矿井提升机模拟电控系统改造

摘　要： 本文阐述了矿井提升机SCR—D电控系统数字调节改造方案的实现。以平十三矿副井为例，采用SIMOREG-K 6RA24数字调节系统，对模拟调节系统改造，实现全数字矿井提升机电控系统。 关键词： 矿井提升机；电控系统；数字调节；改造 1 现状分析 　　目前我国煤矿采用的晶闸管整流供电的直流提升机已较普遍，但大多数为80年代引进和90年代中期以前国产的矿井提升机SCR-D电控系统。这些电控系统，其调节控制保护回路基本上都是模拟形式。这种系统由于受元器件设计和制造水平的限制，存在着一定的缺陷，突出表现在以下几个方面： 　　（1）结构复杂：矿井提升机电控系统的模拟调节部分，大多是由1981年全国直流可控硅调速系统统一设计方案演变而来，由其组成的双闭环调节系统有多达80余块插件，使得整个系统电路非常庞大。 　　（2）调试复杂：模拟系统的各个插件必须单独调整，然后总体联调。上述情况，需要多次反复进行，才能使系统较理想的状态。调试周期长，工作量大。 　　（3）故障率高：模拟系统插件中的任何一块的任意一点出现故障，都可能引起整个电控系统不能正常工作。例如，由于系统参数的变化，引起电流限幅值的变化，经常出现起动和减速过程中，由于电流超限，引起安全回路动作，造成提升机紧急停车。 　　（4）工作稳定性差：该方案采用了大量分立电子元件，工作稳定性差，易受环境温度、湿度及可调电阻参数变化等的影响，引起系统特性的变化，出现振荡，维修人员需要经常根据现场情况进行调试修正。若调试不当，不但解决不了问题，还会严重影响矿井的安全生产。 　　（5）精确度低：由于模拟器件本身的特性决定了提升系统的精确度低，有时出现由于速度控制精度不高而产生的超速现象。 　　（6）维护困难：由于前述各点，当出现故障时，需要有较高理论基础和实践经验的人员才能找出问题所在，因而系统维护困难、维修时间长。 2 调节系统的改造方案 　　由于模拟调节系统存在上面的问题，严重威胁着矿井提升机的平稳、可靠、安全运行。为保证提升机的长期正常运行，需要对提升机电控系统调节部分进行数字化改造。 　　国内数字调节系统的实现有多种方法，全套引进、局部引进和自行开发。全套引进设备，价格昂贵，一般用户难以承受。局部引进关键设备，并以此为核心，设计外围电路，可以用较小的投资，实现高性能数字调节系统。自行开发系统，主要是一些国内开发的单片机数字系统，由于不可能象国外如西门子那样，投入巨大的财力和能力进行开发，因而很难开发出适合于每一个矿井严酷环境下的可靠产品。 根据本院以往的设计经验，据调查，目前国内在控制理论和大多数元器件的生产水平上，与国外已无差别，主要差距在核心部件的制造技术上。我们认为，在调节系统的数字化改造中，局部引进关键设备，能够简化设计过程，缩短调试周期，降低系统造价，提高矿井提升机电控系统的可靠性。因此，对于调节系统的数字化改造，我们提出如下的技术改造方案： 　　（1）为了不影响矿井的正常提升生产，调节部分的改造，应在原有模拟调节系统的基础上，再增加一套数字调节系统，两者互为备用，如图1所示，数字调节系统不影响数字操作系统与原有模拟调节系统的联系方式。 　　（2）考虑到矿井提升机SCR-D电控系统电动机电枢回路，采用两个6脉动变流器顺序串联12脉动供电的特点，同时，从简化外围电路考虑，利用两组由不带功率单元的调节板为核心组成的电枢调节系统，分别对原有两个6脉动变流器（整流柜）进行调节控制，保证在一组电枢调节系统故障时，提升机仍然可以满载半速运行。 　　（3）由于电动机励磁功率较小，因此，励磁调节部分的核心部件选用具有功率单元的全数字直流调节装置，进行转速调节和磁场电流调节，直接给电动机励磁绕组供电，并为电枢调节部分提供转速调节输出信号。 　　（4）西门子公司SIMOREG-K 6RA24微处理器全数字直流调节装置采用模块化的硬件结构，具有硬件结构单一、参数稳定且调整方便、调速精度高、可靠性好、便于维护、可方便地与上位机联网等特点。在我院设计的多个矿井提升机电控系统中，得到应用，效果很好。由于国内进行组装生产，价格已大为降低。因此，新增数字调节系统选用SIMOREG-K 6R24全数字直流调速板为核心，通过合适的外围电路设计，可以形成高性能的数字调节系统。 　　（5）为提高调节系统性能，同时，根据提升机后备保护的要求，在提升机上设置轴编码器进行速度检测，利用计算机系统进行位置控制和行程保护，为数字调节电路提供转速给定信号和位置控制信号等。程控转速给定和模拟系统的给定积分器转速给定，两者互为闭锁。 　　（6）安装接线时，要重视抗干扰措施，对外部模拟量信号的输入接线采用屏蔽电缆，对输出的脉冲信号采用双绞线，尽量加大与平行的电力电缆的间距。 3 应用实例 　　平顶山煤业（集团）有限责任公司十三矿是我院设计的一座大型现代化矿井，年产量1.8Mt．其副井提升系统，提升高度642米，最大提升速度10.47m/s.选用JKMD-3.5×4(I)E多绳摩擦轮提升机，用ZD99-35型，1000kW，660V，600r/min直流电动机拖动。其副井提升机电控系统设计于90年代初，采用带上位机监控的磁场换向、Simens S5-115U PLC控制的12脉动SCD-D系统供电。由于当时国内对矿井提升机电控数字调节系统的开发研制尚处于初级阶段，引进设备价格昂贵，因此，采用的是模拟调节方案。该系统对平十三矿的生产，做出了较大的贡献。随着时间的推移，模拟调节系统的固有缺点逐步暴露出来，因此，矿方要求对调节系统进行数字化改造。 　　改造方案确定在原有模拟调节系统的基础上，再增加1套数字调节系统，两者互为备用。平十三矿副井提升机电控系统改造框图如图1所示。 　　新增数字调节系统包括电枢回路数字调节部分和磁场回路数字调节部分。 　　（1）电枢回路数字调节部分，以SIMOREG-K 6RA2418-6DS22为核心。它具有电枢电流调节器、触发装置等功能。输入的信号有磁场6RA24转速调节输出信号和电枢电流反馈等信号。电枢调节部分设置有两台6RA24，分别对原有电枢回路的两台6脉动整流柜进行调节控制。在一台电枢6RA24故障时，提升机仍然可以满载半速运行。 　 　　（2）磁场回路数字调节部分，以SIMOREG-K 6RA2432-6DV62-0-ZL03为核心。它具有给定积分器、位置控制、速度调节器、力矩变化率限制、励磁电流调节器、触发装置、励磁功率单元晶闸管等功能，可实现磁场回路数字调节控制。输入的信号有转速给定信号、PLC位置控制信号、转速反馈信号和励磁电流反馈信号等。其中，转速给定信号有两种，分别为PLC方式下的程控给定和继电器简易开车方式下的给定滤波器给定，两者互为闭锁。 　　系统改造后，运行的机理是：首先，按照提升速度图的要求，PLC或给定滤波器发出相应的速度给定电压信号，送往磁场6RA24，通过其中的给定积分器，变为一个随时间连续变化的给定值信号，即提升速度图。然后，通过速度调节，转矩限幅，输出电流调节给定信号，一方面，作为励磁电流调节器的给定，确定了励磁电流的极性，决定了电动机转矩的方向；另一方面，通过绝对值调节，作为电枢6RA24中电流调节器的给定，确定了电枢电流的大小，决定了电动机转矩的大小。从而实现了磁场换向无环流逻辑控制，保证了提升机力矩图的实现。 　 　　按上述方案改造后，提升机电控系统的可靠性和稳定性将大大提高，故障率将明显低，日常维护操作更加简便，经济效益显著，特别使矿井的安全生产得到了保障。