關(guān)于礦井提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)的探討

張成剛

摘 要：礦井工作需要在工作過(guò)程中經(jīng)常性上下搬運(yùn)各種器材和材料，礦井提升機(jī)即是礦井工作中，方便人員、物質(zhì)上下的主要設(shè)備。因此，它對(duì)礦井工作的重要性不言而喻，高效安全的使用礦井提升機(jī)不僅能保證人員，工作過(guò)程的安全，更能提升礦井工作效率。對(duì)礦井提升機(jī)主要的控制系統(tǒng)和電力電氣系統(tǒng)要求自然較高。首要注意點(diǎn)是在安全性和實(shí)效性保證的同時(shí)，保證提升機(jī)電氣拖動(dòng)正常，高效完成任務(wù)，保證礦井工作人員的安全性。文章主要討論礦井提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)現(xiàn)狀，繼而對(duì)其發(fā)展方向進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：礦井；提升機(jī)；電氣控制系統(tǒng)

礦井提升機(jī)是礦井作業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中重要的大型器具設(shè)備，即為在礦井頂部通道口與底部通道口中建立起的大型垂直升降機(jī)，用途為搬運(yùn)煤礦，材料，人員和施工設(shè)備，是井上與井下的唯一通道。所以其電力傳遞特性就非常復(fù)雜與重要，電動(dòng)機(jī)的高頻率正反轉(zhuǎn)動(dòng)與制動(dòng)過(guò)程，經(jīng)常處于過(guò)負(fù)荷運(yùn)作，必須保證其正常穩(wěn)定安全的工作，才能夠保證工作人員的自身生命安全以及礦山的正常運(yùn)作。如若發(fā)生事故，往往為重大事故，發(fā)生人員死亡和礦山倒塌。因此，升降梯正常工作的重要性就是首要關(guān)鍵，要求升降機(jī)本身部件符合安全標(biāo)準(zhǔn)，保證在出現(xiàn)事故時(shí)將損失降低要最小。而后要求升降機(jī)能夠自如高效的運(yùn)作，使用過(guò)程中也要保證人員乘坐舒適。最后在前兩者基礎(chǔ)上，進(jìn)行大力發(fā)展，實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化控制，盡可能減少操作人員，防止人員浪費(fèi)。礦井提升器電控系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程應(yīng)向著無(wú)人化，網(wǎng)絡(luò)化，遠(yuǎn)程控制化，全自動(dòng)化的新型設(shè)備發(fā)展。

1 礦井提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.1 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀

如今，我國(guó)提升機(jī)電控系統(tǒng)為交流和直流并存，兩者都被大量使用，并逐步被PLC控制系統(tǒng)所取代。由于六、七十年代技術(shù)發(fā)展的停頓和較小倒退，使得我國(guó)提升機(jī)電控系統(tǒng)與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家電控系統(tǒng)水平存在較大差距。

1.1.1 交流電控系統(tǒng)

突變頻控制方式是如今大部分大功率交流電控系統(tǒng)的主要控制方式，而由于國(guó)內(nèi)技術(shù)的不成熟，基本技術(shù)水平和制造實(shí)力的欠缺，使得大部分設(shè)備都采用國(guó)外原裝進(jìn)口設(shè)備。我國(guó)自主研發(fā)小型普通交流電控系統(tǒng)經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展也小聚規(guī)模，大部分中小型礦山都采用這種繞線式交流異步電機(jī)。其主要工作原理是通過(guò)轉(zhuǎn)子的快速運(yùn)動(dòng)，加以電阻進(jìn)行調(diào)速作用的簡(jiǎn)便是控制系統(tǒng)，主要特點(diǎn)在于操作控制便捷，設(shè)備價(jià)格較低。新型PLC系統(tǒng)相結(jié)合的控制系統(tǒng)發(fā)展日趨成熟并取得了一定的市場(chǎng)，但是因其基本控制思想的腐舊，調(diào)速性能的不良，運(yùn)作效率較低等缺點(diǎn)，仍不能完全被市場(chǎng)所認(rèn)可，沒(méi)有根本行的改觀。

1.1.2 直流電控系統(tǒng)

如今的直流電控系統(tǒng)主要為1000-4000KW的直流電，用于比較大型的礦井，隨著直流電控系統(tǒng)的發(fā)展，1000KW一下的礦井也開(kāi)始大量使用。我國(guó)直流電控礦井主要存在兩個(gè)發(fā)展快速期間，分別是90年代以前和從90年代開(kāi)始到如今。90年代前主要是80年代初期，我國(guó)直流電控技術(shù)不成熟，絕大部分由模擬原件器材構(gòu)成的設(shè)備都是從外國(guó)進(jìn)口。但由于其設(shè)備龐大，運(yùn)算放大器、二極管、三極管等部分繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且運(yùn)行模板技術(shù)不成熟，故障率非常高，工作時(shí)長(zhǎng)短且不穩(wěn)定，只能進(jìn)行技術(shù)重新發(fā)展改造。90年代開(kāi)始后，我國(guó)引進(jìn)國(guó)外原裝進(jìn)口最新全數(shù)字電控設(shè)備，并對(duì)我國(guó)本土工作人員進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)，開(kāi)始國(guó)產(chǎn)化工作，推出了符合我國(guó)國(guó)情的全自動(dòng)數(shù)值化直流電控制調(diào)節(jié)控速裝置，至此才代表中國(guó)直流電控制運(yùn)行系統(tǒng)符合PLC控制，成為真正意義上的全制動(dòng)數(shù)值化設(shè)備。在90年代后期突破技術(shù)上的改造實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控，但由于我國(guó)制造業(yè)的相對(duì)不發(fā)達(dá)，大多數(shù)高性能的直流電控系統(tǒng)依舊需要從國(guó)外進(jìn)口使用。

1.2 國(guó)外現(xiàn)狀

國(guó)外礦井提升機(jī)的內(nèi)部電控系統(tǒng)與國(guó)內(nèi)相似，依靠電動(dòng)機(jī)控制不同采用交流電控制與直流電控制。發(fā)展階段基本可以分為三個(gè)階段：第一階段為50年代至60年代初期，當(dāng)時(shí)主要使用交流電繞線式電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)直接帶動(dòng)直流電機(jī)的控制系統(tǒng)作為動(dòng)力系統(tǒng)，它們的缺點(diǎn)都在于調(diào)節(jié)速度是偏差較大，運(yùn)行成本費(fèi)用高，可靠度低以及維護(hù)工作繁重，耗費(fèi)資源過(guò)多。第二個(gè)階段，是從60年代初到80年代初，當(dāng)時(shí)風(fēng)起的晶閘管因其傳動(dòng)系統(tǒng)性能優(yōu)越，在大多數(shù)礦井提升器中得到推廣，由此調(diào)節(jié)過(guò)后的電控系統(tǒng)雖然控速性能得到了大幅度提升，但由模擬原件組成的控訴器內(nèi)部硬件復(fù)雜且修復(fù)困難導(dǎo)致故障頻頻，依舊無(wú)法很好的正常安全使用。第三個(gè)階段，開(kāi)始于80年代后期，PLC控制技術(shù)崛起，廣泛被應(yīng)用與電控系統(tǒng)中，而且其器件屬于數(shù)字化控制，使礦井提升器正式成為自動(dòng)化設(shè)備，新型提升器的安全性，實(shí)效性，可靠性也大大提升，慢慢符合正常工作需要。第一臺(tái)由矢量控制的全數(shù)字化交流電控系統(tǒng)礦井提升機(jī)在德國(guó)被成功運(yùn)用。它通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)，數(shù)字化控制系統(tǒng)和遠(yuǎn)程通訊控制系統(tǒng)而聞名，全數(shù)字控制交變頻傳動(dòng)系統(tǒng)，使控速系統(tǒng)更符合人們的需求。

2 礦井提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展方向

經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展和研究，礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)發(fā)展方向基本符合以下特點(diǎn)。

2.1 傳動(dòng)方案多樣化

首先即為傳動(dòng)方式的多樣性，在經(jīng)歷了數(shù)十年演化后，大功率交流變頻技術(shù)發(fā)展越發(fā)成熟，伴隨著礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)中可傳動(dòng)安全多樣化。各種不同合理的方案和控制系統(tǒng)配合符合的傳動(dòng)系統(tǒng)開(kāi)始符合用戶的不用要求。在我國(guó)近幾年中，對(duì)礦石發(fā)展加快使得升降機(jī)更多的被使用，不同類別的大功率直流或交流變頻系統(tǒng)不斷衍生，新型設(shè)備接二連三的出現(xiàn)。而在這之中，交變頻傳動(dòng)系統(tǒng)依舊是主流研究和發(fā)展項(xiàng)目。

2.2 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化

控制系統(tǒng)是提升機(jī)的中心控制系統(tǒng)，如今的提升機(jī)控制系統(tǒng)大多采用遠(yuǎn)程I/Q系統(tǒng)，實(shí)時(shí)與主機(jī)交換內(nèi)外部信息，從根本實(shí)現(xiàn)礦山的數(shù)字化管理，從提升機(jī)傳出的控制信號(hào)通過(guò)遠(yuǎn)程通訊傳遞到集中管理系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與高層管理實(shí)現(xiàn)無(wú)縫接軌。這是控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化的最大特點(diǎn)也是一個(gè)必然的過(guò)程，同樣是實(shí)現(xiàn)礦石數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化的一個(gè)重要組成部分。

2.3 監(jiān)測(cè)智能化且保護(hù)多樣化

為保證礦山工作的正常進(jìn)行，對(duì)提升機(jī)自動(dòng)化的要求不斷提高，這就需要更具有性能性的監(jiān)管控制系統(tǒng)，保證提升機(jī)的正常運(yùn)行和可能出現(xiàn)的問(wèn)題。隨著科技進(jìn)步，各式各樣的檢測(cè)設(shè)備不斷出現(xiàn)，它們都有著一樣的功能，就是實(shí)時(shí)保證提升機(jī)的性能監(jiān)管，數(shù)字化智能化也成為理所當(dāng)然，更好的實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)管，數(shù)據(jù)的同步傳遞成為新的發(fā)展目標(biāo)。

2.4 系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控?zé)o人值守

如今，企業(yè)發(fā)展迅速，同一企業(yè)內(nèi)升降機(jī)的數(shù)量增多，工作任務(wù)增加導(dǎo)致施工人員自然減少，為了避免人員資源浪費(fèi)，倡導(dǎo)企業(yè)在保證正常安全工作的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)機(jī)房無(wú)人看管的遠(yuǎn)程集中控制管理，在不浪費(fèi)人力資源的前提下，盡可能提升生產(chǎn)效率，這就要求高智能化的管理系統(tǒng)和只能系統(tǒng)。

3 結(jié)束語(yǔ)

作為礦石施工作業(yè)必備的礦井提升機(jī)，必須保證其電控設(shè)備完善，實(shí)現(xiàn)礦山的數(shù)值化控制，智能化管理，朝著實(shí)現(xiàn)無(wú)人監(jiān)管化，網(wǎng)絡(luò)控制化，遠(yuǎn)程管理化，自動(dòng)數(shù)字化的目標(biāo)努力，在保證安全高效運(yùn)行的同時(shí)，輸出高生產(chǎn)資源，為以后礦山的新型數(shù)字化做好基礎(chǔ)。

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