導(dǎo)語(yǔ)：安全保護(hù)系統(tǒng)分析論文一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1礦井提升安全保護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)成及三級(jí)響應(yīng)

提升機(jī)安全保護(hù)系統(tǒng)，分為核心運(yùn)算保護(hù)和狀態(tài)采集保護(hù)。前者要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，依靠CPU或其它電子模塊對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)算分析，之后對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行判定；而后者僅僅直接采集數(shù)值，對(duì)數(shù)值進(jìn)行判定。核心運(yùn)算類保護(hù)分為傳動(dòng)控制保護(hù)和提升工藝保護(hù)。傳動(dòng)控制保護(hù)，在提升系統(tǒng)電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的轉(zhuǎn)換過(guò)程中起控制保護(hù)作用；工藝運(yùn)算保護(hù)，則對(duì)提升容器在井筒內(nèi)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)起保護(hù)作用。狀態(tài)采集保護(hù)分為機(jī)械數(shù)據(jù)采集保護(hù)、供配電數(shù)據(jù)采集保護(hù)、通風(fēng)冷卻數(shù)據(jù)采集保護(hù)、井筒信號(hào)數(shù)據(jù)采集保護(hù)。狀態(tài)采集保護(hù)，在提升系統(tǒng)運(yùn)行中，對(duì)各子設(shè)備的重要數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并判定數(shù)據(jù)狀態(tài)。當(dāng)判定的最終狀態(tài)對(duì)提升傳動(dòng)或提升工藝有危害，或?qū)Ω髯釉O(shè)備有危害時(shí)，提升安全保護(hù)系統(tǒng)就會(huì)依危害程度按不同級(jí)別響應(yīng)。提升系統(tǒng)按危害等級(jí)對(duì)應(yīng)三種不同的提升機(jī)系統(tǒng)響應(yīng)，從高到低分為三級(jí)：一級(jí)緊急停車響應(yīng)，液壓制動(dòng)，立即合閘；二級(jí)電氣停車響應(yīng)，通過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)矩停車并工作抱閘；三級(jí)電氣閉鎖響應(yīng)，允許操作提升機(jī)繼續(xù)運(yùn)行，但抱閘停車后禁止運(yùn)行。

2核心運(yùn)算保護(hù)分析

2.1傳動(dòng)控制保護(hù)

傳動(dòng)控制的執(zhí)行模塊是FM458，是一個(gè)高性能控制器，采用64位RISC（簡(jiǎn)化指令集）CPU，具有強(qiáng)大浮點(diǎn)運(yùn)算能力，最快循環(huán)時(shí)間是0.1ms。它的功能是控制變頻傳動(dòng)子系統(tǒng)將提升運(yùn)行速度、加速度、力/力矩，精確輸出到主軸上，讓主軸帶動(dòng)滾筒、鋼絲繩及與鋼絲繩連接的提升容器運(yùn)動(dòng)。

2.2工藝運(yùn)算保護(hù)

工藝運(yùn)算保護(hù)的執(zhí)行模塊是SIMATICS7-400PLC的CPU，它實(shí)時(shí)檢查提升容器編碼器（運(yùn)動(dòng)狀態(tài)傳感器）的測(cè)量狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)曲線。

2.2.1編碼器測(cè)量狀態(tài)保護(hù)

編碼器是一種光電式旋轉(zhuǎn)測(cè)量裝置，把輸出脈沖信號(hào)直接輸入給PLC，利用PLC的高速計(jì)數(shù)器對(duì)其脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而解算出提升容器位移和速度。提升系統(tǒng)一共安裝了3個(gè)編碼器，分別裝在和滾筒內(nèi)圓接觸的橡膠輪上、滾筒的1個(gè)輸出軸上及天輪軸端。3個(gè)編碼器在PLC中兩兩比較解算位移和速度，比較結(jié)果不符，啟動(dòng)一級(jí)緊急停車響應(yīng)。其中滑繩保護(hù)，指主軸編碼器和天輪編碼器測(cè)量位移值不符，往往是鋼絲繩打滑造成。同步點(diǎn)跳位保護(hù)：容器在井筒中運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)距離越長(zhǎng)，編碼器累積誤差越大，為消除累積誤差，在井筒內(nèi)放置一同步開(kāi)關(guān)，當(dāng)容器經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)時(shí)，編碼器測(cè)量的實(shí)際位移與同步開(kāi)關(guān)位置進(jìn)行比較，如果誤差很小，編碼器經(jīng)PLC解算的位移根據(jù)同步開(kāi)關(guān)位置更新；如果誤差較大，啟動(dòng)一級(jí)緊急停車響應(yīng)。

2.2.2運(yùn)動(dòng)曲線保護(hù)

運(yùn)動(dòng)曲線保護(hù)的原理是用標(biāo)準(zhǔn)參照曲線監(jiān)測(cè)提升系統(tǒng)運(yùn)行，運(yùn)動(dòng)曲線保護(hù)主要包括連續(xù)速度監(jiān)視保護(hù)、電子階梯速度監(jiān)視保護(hù)、末段速度階梯監(jiān)視保護(hù)、錯(cuò)向監(jiān)視保護(hù)。以李村礦副井提升系統(tǒng)下大件標(biāo)準(zhǔn)參照曲線為例，如圖2所示。圖2為提升系統(tǒng)大件模式、五階梯曲線圖。從上向下為加速度-時(shí)間（a-）t曲線，速度-時(shí)間（V-）t曲線，井筒深度為566.8m，井筒中大件重量Q為17000kg，無(wú)配重，其中速度-時(shí)間（V-）t曲線圖中附入階段加速度a、階段提升時(shí)間T、階段提升距離H的表格。Vm表示容器在井筒中平穩(wěn)運(yùn)行的最大速度，Vo表示容器接近提升終點(diǎn)時(shí)爬行速度。依據(jù)此類標(biāo)準(zhǔn)參照曲線對(duì)提升速度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。速度監(jiān)測(cè)、保護(hù)由以下組成：

a)連續(xù)速度監(jiān)視保護(hù)。PLC根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)參照曲線，繪制時(shí)間點(diǎn)精確到毫秒級(jí)速度包絡(luò)曲線，用以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井筒容器運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)速度包絡(luò)曲線與實(shí)際速度偏差過(guò)大，啟動(dòng)一級(jí)緊急停車響應(yīng)；

b)電子階梯速度監(jiān)視保護(hù)。從標(biāo)準(zhǔn)參照曲線選取有限個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，存入電子文檔，PLC讀取文檔中數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)井筒容器運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)在某位置讀取的電子階梯速度與實(shí)際速度偏差過(guò)大，啟動(dòng)一級(jí)緊急停車響應(yīng)。以上兩種保護(hù)是一致的，均是用標(biāo)準(zhǔn)參照曲線去檢查實(shí)際運(yùn)行曲線，區(qū)別在于前者是實(shí)時(shí)計(jì)算，時(shí)間精度高；后者僅讀取值，不依照曲線計(jì)算，它的精度與預(yù)置數(shù)值數(shù)量有關(guān)；

c)末段速度階梯監(jiān)視保護(hù)。圖2V-t曲線中，對(duì)應(yīng)減速段曲線的3個(gè)曲率變化，分別設(shè)置3個(gè)觸發(fā)點(diǎn)，并在電子文檔中存入觸發(fā)點(diǎn)最大速度值。當(dāng)容器經(jīng)過(guò)此觸發(fā)點(diǎn)，預(yù)存速度數(shù)值與實(shí)際速度偏差過(guò)大，啟動(dòng)一級(jí)緊急停車響應(yīng)；d)錯(cuò)向監(jiān)視保護(hù)。提升容器逆行，啟動(dòng)一級(jí)緊急停車響應(yīng)。

3狀態(tài)采集保護(hù)分析

3.1主要機(jī)械部件保護(hù)

主要機(jī)械部件保護(hù)，包括制動(dòng)閘及閘盤、液壓站、主軸與軸瓦、潤(rùn)滑站、天輪等主要設(shè)備對(duì)提升系統(tǒng)保護(hù)。制動(dòng)閘采用了常閉設(shè)計(jì)，在斷電或無(wú)油壓狀態(tài)下，完全靠彈簧機(jī)械力使制動(dòng)閘合閘，保證提升系統(tǒng)安全；液壓站輸出壓力油給制動(dòng)閘，制動(dòng)閘打開(kāi)。在提升系統(tǒng)對(duì)制動(dòng)閘故障（閘彈簧斷裂、閘磨損、閘未打開(kāi)、閘未關(guān)閉），或制動(dòng)閘合閘油壓（殘壓）、敞閘油壓不符合規(guī)定，啟動(dòng)一級(jí)緊急停車響應(yīng)。閘與閘盤距離越小時(shí)間制動(dòng)時(shí)間越短，制動(dòng)閘盤間隙＞2mm，啟動(dòng)一級(jí)緊急停車響應(yīng)。閘與閘盤摩擦溫度過(guò)高，閘盤偏擺，啟動(dòng)二級(jí)電氣停車閉鎖響應(yīng)。液壓站給制動(dòng)閘提供液壓油，對(duì)液壓油油溫、液壓油油箱油位、油過(guò)濾器堵塞情況進(jìn)行報(bào)警，提示工作人員及時(shí)處理；監(jiān)控?cái)?shù)值達(dá)到一定程度，啟動(dòng)三級(jí)電氣閉鎖響應(yīng)或更高級(jí)別響應(yīng)。主軸與軸瓦是滑動(dòng)摩擦，在提升機(jī)啟動(dòng)停止階段低速運(yùn)行時(shí)小于20r/min，潤(rùn)滑系統(tǒng)高壓泵為滑動(dòng)軸瓦提供少量高壓，抬起主軸，并在軸瓦與主軸間形成油膜，以消除軸瓦和主軸的混合摩擦。在提升機(jī)達(dá)到運(yùn)行20r/min，潤(rùn)滑系統(tǒng)的常壓潤(rùn)滑泵提供常壓潤(rùn)滑。高壓泵和常壓泵用不同管路分別向軸承注油，用同一根管路回油。潤(rùn)滑軸承常壓壓力0.7MPa，壓力降低30%，即降到0.5MPa以下；軸承軸承溫度大于75℃；常壓下注入軸承的潤(rùn)滑油，流量不足；都啟動(dòng)一級(jí)緊急停車響應(yīng)。軸承潤(rùn)滑站給主軸軸承注潤(rùn)滑油，對(duì)潤(rùn)滑油油溫、潤(rùn)滑油油箱油位、油過(guò)濾器堵塞情況進(jìn)行報(bào)警，提示工作人員及時(shí)處理；監(jiān)控?cái)?shù)值達(dá)到一定程度，啟動(dòng)三級(jí)電氣閉鎖響應(yīng)或更高級(jí)別響應(yīng)。對(duì)天輪軸承溫度設(shè)置了監(jiān)控保護(hù)，溫度過(guò)高報(bào)警，監(jiān)控?cái)?shù)值達(dá)到一定程度，啟動(dòng)三級(jí)電氣閉鎖響應(yīng)。

3.2供配電類設(shè)備狀態(tài)采集保護(hù)

經(jīng)過(guò)中壓開(kāi)關(guān)柜進(jìn)線，由主電源變壓器和勵(lì)磁變壓器，向變頻裝置、勵(lì)磁裝置提供電源，再分別輸出給電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子；由輔助變壓器10/0.4kV供給液壓站、潤(rùn)滑站、加熱器、照明、直流屏等低壓電源。中壓柜微機(jī)綜合保護(hù)測(cè)控裝置、變頻裝置、勵(lì)磁裝置設(shè)備自身已實(shí)現(xiàn)完善的電氣設(shè)備保護(hù)和故障記憶查詢功能。除此之外，將400V、230V交流的空開(kāi)輔助觸點(diǎn)接入監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)繁多的低壓空開(kāi)上電進(jìn)行監(jiān)控；并對(duì)PLC供電的24V直流，230V交流接入接地故障監(jiān)測(cè)保護(hù)。對(duì)變壓器溫度監(jiān)測(cè)保護(hù)，當(dāng)溫度超溫警告，啟動(dòng)三級(jí)電氣閉鎖響應(yīng)。當(dāng)電氣故障發(fā)生時(shí)，如引起礦井提升核心運(yùn)算保護(hù)動(dòng)作，或液壓站失電等，必然觸發(fā)一級(jí)緊急停車響應(yīng)。在電機(jī)啟動(dòng)前，主電機(jī)絕緣阻值低，觸發(fā)相關(guān)閉鎖響應(yīng)，當(dāng)故障排除后方可開(kāi)車。

3.3通風(fēng)冷卻系統(tǒng)狀態(tài)采集保護(hù)

對(duì)主電機(jī)通風(fēng)冷卻系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)、混風(fēng)、出風(fēng)的溫度進(jìn)行采集，當(dāng)溫度超溫警告，啟動(dòng)三級(jí)電氣閉鎖響應(yīng)。變頻器內(nèi)部冷卻系統(tǒng)，過(guò)濾器被污染（電導(dǎo)值大于1μS/cm），流速過(guò)低，加水水箱水位低、水流量、水溫不符合規(guī)定，啟動(dòng)二級(jí)電氣停車閉鎖響應(yīng)。變頻器外冷卻系統(tǒng)故障，停止運(yùn)行，啟動(dòng)二級(jí)電氣停車閉鎖響應(yīng)。變頻器所加水的導(dǎo)電值＜30μS/cm，加水后開(kāi)啟變頻器前，要通過(guò)循環(huán)冷卻系統(tǒng)的離子交換系統(tǒng)，將導(dǎo)電值降低到1μS/cm范圍才可冷卻變頻器。

3.4井筒信號(hào)數(shù)據(jù)采集保護(hù)

井筒信號(hào)系統(tǒng)的作用是完成井上下通訊，同時(shí)它把井口、井底附屬設(shè)備的狀態(tài)傳遞給西門子PLC。在提升系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)安全門打開(kāi)，搖臺(tái)落下，啟動(dòng)一級(jí)緊急停車響應(yīng)；提升容器觸發(fā)過(guò)卷開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)一級(jí)緊急停車響應(yīng)。

4礦井提升安全保護(hù)的應(yīng)用效果

李村煤礦副井提升系統(tǒng)自2010的安裝投運(yùn)以來(lái)，到2013年年底，提升系統(tǒng)每天平均工作16h，累計(jì)發(fā)生故障45起，累積影響運(yùn)行時(shí)間約180h，累計(jì)影響時(shí)間占總時(shí)間小于0.02％，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠、安全。而且45起故障中有一半以上是由于絞車房溫、濕度不達(dá)標(biāo)、電氣元件灰塵大、電氣元件老化、端子排接線虛接，控制柜電池電能匱乏未及時(shí)更換及維護(hù)人員操作素質(zhì)不高引發(fā)的。其中一起因勵(lì)磁輸出柜勵(lì)磁模塊保險(xiǎn)受沖擊電流損壞的故障，因礦方?jīng)]有此保險(xiǎn)配件，影響5d以上；一起因車房溫濕度不達(dá)標(biāo)，燒壞變頻器整流模塊的故障，影響時(shí)間48h；一起故障因風(fēng)道潮氣過(guò)重，定子磁包阻值降低報(bào)警，維護(hù)人員欠缺經(jīng)驗(yàn)，對(duì)風(fēng)道干燥解決方法不合適，影響約12h。在實(shí)際應(yīng)用中也發(fā)現(xiàn)，西門子提升機(jī)保護(hù)系統(tǒng)還存在一些不足，例如，對(duì)于工業(yè)用電電流閃送過(guò)于靈敏，一有閃送，往往會(huì)引起絞車急停，另外西門子消諧保護(hù)不到位，引起電氣元件擊穿老化。西門子對(duì)電氣環(huán)境使用的監(jiān)測(cè)保護(hù)、對(duì)外水冷設(shè)備空氣壓縮機(jī)保護(hù)監(jiān)控及外水冷水箱清潔度欠缺監(jiān)控保護(hù)提示。西門子在軟件界面、故障恢復(fù)的人性化引導(dǎo)方面也還需完善。

5結(jié)語(yǔ)

西門子礦井多繩摩擦式提升機(jī)安全保護(hù)系統(tǒng)幾乎覆蓋了提升系統(tǒng)所有主要故障信號(hào)點(diǎn)，在潞安集團(tuán)李村煤礦運(yùn)行4a，對(duì)提升工藝及關(guān)鍵設(shè)備監(jiān)控到位，并通過(guò)不同層級(jí)報(bào)警迅速縮小故障范圍、發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，節(jié)約了經(jīng)濟(jì)及人力成本，實(shí)現(xiàn)了提升系統(tǒng)的持續(xù)、可靠、無(wú)故障運(yùn)行，有力保障了礦山安全生產(chǎn)，是李村建設(shè)自動(dòng)化礦井、打造數(shù)字化礦山的重要構(gòu)成。

作者:張洋李衛(wèi)濤單位:潞安礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司李村煤礦建設(shè)管理處