 。 杏花煤矿属于高瓦斯矿井。近几年， 随着矿井开采深度的增加， 生 产规模 的不断扩大， 开采煤层瓦斯涌出量不断提高 ， 杏花矿西二采区 2 8 、 3 o 社 煤层重合 ， 2 8 、 3 0 煤层瓦斯同时涌出， 瓦斯涌出量的提高给矿 井通风安全管理带来了一定难度。在生产过程中， 需要密闭的巷道常 常遇 到 。巷 道密 闭一段 时间后 ， 巷道 内瓦斯大 量积存 ， 重新 开启密 闭 时 ， 保证排放瓦斯 时的安全 问题极其重要n 。 2 ． 问题的提 出 密闭煤巷恢复通风排除密闭内积存的瓦斯 ， 杏花煤矿在采用新方 法之前一直采取利用局部通风机供风， 控制风筒出口风量和排放瓦斯 浓度 的方法 一次性 排除 密闭 内积存 的瓦斯 ， 恢 复密 闭巷道 正常通 风。 在排 放瓦斯 过程 中 ， 容 易出现 以下 问题 ① 因密闭 巷道 内瓦斯浓度 较 高， 在排放瓦斯过程中， 难以控制瓦斯排放量和瓦斯浓度 ， 容易出现瓦 斯浓度超限现象 ； ②全风压通风密闭呈现负压状态， 启封后， 瓦斯突然 涌出， 使全风压混合处瓦斯浓度超限， 仅靠局部通风机和人为因素调整 无法解决这一隐患问题。如果启闭过程中因偶然因素产生火花， 就会 酿成瓦斯事故； ③需要很长时间排放瓦斯， 而且排放瓦斯需要回风断 电、 撤人 、 设置警戒 ， 受影响的采掘工作面因而停止生产， 高瓦斯煤层封 闭巷道启封 排放瓦斯最长 时间达到 1 0 h以上 。传 统的开启密 闭巷道 排 放瓦斯 的方法 已不 能保证高浓 度 、 高 瓦斯 量密闭巷道 在开启密 闭巷道 排放 瓦斯时 的安全 ， 同时对 排放瓦斯流经 区域及矿井 安全带来 重大安 全隐患 。因此作者提 出了采用先抽采后排放 瓦斯开启密 闭新方法 。 3 ． 开启密闭前先抽采后风排瓦斯的新方法实践 杏花煤矿在矿井井下进行开启密闭排放瓦斯的实践过程中， 实践 利用瓦斯抽采系统 井下移动抽采系统或地面集中抽采系统 进行先抽 采密闭 内瓦斯后风排 密闭内瓦斯的新方法 。封 闭巷道前 ， 在 巷道封闭 处铺设好瓦斯抽采管路 管路上面应铺设绝缘材料 与密闭外连通， 在启 封密闭前， 对封闭巷道内积存的瓦斯进行抽采， 将部分或绝大部分瓦斯 通过抽采提前排入风道或地面， 然后再进行密闭开启 。 杏花煤矿 通过 对多个 密闭进行开启前先抽采密 闭内瓦斯 后风排瓦 斯的新方法实践， 取得了很好的效果。 ①西二二区3 0 右四切眼巷道从2 0 1 3 年 1 月开始封闭， 2 0 1 3 年4 月 准备开启封闭， 在准备开启密闭前 经瓦检员检查密闭前瓦斯浓度超过 1 ％的规定 ， 超过规定后 ， 采区就对该密闭进行 了抽采 ， 经 过一段 时间的 抽采后 ， 由于工程 的需要 ， 决定对该处 密闭进行开启 。密闭开启后 ， 救 护队员进入到西二二区3 0右 四切 眼巷道 内， 检查工作面瓦斯最大 0 ． 6 ％， 二氧化碳最大 0 ． 1 ％， 排放瓦斯时， 按制定的专项排瓦斯措施进 行 ， 排放 瓦斯 只用 了 8 分钟 ， 由于做 到了在开启密闭前先抽采 瓦斯后 风 排瓦斯 ， 使得在 排瓦斯 时全风 压混合处 瓦斯浓度 最大 0 ． 5 ％， 做到 了安 全开启密闭排放瓦斯 。 ②西二 二区 3 0 右 五巷道从 2 0 1 3 年 3 月开始 封闭 ， 封 闭 5 天后 ， 经 瓦检员检查 密闭前 瓦斯浓度超过 1 ％的规 定 ， 超过规定 后 ， 采 区就对该 密闭进行了抽采， 经过一段时间的抽采后， 由于矿工程的需要， 对该处 密闭进行启封， 施工巷道回收煤柱。密闭开启后 ， 救护队员进入到西二 二区3 0右五巷道内， 检查工作面瓦斯最大0 ． 4 ％， 二氧化碳最大0 ． 1 ％， 排放瓦斯时， 按制定的专项排瓦斯措施进行， 排放瓦斯只用了5 分钟 ， 由于做到了在开启密闭前先抽采瓦斯后风排瓦斯， 使得在排瓦斯时全 风压混合处瓦斯浓度最大0 ．4 ％， 做到了安全开启密闭排放瓦斯。 4 ． 结论与建议 1 高瓦斯煤 巷掘进工作 面施工过程 中 ， 在做到边 掘边抽的 同时 ， 使得抽采管路距工作面保持在2 O 一 4 0 米的安全距离， 并在工作面备用 2 0 4 O 米可 以快速连接 的钢丝胶管 ， 巷道 内的抽采管路与附近矿井临时 或矿井永久抽采系统连网。当高瓦斯煤巷掘进工作面停电停风时， 人 员撤离前， 迅速将抽采管路延接至工作面端头高处 ， 对停风煤巷掘进巷 道进行瓦斯抽采， 根据煤巷掘进工作面瓦斯涌出量 ， 调节抽人管路控制 阀门， 确定抽采流量， 使停风的巷道瓦斯不积聚， 保证煤巷掘进工作面 能够快速安全供风恢复生产。 2 对将来有可能开启的密闭巷道， 在封闭时， 在密闭巷道处提前 安设抽采管路， 且在管路上铺设草帘。在准备开启密闭前 ， 利用提前安 设 的抽采管 路与抽采 系统 管路连接 ， 对启封 的高 瓦斯煤巷进行提前 瓦 斯抽采， 有永久抽采系统的矿井可将抽出的瓦斯引入管网， 对于利用瓦 斯的矿井既能收集宝贵的能源 ， 又能做到安全启封高瓦斯煤 巷。 参考文献 [ 1 ] 谢劲松． 煤矿井下盲巷排放瓦斯的技术探讨[ I ] ． 煤炭技术， 2 0 0 7 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还增加了软件的保护功能， 并为工业局域网和现场总线控制留有友 好的接 口， 保证 了系统 的可兼容性 ， 提高了系统 的安全性。由于运行故 障率低， 大大增加了有效提升时间， 提高了矿井的提升能力。 1 9 9 4 参考文献 [ 1 ] 晋民杰， 李 自 责编． 矿井提升机械 ． 机械工业出版社 ， 2 0 1 1 [ 2 ] 潘英编． 矿山提升机械设计 ． 徐州 中国矿业大学出 版社， 2 0 0 1 [ 3 ] 葛世荣编． 矿井提升可靠性技术 ． 徐州 中国矿业大学出版社 [ 4 ] 麻健， 李勇忠编． 提升机新型液压制动系统 ． 煤矿机械， 1 9 9 9 [ 5 ] 许福玲 ， 陈晓明编． 液压与气压传动 ． 北京 机械工业出版社 2 0 0 4 [ 6 ] 孙玉蓉， 周法孔编． 矿井提升设备 ． 煤炭工业出版社， 1 9 9 5 [ 7 ] 赵宏编． 中国栗矿设备手册 ． 长影银声音像出版社， 2 0 0 7 [ 8 ] 唐大放 ， 冯晓宁， 杨现卿编． 机械设计工程学f 2 】 ． 徐9 。1,1 中国矿 业大学出版社 ． 2 0 0 1 [ 9 ] 洪晓华编． 矿井运输提升 ． 徐州 中国矿业大学出版社， 2 0 0 2 [ 1 o ] 王洪欣， 李木， 刘秉忠编． 机械工程学⋯ ． 徐州 中国矿业大学 出版社 ． 2 0 0 1 - 3 9 7 --