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矿井提升机TKD 系统的缺点及改造方案

2017-12-19 11:02:38 点击数:

一、引言

    矿用提升机是矿山的重要设备之一,是联系井下与地面的主要运输工具,主要用于煤矿、金属矿和非金属矿中提升煤炭、矿石、升降人员、下放材料、工具和设备等。而提升机电控装置的技术性能,直接影响矿山生产的效率及安全,又代表着矿井提升机发展的整体水平。因此,要求矿井提升机拖动系统具有安全可靠、运行高效且定位准确的能力。

    2015年2月13日,国家安全监管总局发布了《国家安全监管总局关于发布金属非金属矿山禁止使用的设备及工艺目录(第二批)》,其中规定了TKD型提升机电控装置及使用继电器结构原理的提升机电控装置,金属非金属地下矿山自发布之日起一年后禁止使用。 

二、矿井提升机TKD系统 

    什么是矿井提升TKD系统?国家安全监管总局为什么要禁止使用呢?

    TKD电控系统是采用由继电器、接触器等逻辑电路组成的有触点控制盘、以及为完成速度闭环控制用的磁放大器单闭环自动控制器、直流测速发电机检测提升机运行速度、机械牌坊式深度指示器体现提升位置等组成的硬接线式的电气控制系统。自20世纪60年代开始,提升机TKD系统已经在我国地面和井下提升绞车上应用,为我国的提升机电控领域做出过重要贡献。

    但是此种控制系统,由于设计时期的整体技术水平和使用器件特性的限制,存在许多先天性的缺陷,如故障率高、可靠性低、噪音大、查找故障难的严重缺陷,直接影响了提升设备的技术性能。主要表现在:

    1、使用大功率继电器(接触器)多达几十个,加之大量的大功率整流管、线绕电阻、纸介电容和时间、电流控制器件。功耗多、参数整定困难、整体结构复杂庞大。各控制触点易受电弧侵蚀和环境氧化,故障率高。据统计,提升机故障中,电控设备约占60%。

    2、控制器件磁放大器线性度差,为了获得由零开始的起控点和良好的线性,要施加偏移电流和做截取中间段工作,参数调整困难。测速发电机输出特性对励磁电源的依赖性大,正反向特性不能保证相同,采用直流发电机形式,维护量很大。减速段的按行程给定是用凸轮板推动自整角机实现的,凸轮板的制作和自整角机调整相当困难。这几个因素使系统的速度闭环自动控制很难保证要求的特性,遇到多水平提升的情况更是难以解决。

    3、系统的安全保护环节由于受元器件特性的限制,一般难以保证工作的可靠性。为了确保安全,几乎所有的电控系统都需增设用电子器件实现的后备保护。另外,安全回路参数的动作,大部分都是瞬时作用,出现问题很难查找。

    4、整个电控系统完全是用电气元器件连线而成,一旦产品形成,就很难再根据现场要求改变控制内容,直接限制了产品通用性。电控设备使用元器件多,元器件间的连线复杂,设备间的接线有几百根。各输入输出控制接点在电路中的关系是串联并联,不可能采用手段监视每个接点的通断情况。产生故障后,全凭维护人员的经验判断,使处理问题的时间长。

    5、提升机的运行速度、行程等采用模拟显示,显示不准确,全凭司机的经验去操作,司机的责任重、劳动强度大,存在的安全隐患多。

    国家为了提高矿山安全保障能力,淘汰那些安全性能低下、危及安全生产的落后设备和工艺,预防生产安全事故的发生,因此基于以上这些TKD系统的缺点,国家安全监管总局下令禁止使用TKD系统。并且国家《安全生产法》和国务院令第446号《国务院关于预防煤矿生产安全事故的特别规定》,以及安监总煤装〔2008〕49号文《禁止井工煤矿使用的设备及工艺目录》(第二批)的通知要求中,也早已将矿井提升TKD控制系统列入煤矿禁止使用的电控系统。

三、提升机TKD系统的改造方案


    近年来,采用 PLC作为主控器件,配以轴编码器等其它传感器组成的数字化控制技术对传统TKD电控系统进行技术升级改造取得了很大成功,提高了提升系统可靠性,减少了机电事故的发生。

    焦作华飞电子电器股份有限公司早在1993年就已将PLC应用于提升机控制系统,是国内第一家将可编程控制器(PLC)应用于矿井提升机控制系统的生产厂家。

    PLC除替代传统电控系统中的部分单元继电器,如延时回路中的时间继电器、测速回路中的速度继电器、方向继电器、错向继电器等,还可替代磁放大器以实现可调闸闭环控制、制动电源速度闭环控制。该PLC控制系统能实现提升机全行程速度保护、过减速点后自动减速等,还能准确给出减速点、过卷点、解除二级制动点等的位置信号。

    显示部分采用触摸式液晶显示屏,能以数字的形式显示提升机运行的速度、行程、打点次数、制动油压、润滑油压、提升钩数等,还能显示提升机电控发生的故障,方便检修。

    总之,华飞公司生产的PLC控制系统具有过程控制全数字、安全回路双线制、控制电路模块化、彩屏随时显参数、报警内容语言化、控制过程程序化等特点。

TKD系统改造方案如下: 

1、改造方案一 

    改造方案一还采用交流串电阻调速方式,改造时,将现场的TKD控制系统更换为PLC控制系统,主要设备有智能型主控台、电气制动电源柜、换向柜、可控硅加速柜,保留现场原有的高低压开关柜、金属电阻。


系统配置图

2、改造方案二 

    改造方案二,淘汰现场的交流串电阻调速方式,将现场的TKD控制系统更换为PLC变频控制系统,主要设备有智能型主控台、变频调速柜,保留现场原有的高低压开关柜。改造时,可以还采用原有绕线式电机(改造时将转子回路短接),也可以更换为变频电动机。

 

系统配置图

四、总评

    经过改造后,电控系统弥补了TKD控制系统的缺点,不仅具有《煤矿安全规程》要求的保护和闭锁功能外,而且还增加了软件的保护功能,提高了提升系统的安全性,使提升机电控系统保护更加安全可靠,绞车司机操作更加方便,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。

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