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礦井提升機TKD 系統的缺點及改造方案

2017-12-19 11:02:38 點擊數:

一、引言

    礦用提升機是礦山的重要設備之一,是聯系井下與地面的主要運輸工具,主要用于煤礦、金屬礦和非金屬礦中提升煤炭、礦石、升降人員、下放材料、工具和設備等。而提升機電控裝置的技術性能,直接影響礦山生產的效率及安全,又代表著礦井提升機發展的整體水平。因此,要求礦井提升機拖動系統具有安全可靠、運行高效且定位準確的能力。

    2015年2月13日,國家安全監管總局發布了《國家安全監管總局關于發布金屬非金屬礦山禁止使用的設備及工藝目錄(第二批)》,其中規定了TKD型提升機電控裝置及使用繼電器結構原理的提升機電控裝置,金屬非金屬地下礦山自發布之日起一年后禁止使用。 

二、礦井提升機TKD系統 

    什么是礦井提升TKD系統?國家安全監管總局為什么要禁止使用呢?

    TKD電控系統是采用由繼電器、接觸器等邏輯電路組成的有觸點控制盤、以及為完成速度閉環控制用的磁放大器單閉環自動控制器、直流測速發電機檢測提升機運行速度、機械牌坊式深度指示器體現提升位置等組成的硬接線式的電氣控制系統。自20世紀60年代開始,提升機TKD系統已經在我國地面和井下提升絞車上應用,為我國的提升機電控領域做出過重要貢獻。

    但是此種控制系統,由于設計時期的整體技術水平和使用器件特性的限制,存在許多先天性的缺陷,如故障率高、可靠性低、噪音大、查找故障難的嚴重缺陷,直接影響了提升設備的技術性能。主要表現在:

    1、使用大功率繼電器(接觸器)多達幾十個,加之大量的大功率整流管、線繞電阻、紙介電容和時間、電流控制器件。功耗多、參數整定困難、整體結構復雜龐大。各控制觸點易受電弧侵蝕和環境氧化,故障率高。據統計,提升機故障中,電控設備約占60%。

    2、控制器件磁放大器線性度差,為了獲得由零開始的起控點和良好的線性,要施加偏移電流和做截取中間段工作,參數調整困難。測速發電機輸出特性對勵磁電源的依賴性大,正反向特性不能保證相同,采用直流發電機形式,維護量很大。減速段的按行程給定是用凸輪板推動自整角機實現的,凸輪板的制作和自整角機調整相當困難。這幾個因素使系統的速度閉環自動控制很難保證要求的特性,遇到多水平提升的情況更是難以解決。

    3、系統的安全保護環節由于受元器件特性的限制,一般難以保證工作的可靠性。為了確保安全,幾乎所有的電控系統都需增設用電子器件實現的后備保護。另外,安全回路參數的動作,大部分都是瞬時作用,出現問題很難查找。

    4、整個電控系統完全是用電氣元器件連線而成,一旦產品形成,就很難再根據現場要求改變控制內容,直接限制了產品通用性。電控設備使用元器件多,元器件間的連線復雜,設備間的接線有幾百根。各輸入輸出控制接點在電路中的關系是串聯并聯,不可能采用手段監視每個接點的通斷情況。產生故障后,全憑維護人員的經驗判斷,使處理問題的時間長。

    5、提升機的運行速度、行程等采用模擬顯示,顯示不準確,全憑司機的經驗去操作,司機的責任重、勞動強度大,存在的安全隱患多。

    國家為了提高礦山安全保障能力,淘汰那些安全性能低下、危及安全生產的落后設備和工藝,預防生產安全事故的發生,因此基于以上這些TKD系統的缺點,國家安全監管總局下令禁止使用TKD系統。并且國家《安全生產法》和國務院令第446號《國務院關于預防煤礦生產安全事故的特別規定》,以及安監總煤裝〔2008〕49號文《禁止井工煤礦使用的設備及工藝目錄》(第二批)的通知要求中,也早已將礦井提升TKD控制系統列入煤礦禁止使用的電控系統。

三、提升機TKD系統的改造方案


    近年來,采用 PLC作為主控器件,配以軸編碼器等其它傳感器組成的數字化控制技術對傳統TKD電控系統進行技術升級改造取得了很大成功,提高了提升系統可靠性,減少了機電事故的發生。

    焦作華飛電子電器股份有限公司早在1993年就已將PLC應用于提升機控制系統,是國內第一家將可編程控制器(PLC)應用于礦井提升機控制系統的生產廠家。

    PLC除替代傳統電控系統中的部分單元繼電器,如延時回路中的時間繼電器、測速回路中的速度繼電器、方向繼電器、錯向繼電器等,還可替代磁放大器以實現可調閘閉環控制、制動電源速度閉環控制。該PLC控制系統能實現提升機全行程速度保護、過減速點后自動減速等,還能準確給出減速點、過卷點、解除二級制動點等的位置信號。

    顯示部分采用觸摸式液晶顯示屏,能以數字的形式顯示提升機運行的速度、行程、打點次數、制動油壓、潤滑油壓、提升鉤數等,還能顯示提升機電控發生的故障,方便檢修。

    總之,華飛公司生產的PLC控制系統具有過程控制全數字、安全回路雙線制、控制電路模塊化、彩屏隨時顯參數、報警內容語言化、控制過程程序化等特點。

TKD系統改造方案如下: 

1、改造方案一 

    改造方案一還采用交流串電阻調速方式,改造時,將現場的TKD控制系統更換為PLC控制系統,主要設備有智能型主控臺、電氣制動電源柜、換向柜、可控硅加速柜,保留現場原有的高低壓開關柜、金屬電阻。


系統配置圖

2、改造方案二 

    改造方案二,淘汰現場的交流串電阻調速方式,將現場的TKD控制系統更換為PLC變頻控制系統,主要設備有智能型主控臺、變頻調速柜,保留現場原有的高低壓開關柜。改造時,可以還采用原有繞線式電機(改造時將轉子回路短接),也可以更換為變頻電動機。

 

系統配置圖

四、總評

    經過改造后,電控系統彌補了TKD控制系統的缺點,不僅具有《煤礦安全規程》要求的保護和閉鎖功能外,而且還增加了軟件的保護功能,提高了提升系統的安全性,使提升機電控系統保護更加安全可靠,絞車司機操作更加方便,運行故障率低,大大增加了有效提升時間,提高了礦井的提升能力。

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