0引言

礦井提升機電控系統(tǒng)在一定程度上代表一個廠或國家的傳動控制技術(shù)水平，它的電氣傳動及控制裝置也一直是各國電氣傳動界的一個重要研究領(lǐng)域。因此世界各大公司紛紛將新的、成熟的技術(shù)應(yīng)用于提升機電控系統(tǒng)。計算機和PLC的應(yīng)用，使提升機的控制出現(xiàn)了嶄新的面貌，其自動化水平、安全、可靠性都達到了一定新的高度。對于提升機電控系統(tǒng)，提升工藝過程大都采用微機控制。由于微機功能強，使用靈活，運算速度快，監(jiān)視顯示易于實現(xiàn)，并具有診斷功能。提升行程控制從本質(zhì)上說是一個位置控制，要保證提升容器在預(yù)定地點準確停車，要求準確度高，目前可達到士2mm。采用微機控制，在罐籠提升時可實現(xiàn)無爬行提升，大大提高了提升能力。安全回路是指提升機在出現(xiàn)機械、電氣故障時控制提升機進入安全保護狀態(tài)極為重要的環(huán)節(jié)。本項目研究，以期在運用系統(tǒng)工程理論、安全工程理論、冗余理論、可靠性理論基礎(chǔ)上建立提升機電控系統(tǒng)安全模型，提出電控系統(tǒng)安全可靠的升級方案。[1]

1系統(tǒng)升級方案

1.1礦井提升機對電氣控制系統(tǒng)的選擇

主井提升機要求是在一定的距離內(nèi)，按一定周期往復(fù)循環(huán)動作完成提升任務(wù)，調(diào)速系統(tǒng)需要啟動轉(zhuǎn)矩大、調(diào)速性能好、控制精度高，所以本項目采用雙閉環(huán)直流調(diào)速方案。調(diào)速原理框圖如下圖所示

雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)采用速度環(huán)、電流環(huán)雙閉環(huán)控制，為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，兩者之實行串級聯(lián)接?？紤]到減少變流系統(tǒng)對電網(wǎng)的干擾，尤其是減少諧波分量的對電網(wǎng)的干擾，避免對電網(wǎng)系統(tǒng)的重度污染，提高傳動系統(tǒng)的調(diào)速性能和調(diào)速精度，最終選用12脈動串聯(lián)整流的晶閘管-直流電動機調(diào)速方案。

1.2電控系統(tǒng)原理框圖

礦井提升機是煤礦生產(chǎn)的咽喉，其電控系統(tǒng)的技術(shù)性能和可靠性直接影響煤礦的生產(chǎn)。用計算機控制技術(shù)實現(xiàn)對礦井提升機的自動控制及故障自診斷，將會大大提高提升機的可靠性和可維護性，從而保證煤礦安全生產(chǎn)并提高生產(chǎn)效率。本項目選用當(dāng)今最可靠的PLC監(jiān)控系統(tǒng)。礦井提升機PLC控制系統(tǒng)原理如圖所示。

2系統(tǒng)升級過程中的安全技術(shù)研究

安全技術(shù)是指在設(shè)計、生產(chǎn)過程中為防止各種事故，并為員工提供安全、良好的勞動條件而采取的各種技術(shù)措施。對系統(tǒng)進行安全性分析的方法有許多種，每種方法都有它的適應(yīng)性，但它們之間是相互聯(lián)系、互不排斥的。事故樹分析（FAT）是安全系統(tǒng)工程中的重要分析方法之一，它能對各種系統(tǒng)或裝置的危險性進行識別和評價，既適用于定性分析，又能定量分析，具有使用范圍廣和簡明、形象的特點，體現(xiàn)了以系統(tǒng)工程方法研究安全性問題的系統(tǒng)性、準確性和預(yù)測性。在事故樹分析中，建樹的關(guān)鍵是要清楚的了解所分析的系統(tǒng)功能邏輯關(guān)系及故障模式，影響及致命度，建樹完善與否直接影響定性分析和定量計算結(jié)果是否正確，故障應(yīng)是實際系統(tǒng)故障組合和傳遞的邏輯關(guān)系的正確抽象。[2]

2.1提升機事故樹的建立

確定頂事件：提升機故障。在頂事件確定以后，并列寫出造成頂上事件的所有直接原因事件。然后依據(jù)上、下層各事件的邏輯關(guān)系，用“邏輯門”把它們連接起來。礦井提升機故障，主要分為以下三種:

(1)立即施閘類故障:發(fā)生故障時，若提升容器在井筒中，實行二級制動施閘停提升容器接近井口，立即進行安全制動施閘停車。

(2)終端施閘類故障:發(fā)生故障時，允許一次提升循環(huán)結(jié)束后再停車。

(3)報警類故障:發(fā)生故障時，僅發(fā)出聲光報警，不停車。

提升機事故樹建立如圖所示。

2.2事故樹的定性分析

事故樹分析的目的之一是找出導(dǎo)致系統(tǒng)故障發(fā)生的所有可能的故障模式。一個最小割集就是包含了最少數(shù)量而又必需的底事件的集合。事故樹的定性分析就是指求出能夠引起頂端事件的所有組合，也就是求出事故樹的最小割集。[3]

（1）下行法（Fussell-Vesely算法）求最小割集

Fussell-Vesely算法的基本原理是根據(jù)邏輯與門和或門的特征：邏輯與門增加統(tǒng)割集的容量，而邏輯或門增加割集的個數(shù)，來推導(dǎo)最小割集。具體方法如下：事故樹頂事件開始，由上到下，順次把上一級事件置換為下一級事件，遇到與門輸入事件橫向并聯(lián)寫出，遇到或門將輸入事件豎向串聯(lián)寫出，直到把全部邏輯門置換成底事件為止，此時最后一列表示出基本事件組成的割集，再將割集簡化、收得全部最小割集。下面通過表3.1說明其計算過程。

表3.1Fussell-Vesely算法求最小割集

（2）結(jié)構(gòu)重要度分析

在基本事件少的最小割集中，出現(xiàn)次數(shù)少的事件與基本事件多的最小割集中出現(xiàn)

次數(shù)多的相比較，一般前者大于后者。

2.3事故樹的定量分析

提升機事故樹的定量分析的任務(wù)是在求出各基本事件發(fā)生概率的情況基礎(chǔ)上，計算或估算系統(tǒng)頂上事件發(fā)生的概率以及系統(tǒng)的有關(guān)可靠性特性，并以此為依據(jù)，綜合考慮事故（頂上事件）的損失嚴重程度，與預(yù)定的目標進行比較。

提升機事故樹定量分析就是指：

（1）求出“提升機故障”發(fā)生的概率，即頂端事件S的發(fā)生概率；

（2）求出各個基本事件對故障發(fā)生所做的“貢獻”，即重要度。

概率重要度是頂端事件的發(fā)生概率對某個頂事件發(fā)生概率的偏導(dǎo)數(shù)，已知頂端事件的發(fā)生概率為

概率重要度雖然反映了基本事件概率變化對頂事件概率變化的貢獻，但不能反

映不同基本事件概率改進的難易程度。宜采用提高低質(zhì)量部件可靠度來改變系統(tǒng)的

可靠性，這一意義可以從關(guān)鍵重要度的定義看出：

為了計算事故樹頂端事件發(fā)生的概率和進行基本事件重要度分析，必須事先知道基本事件的發(fā)生概率。關(guān)于基本事件的發(fā)生概率，可采用統(tǒng)計法或?qū)＜抑饔^判斷法來對提升機故障的底事件的結(jié)構(gòu)重要度進行估算。[4-5]

3安全技術(shù)在項目升級中的應(yīng)用

基于事故樹模型的診斷，就是利用現(xiàn)有的測量信息和故障樹節(jié)點間的邏輯關(guān)系進行正向或反向推理，利用異常節(jié)點作為推理的起始點，利用正常節(jié)點進行假設(shè)排除，最終確定底事件的狀態(tài)。在岱莊煤礦提升機電控系統(tǒng)軟件設(shè)計中，本項目采用基于異常事件的正向確定性推理來進行故障診斷。根據(jù)最小割集中的底事件創(chuàng)建異常庫，庫中每組包含兩個底事件的故障為復(fù)合故障。取異常庫中的第一個異常事件XI判斷該異常事件是否為某故障結(jié)論，若是某故障結(jié)論則輸出該故障，并讀取下一個異常事件。若該異常實踐不是某故障結(jié)論，令J=I，把其變?yōu)閺?fù)合故障XIXJ，再判斷該異常事件是否為某復(fù)合故障結(jié)論，若不是，令J=J+1，讀取下一個復(fù)合故障，若是，輸出該故障并讀取下一個異常事件，依照上述步驟直到進行最后一異常事件，其框圖如圖所示。

根據(jù)現(xiàn)場要求及經(jīng)驗積累，可隨時增加異常庫中的異常事件及復(fù)合事件，在上位機監(jiān)控系統(tǒng)可以隨時查詢故障記錄。

4結(jié)論

本課題的研究及應(yīng)用，取得了如下創(chuàng)新性成果：

（1）項目提出了基于事故樹的提升電控系統(tǒng)安全模型，對電控系統(tǒng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行分層對比分析，為提升電控系統(tǒng)升級的安全奠定了理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

（2）項目把提升電控系統(tǒng)的安全性可以分成系統(tǒng)級、系統(tǒng)構(gòu)成環(huán)節(jié)（元素）的單元級和構(gòu)成單元的設(shè)備部件級3個層次，分層分析和安全評估，出現(xiàn)故障實現(xiàn)聯(lián)動閉鎖。系統(tǒng)在安全回路設(shè)計上，采用軟硬兩條回路實現(xiàn)增加系統(tǒng)安全性。這兩條安全回路實現(xiàn)相互冗余與閉鎖。采用軟硬安全回路相結(jié)合根本上提高了提升運行安全性。

作者簡介：

宋偉（1987-），男，河南平頂山人，在讀碩士，研究方向控制理論與控制工程專業(yè)。

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