淺談提升機PLC系統(tǒng)改造
淺談提升機PLC電控系統(tǒng)改造
平煤神馬能源化工集團有限責任公司建井三處第一、第六項目部的2JKZ4/15型提升機，第八項目部的2JK-3.6/12.23型提升機電控系統(tǒng)為TKD-A模塊有觸電點控制系統(tǒng)。TKD型電控系統(tǒng)雖然使用了上世紀80年代較成熟的繼電保護技術(shù)，但其主要控制系統(tǒng)是采用繼電器有觸電的邏輯控制，以磁放器為核心組成模擬量可調(diào)閘閉環(huán)調(diào)節(jié)。在實際運行中存在設(shè)備使用效率低、能耗大、故障率高、故障后備保護不完善等缺點。隨著PLC系統(tǒng)功能不斷完善，現(xiàn)將PLC應(yīng)用在交流提升機的改造上，在引入這些技術(shù)后，在很大程度上改善了提升機的性能。
1、TKD 電氣控制系統(tǒng)的功能及其存在問題
建井三處第一、第六項目部電控系統(tǒng)采用TKD-T2-2286型電氣控制系統(tǒng)，主要擔負礦石、人員、設(shè)備、材料等提升任務(wù)。該套電控系統(tǒng)是由中信重機公司設(shè)計的，它集機-電-液一體化控制，主要是由繼電器、接觸器、磁放大器等分立元器件構(gòu)成，乃屬我礦豎井生產(chǎn)的“心臟”控制設(shè)備，但由于本系統(tǒng)的絕大部分控制元件是由有觸點系統(tǒng)組成，經(jīng)過十幾年的使用后，存在觸點氧化、接觸不良、彈簧疲勞、安全保護不完善等缺點，現(xiàn)有的提升系統(tǒng)的安全性能已很難滿足人員、設(shè)備和礦山生產(chǎn)能力的要求，存在重大的安全隱患。本系統(tǒng)主要存在以下幾個方面的問題：
1．電機轉(zhuǎn)子回路采用交流接觸器切換串接電阻進行調(diào)速的方式，高壓側(cè)用高壓接觸器進行方向切換，由于長時間運行，動作頻繁，接觸器觸頭嚴重燒蝕、線圈彈簧老化、振動噪聲大、故障率高、日常維修量大；
2．系統(tǒng)的主控制屏采用復雜的背后布線方式，電氣接點和控制元件多，各電氣元件參數(shù)調(diào)整及配合困難，一旦發(fā)生故障時，查找故障難度大，造成修復時間長，從而嚴重影響正常的生產(chǎn)；
3．安裝在井架上的過卷開關(guān)、到位開關(guān)在使用過程中容易遭受罐籠撞擊變形損壞，不易修復，罐籠定位誤差大，過卷保護的可靠性不能得到保證，我礦曾因此而多次發(fā)生沖罐事故，嚴重威脅設(shè)備和人身安全；
4．電氣制動保護采用三相半控橋式整流輸出電路，其觸發(fā)電路由磁放大器、電阻和其他電子元件共同組成，由于各分立元件之間電氣參數(shù)差異大、電氣接點多、調(diào)整困難、故障率高，投入使用時提升機沖擊力過大，系統(tǒng)的運行速度特性能較差。因此，平時電氣制動很少投入使用，使提升系統(tǒng)失去一項重要的功能；
5．因TKD-T2-2286系統(tǒng)保護較為單調(diào)，運行時完全依靠操作司機手上的工作閘控制工作閘電流進行控制提升速度，這就要求司機注意力要高度集中，操作司機勞動強度大容易疲勞，稍有不慎即有可能出現(xiàn)安全事故。我礦就曾發(fā)生過此類安全事故；
6．因部分控制元器件屬于國家已淘汰的產(chǎn)品，目前在市場上很難購買到，配件采購困難，只能采用一些質(zhì)次價高的小廠產(chǎn)品，造成生產(chǎn)中因配件不足或配件質(zhì)量無法保證而影響維修質(zhì)量、延誤維修時間以及影響生產(chǎn)，提升機只好多次長時間帶病運行。
二、TKD 電控系統(tǒng)的PLC改造
為了解決上述問題，我礦機電人員經(jīng)過充分市場調(diào)研和性能對比分析后，決定在保留原有的高壓開關(guān)柜、交流電動機、調(diào)速電阻、潤滑站、制動油站、深度指示器及信號系統(tǒng)等的前提下，對現(xiàn)有的電控系統(tǒng)進行TKD-PC升級改造。
TKD-PC電控系統(tǒng)核心控制元件采用日本三菱公司FX-2N系列可編程序控制器，技術(shù)先進，并配有相關(guān)的電源、接口模板、編碼器、繼電器、變頻器、上位計算機等控制設(shè)備，其中上位計算機配有FXgpmin7、WINDOS版軟件，技術(shù)人員可方便地對系統(tǒng)進行編程、調(diào)試，以及在系統(tǒng)正常提升過程中對各種運行參數(shù)實現(xiàn)檢測、監(jiān)控等功能。其主要性能介紹如下。
1．該系統(tǒng)在保留TKD-T2-2286系統(tǒng)原有保護的基礎(chǔ)上增加了以下保護：主令控制手柄零位聯(lián)鎖、方向記憶、定點過速、減速過速、低頻制動電源聯(lián)鎖、調(diào)繩聯(lián)鎖、PLC輸出安全制動繼電器聯(lián)鎖等保護；安全回路由PLC內(nèi)部和外部AC安全回路串聯(lián)實現(xiàn)保護冗余；故障狀態(tài)下單PLC低速應(yīng)急運行。
2．運行時工況。設(shè)備全參數(shù)監(jiān)視，第一故障記憶、顯示；同時在全礦停電時提升機仍然能可靠實現(xiàn)二級制動保護。
3．該系統(tǒng)具有“自動、半自動、全自動” 3 種 工作方式可供選擇，其中提人方式可分為手動、半自動、全自動開車方式；提礦方式也分為手動、半自動、全自動、故障開車方式，采用負力、正力兩種減速開車方式，各種工作方式可供操作司機自由切換，操作靈活、方便可靠。
4．將動作頻繁的高壓接觸器用高壓真空接觸器取代，大功率晶閘管取代低壓接觸器進行無觸點控制切換轉(zhuǎn)子回路的電阻，運行噪聲低、可靠性高；在各中段水平安裝了高精度磁性開關(guān)，有利于罐籠精確定位，減少對罐時間，保證有充裕的生產(chǎn)時間。
5．用全數(shù)字低頻制動電源柜取代動力制動柜，其核心設(shè)備采用日本安川公司生產(chǎn)的 SIMR-G
6．該系統(tǒng)采用cc-link網(wǎng)絡(luò)化控制結(jié)構(gòu)，通過KTPJ接口轉(zhuǎn)換模塊、KTXS限速可調(diào)閘模塊、PGDA 故障開車模塊、光電編碼器等集成元件減少了大量接觸器、繼電器、磁放大器和其他分立元件，極大地簡化了設(shè)備與設(shè)備之間的連線，減少了外部接線達60%以上，它不僅保留了原系統(tǒng)有的功能，而且比原系統(tǒng)增加若干保護環(huán)節(jié)，完善各種故障后備保護，極大地降低了故障率，減少維修時間，系統(tǒng)的安全性能得到了有力的保證。
7．該系統(tǒng)還具有遠程診斷功能接口，在現(xiàn)場即可通過MEDON電話線路實現(xiàn)遠程訪問、診斷、修改控制系統(tǒng)，這樣，洛陽中信重機公司的技術(shù)人員身在洛陽就可以短時間內(nèi)了解我礦提升機的運行數(shù)據(jù)，及時、準確地解答用戶使用過程中的有關(guān)技術(shù)問題，加快故障排除。這對我礦設(shè)備的使用和維護多了一重可靠的保證，可把故障停機時間減少到最低。
三、改造后的優(yōu)點和性能
系統(tǒng)改造后，由于原用于控制、檢測、保護、信號等任務(wù)的硬件設(shè)備的功能全部由計算機軟件來實現(xiàn)，極大地簡化了系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)具有運算速度快、控制精度高、誤差小、穩(wěn)定性好、參數(shù)設(shè)置簡單、自動化程度高等特點。TKD - PC 電 控系統(tǒng)與原 TKD-T2-2286電控系統(tǒng)比較具有以下優(yōu)點和特性：
1．用雙 PLC 主令控制柜取代主控屏/動力制動屏，將原來可調(diào)閘及限速保護回路、動力制動回路、調(diào)繩信號、聯(lián)鎖回路與安全聯(lián)鎖回路及輔助回路所需完成的功能交由PLC可編程控制器、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器和相關(guān)模塊完成，而且，由于PLC-PC電控系統(tǒng)實行主從PLC雙線監(jiān)控功能，具有系統(tǒng)構(gòu)成簡潔、集成化高、參數(shù)調(diào)整簡單的優(yōu)點，日常維護只需定期檢查程序參數(shù)和外觀設(shè)備的一般情況，定期清除設(shè)備上的灰塵，保護其工作環(huán)境等，大大地減少了維修時間與維修費用。
2．將司機操作臺用網(wǎng)絡(luò)化智能司機操作臺取代，當提升機 處于半自動工作狀態(tài)時司機只需利用主令手柄可以實現(xiàn)提升機的啟動、等速、減速、爬行和重物下放，操作司機只需兩個動作便可完成了一次運行，整個運行過程全部交由可編程控制器 PLC按預先設(shè)定的參數(shù)自動完成及對有關(guān)參數(shù)和設(shè)備自動進行監(jiān)控，由于PLC電控系統(tǒng)的可靠性和智能化程度很高，大大降低了操作司機的勞動強度，提升系統(tǒng)的安全性能和生產(chǎn)能力得到顯著提高。
3．采用上位計算機監(jiān)控，不僅可方便對可編程控制器進行編程、調(diào)試和實現(xiàn)在線監(jiān)控功能，而且具有故障記憶和顯示功能，具有保留最近10次故障的功能號碼和最后一次故障的參數(shù)，有利于維修人員故障查找，減少故障停機時間。
四、結(jié)論
本次PLC-PC電控系統(tǒng)改造所需的費用少、工期短，而系統(tǒng)的可靠性和安全性顯著提高，各種參數(shù)顯示直觀明了，運行平穩(wěn)，操作簡單，日常維修量少，生產(chǎn)時間得到充分的保證，不僅提高了生產(chǎn)效率，而且保證了提升機運行安全。
