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

1礦井提升安全保護系統(tǒng)的構(gòu)成及三級響應(yīng)

提升機安全保護系統(tǒng)，分為核心運算保護和狀態(tài)采集保護。前者要對數(shù)據(jù)進行采集，依靠CPU或其它電子模塊對采集數(shù)據(jù)進行復(fù)雜運算分析，之后對分析結(jié)果進行判定；而后者僅僅直接采集數(shù)值，對數(shù)值進行判定。核心運算類保護分為傳動控制保護和提升工藝保護。傳動控制保護，在提升系統(tǒng)電能轉(zhuǎn)換成機械能的轉(zhuǎn)換過程中起控制保護作用；工藝運算保護，則對提升容器在井筒內(nèi)的機械運動起保護作用。狀態(tài)采集保護分為機械數(shù)據(jù)采集保護、供配電數(shù)據(jù)采集保護、通風(fēng)冷卻數(shù)據(jù)采集保護、井筒信號數(shù)據(jù)采集保護。狀態(tài)采集保護，在提升系統(tǒng)運行中，對各子設(shè)備的重要數(shù)據(jù)進行采集，并判定數(shù)據(jù)狀態(tài)。當判定的最終狀態(tài)對提升傳動或提升工藝有危害，或?qū)Ω髯釉O(shè)備有危害時，提升安全保護系統(tǒng)就會依危害程度按不同級別響應(yīng)。提升系統(tǒng)按危害等級對應(yīng)三種不同的提升機系統(tǒng)響應(yīng)，從高到低分為三級：一級緊急停車響應(yīng)，液壓制動，立即合閘；二級電氣停車響應(yīng)，通過電機轉(zhuǎn)矩停車并工作抱閘；三級電氣閉鎖響應(yīng)，允許操作提升機繼續(xù)運行，但抱閘停車后禁止運行。

2核心運算保護分析

2.1傳動控制保護

傳動控制的執(zhí)行模塊是FM458，是一個高性能控制器，采用64位RISC（簡化指令集）CPU，具有強大浮點運算能力，最快循環(huán)時間是0.1ms。它的功能是控制變頻傳動子系統(tǒng)將提升運行速度、加速度、力/力矩，精確輸出到主軸上，讓主軸帶動滾筒、鋼絲繩及與鋼絲繩連接的提升容器運動。

2.2工藝運算保護

工藝運算保護的執(zhí)行模塊是SIMATICS7-400PLC的CPU，它實時檢查提升容器編碼器（運動狀態(tài)傳感器）的測量狀態(tài)和運動曲線。

2.2.1編碼器測量狀態(tài)保護

編碼器是一種光電式旋轉(zhuǎn)測量裝置，把輸出脈沖信號直接輸入給PLC，利用PLC的高速計數(shù)器對其脈沖信號進行計數(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個輸出軸上及天輪軸端。3個編碼器在PLC中兩兩比較解算位移和速度，比較結(jié)果不符，啟動一級緊急停車響應(yīng)。其中滑繩保護，指主軸編碼器和天輪編碼器測量位移值不符，往往是鋼絲繩打滑造成。同步點跳位保護：容器在井筒中運動，運動距離越長，編碼器累積誤差越大，為消除累積誤差，在井筒內(nèi)放置一同步開關(guān)，當容器經(jīng)過開關(guān)時，編碼器測量的實際位移與同步開關(guān)位置進行比較，如果誤差很小，編碼器經(jīng)PLC解算的位移根據(jù)同步開關(guān)位置更新；如果誤差較大，啟動一級緊急停車響應(yīng)。

2.2.2運動曲線保護

運動曲線保護的原理是用標準參照曲線監(jiān)測提升系統(tǒng)運行，運動曲線保護主要包括連續(xù)速度監(jiān)視保護、電子階梯速度監(jiān)視保護、末段速度階梯監(jiān)視保護、錯向監(jiān)視保護。以李村礦副井提升系統(tǒng)下大件標準參照曲線為例，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-時間（a-）t曲線，速度-時間（V-）t曲線，井筒深度為566.8m，井筒中大件重量Q為17000kg，無配重，其中速度-時間（V-）t曲線圖中附入階段加速度a、階段提升時間T、階段提升距離H的表格。Vm表示容器在井筒中平穩(wěn)運行的最大速度，Vo表示容器接近提升終點時爬行速度。依據(jù)此類標準參照曲線對提升速度進行監(jiān)測。速度監(jiān)測、保護由以下組成：

a)連續(xù)速度監(jiān)視保護。PLC根據(jù)標準參照曲線，繪制時間點精確到毫秒級速度包絡(luò)曲線，用以實時監(jiān)測井筒容器運行狀態(tài)。當速度包絡(luò)曲線與實際速度偏差過大，啟動一級緊急停車響應(yīng)；

b)電子階梯速度監(jiān)視保護。從標準參照曲線選取有限個監(jiān)測點，存入電子文檔，PLC讀取文檔中數(shù)據(jù)監(jiān)測井筒容器運行狀態(tài)。當在某位置讀取的電子階梯速度與實際速度偏差過大，啟動一級緊急停車響應(yīng)。以上兩種保護是一致的，均是用標準參照曲線去檢查實際運行曲線，區(qū)別在于前者是實時計算，時間精度高；后者僅讀取值，不依照曲線計算，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。圖2V-t曲線中，對應(yīng)減速段曲線的3個曲率變化，分別設(shè)置3個觸發(fā)點，并在電子文檔中存入觸發(fā)點最大速度值。當容器經(jīng)過此觸發(fā)點，預(yù)存速度數(shù)值與實際速度偏差過大，啟動一級緊急停車響應(yīng)；d)錯向監(jiān)視保護。提升容器逆行，啟動一級緊急停車響應(yīng)。

3狀態(tài)采集保護分析

3.1主要機械部件保護

主要機械部件保護，包括制動閘及閘盤、液壓站、主軸與軸瓦、潤滑站、天輪等主要設(shè)備對提升系統(tǒng)保護。制動閘采用了常閉設(shè)計，在斷電或無油壓狀態(tài)下，完全靠彈簧機械力使制動閘合閘，保證提升系統(tǒng)安全；液壓站輸出壓力油給制動閘，制動閘打開。在提升系統(tǒng)對制動閘故障（閘彈簧斷裂、閘磨損、閘未打開、閘未關(guān)閉），或制動閘合閘油壓（殘壓）、敞閘油壓不符合規(guī)定，啟動一級緊急停車響應(yīng)。閘與閘盤距離越小時間制動時間越短，制動閘盤間隙＞2mm，啟動一級緊急停車響應(yīng)。閘與閘盤摩擦溫度過高，閘盤偏擺，啟動二級電氣停車閉鎖響應(yīng)。液壓站給制動閘提供液壓油，對液壓油油溫、液壓油油箱油位、油過濾器堵塞情況進行報警，提示工作人員及時處理；監(jiān)控數(shù)值達到一定程度，啟動三級電氣閉鎖響應(yīng)或更高級別響應(yīng)。主軸與軸瓦是滑動摩擦，在提升機啟動停止階段低速運行時小于20r/min，潤滑系統(tǒng)高壓泵為滑動軸瓦提供少量高壓，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。在提升機達到運行20r/min，潤滑系統(tǒng)的常壓潤滑泵提供常壓潤滑。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滑油，流量不足；都啟動一級緊急停車響應(yīng)。軸承潤滑站給主軸軸承注潤滑油，對潤滑油油溫、潤滑油油箱油位、油過濾器堵塞情況進行報警，提示工作人員及時處理；監(jiān)控數(shù)值達到一定程度，啟動三級電氣閉鎖響應(yīng)或更高級別響應(yīng)。對天輪軸承溫度設(shè)置了監(jiān)控保護，溫度過高報警，監(jiān)控數(shù)值達到一定程度，啟動三級電氣閉鎖響應(yīng)。

3.2供配電類設(shè)備狀態(tài)采集保護

經(jīng)過中壓開關(guān)柜進線，由主電源變壓器和勵磁變壓器，向變頻裝置、勵磁裝置提供電源，再分別輸出給電機定子和轉(zhuǎn)子；由輔助變壓器10/0.4kV供給液壓站、潤滑站、加熱器、照明、直流屏等低壓電源。中壓柜微機綜合保護測控裝置、變頻裝置、勵磁裝置設(shè)備自身已實現(xiàn)完善的電氣設(shè)備保護和故障記憶查詢功能。除此之外，將400V、230V交流的空開輔助觸點接入監(jiān)控系統(tǒng)，對繁多的低壓空開上電進行監(jiān)控；并對PLC供電的24V直流，230V交流接入接地故障監(jiān)測保護。對變壓器溫度監(jiān)測保護，當溫度超溫警告，啟動三級電氣閉鎖響應(yīng)。當電氣故障發(fā)生時，如引起礦井提升核心運算保護動作，或液壓站失電等，必然觸發(fā)一級緊急停車響應(yīng)。在電機啟動前，主電機絕緣阻值低，觸發(fā)相關(guān)閉鎖響應(yīng)，當故障排除后方可開車。

3.3通風(fēng)冷卻系統(tǒng)狀態(tài)采集保護

對主電機通風(fēng)冷卻系統(tǒng)的進風(fēng)、混風(fēng)、出風(fēng)的溫度進行采集，當溫度超溫警告，啟動三級電氣閉鎖響應(yīng)。變頻器內(nèi)部冷卻系統(tǒng)，過濾器被污染（電導(dǎo)值大于1μS/cm），流速過低，加水水箱水位低、水流量、水溫不符合規(guī)定，啟動二級電氣停車閉鎖響應(yīng)。變頻器外冷卻系統(tǒng)故障，停止運行，啟動二級電氣停車閉鎖響應(yīng)。變頻器所加水的導(dǎo)電值＜30μS/cm，加水后開啟變頻器前，要通過循環(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井筒信號數(shù)據(jù)采集保護

井筒信號系統(tǒng)的作用是完成井上下通訊，同時它把井口、井底附屬設(shè)備的狀態(tài)傳遞給西門子PLC。在提升系統(tǒng)運行時安全門打開，搖臺落下，啟動一級緊急停車響應(yīng)；提升容器觸發(fā)過卷開關(guān)，啟動一級緊急停車響應(yīng)。

4礦井提升安全保護的應(yīng)用效果

李村煤礦副井提升系統(tǒng)自2010的安裝投運以來，到2013年年底，提升系統(tǒng)每天平均工作16h，累計發(fā)生故障45起，累積影響運行時間約180h，累計影響時間占總時間小于0.02％，運行穩(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、濕度不達標、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更換及維護人員操作素質(zhì)不高引發(fā)的。其中一起因勵磁輸出柜勵磁模塊保險受沖擊電流損壞的故障，因礦方?jīng)]有此保險配件，影響5d以上；一起因車房溫濕度不達標，燒壞變頻器整流模塊的故障，影響時間48h；一起故障因風(fēng)道潮氣過重，定子磁包阻值降低報警，維護人員欠缺經(jīng)驗，對風(fēng)道干燥解決方法不合適，影響約12h。在實際應(yīng)用中也發(fā)現(xiàn)，西門子提升機保護系統(tǒng)還存在一些不足，例如，對于工業(yè)用電電流閃送過于靈敏，一有閃送，往往會引起絞車急停，另外西門子消諧保護不到位，引起電氣元件擊穿老化。西門子對電氣環(huán)境使用的監(jiān)測保護、對外水冷設(shè)備空氣壓縮機保護監(jiān)控及外水冷水箱清潔度欠缺監(jiān)控保護提示。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

西門子礦井多繩摩擦式提升機安全保護系統(tǒng)幾乎覆蓋了提升系統(tǒng)所有主要故障信號點，在潞安集團李村煤礦運行4a，對提升工藝及關(guān)鍵設(shè)備監(jiān)控到位，并通過不同層級報警迅速縮小故障范圍、發(fā)現(xiàn)故障點，節(jié)約了經(jīng)濟及人力成本，實現(xiàn)了提升系統(tǒng)的持續(xù)、可靠、無故障運行，有力保障了礦山安全生產(chǎn)，是李村建設(shè)自動化礦井、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)集團有限責(zé)任公司李村煤礦建設(shè)管理處