煤礦提升機(jī)的自動化控制探討

摘要：煤礦礦井提升機(jī)是礦產(chǎn)資源開發(fā)的關(guān)鍵設(shè)備之一，交流礦井提升機(jī)自動化節(jié)能控制系統(tǒng)將逐漸取代以往傳統(tǒng)的直流調(diào)速控制系統(tǒng)，其采用先進(jìn)的變頻矢量控制技術(shù)、雙PLC完全控制技術(shù)、通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，大大提高了設(shè)備的可靠性、安全性和實用性，不僅實現(xiàn)了提升機(jī)軟啟動、軟停車、連續(xù)平滑調(diào)速，而且能夠適應(yīng)不同的提升工況要求。

關(guān)鍵詞：煤礦提升機(jī)；自動化控制；礦產(chǎn)資源開發(fā)；計算機(jī)控制技術(shù)；變頻調(diào)速技術(shù) 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TD534 文章編號：1009-2374（2015）08- DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.

煤礦礦井提升機(jī)是自動化一體的大型機(jī)械，如今廣泛應(yīng)用于各類礦產(chǎn)資源的開采，在實際應(yīng)用中多作為提升開采礦物、升降工作人員以及必備大型器材，是煤礦等礦產(chǎn)資源開采的重要設(shè)備。目前在礦產(chǎn)資源開采領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的便是交直交變頻電動機(jī)的提升機(jī)，隨著數(shù)字矢量控制技術(shù)的技術(shù)日漸完善成熟，交流式的提升機(jī)逐步取代了傳統(tǒng)的直流式調(diào)速提升機(jī)，成為礦產(chǎn)資源開采領(lǐng)域的主流應(yīng)用方案。本文將針對礦產(chǎn)資源開發(fā)的提升機(jī)的自動化控制進(jìn)行全面介紹與分析。

1 提升機(jī)自動化的研究目的與意義

經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前我國礦產(chǎn)資源開發(fā)所應(yīng)用的提升機(jī)控制系統(tǒng)大多為轉(zhuǎn)子串電阻的調(diào)速方案，能源消耗與空間占用都比較大，已經(jīng)不能很好地適應(yīng)礦業(yè)資源的可持續(xù)發(fā)展的理念與應(yīng)用需要，因此研究開發(fā)出適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展的提升機(jī)控制系統(tǒng)很有必要。

礦產(chǎn)資源開發(fā)提升機(jī)自動化控制系統(tǒng)運用可變頻的可編程控制起來實現(xiàn)控制，其特點是安全可靠性高，在電機(jī)的變頻傳動模塊，可以使用交流變頻的數(shù)字矢量控制，可以提升效率、保障安全、節(jié)約效能，該控制系統(tǒng)技術(shù)將是現(xiàn)代化礦采提升機(jī)的主要研究方向和目的。

2 礦產(chǎn)資源提升機(jī)的分類

礦產(chǎn)開采提升機(jī)的組成部分有變頻電動機(jī)、調(diào)速減速器、摩擦輪（卷筒）、傳感指示網(wǎng)絡(luò)、自動控制系統(tǒng)等。按照提升機(jī)的工作方式分類可分為纏繞式提升機(jī)和摩擦式提升機(jī)兩大類別，如下圖1所示：

圖1

2.1 纏繞式提升機(jī)

礦產(chǎn)資源開采中纏繞式提升機(jī)可依據(jù)卷數(shù)的不同分雙卷筒提升機(jī)和單卷筒提升機(jī)。雙卷筒式的提升機(jī)顧名思義是由兩鉤做提升，有兩根鋼絲繩組分別固定在兩個卷筒上，兩個卷筒工作時，一個轉(zhuǎn)筒可以提升容器，另一個則是下降容器；而單卷筒是以單鉤作為提升物，一組鋼絲繩一段連接轉(zhuǎn)筒，另一端則與提升容器連接，轉(zhuǎn)筒工作時，鋼絲繩依靠轉(zhuǎn)筒的方向而控制容器的提升與下放。

根據(jù)卷筒的外形也可以將纏繞式提升機(jī)分為等直徑與變直徑兩種形狀。等直徑卷筒纏繞式提升機(jī)由于制造結(jié)構(gòu)簡單，制造成本相對較低，被廣泛應(yīng)用于實際生產(chǎn)當(dāng)中。等直徑卷筒的提升機(jī)也有其弊端，在礦井深處作業(yè)的時候，可能會因為鋼絲繩組兩側(cè)長度承壓不一，力矩很難形成平衡，因此等直徑的卷筒提升機(jī)逐漸被淘汰，如今的實際生產(chǎn)多運用尾繩進(jìn)行平衡處理。

2.2 摩擦式提升機(jī)

多繩式纏繞提升機(jī)，在超深井礦采作業(yè)中，提升機(jī)的鋼絲繩組需要承受較大的力矩變化，從而影響鋼絲繩組的使用壽命，同時尾繩在超深井中懸垂的長度很大，在井筒中很容易旋轉(zhuǎn)扭曲，對正常安全的作業(yè)帶來影響，而多繩組的摩擦式提升機(jī)很好解決了相應(yīng)的問題，其安全保障性能高，繩組的直徑細(xì)小，主動輪的直徑小，電機(jī)設(shè)備輕量化，耗能較少，成本較低，不僅適用于超深井的相關(guān)作業(yè)，同樣可運用與淺立井、斜井提升等領(lǐng)域。

3 提升機(jī)的PLC自動化控制

PLC可編程自動化控制系統(tǒng)被廣泛用于礦產(chǎn)開發(fā)以及各大工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，其憑借著技術(shù)優(yōu)勢以及靈活可靠的控制模式長久引領(lǐng)自動化市場。如今隨著時代進(jìn)步經(jīng)濟(jì)增長，現(xiàn)代化生產(chǎn)對設(shè)備體系提出了更高更多的功能需求，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)往往不能很好地適應(yīng)現(xiàn)代化的進(jìn)程，煤礦提升機(jī)的自動化控制同樣需要集成程度高、自控能力強(qiáng)的系統(tǒng)體系，因此在PLC系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，需要建立更為完善的基礎(chǔ)設(shè)施，力圖打造綜合性強(qiáng)、可靠性高的自控系統(tǒng)。

3.1 PLC自動化提升機(jī)程序設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，采用合適的設(shè)計方法來設(shè)計PLC程序。程序要以滿足系統(tǒng)控制要求為主線，逐一編寫實現(xiàn)提升機(jī)各控制功能或各子任務(wù)的程序，逐步完善系統(tǒng)指定的功能。除此之外，程序通常還應(yīng)包括以下

內(nèi)容：

3.1.1 在PLC上電后，一般都要做一些初始化的操作，避免提升機(jī)在控制系統(tǒng)測試中發(fā)生誤操作。自動化控制程序的初始化步驟大致有：對提升機(jī)控制系統(tǒng)原有的數(shù)據(jù)區(qū)、計數(shù)單位進(jìn)行清零操作，對數(shù)據(jù)區(qū)的重要參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，檢測中如有缺失或遺漏需要進(jìn)行針對性的數(shù)據(jù)恢復(fù)，為提升機(jī)的主控電動機(jī)、摩擦輪等設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場置位。

3.1.2 針對煤礦提升機(jī)的整體系統(tǒng)以及相關(guān)主控部位進(jìn)行檢測、故障診斷排修等相關(guān)操作流程的設(shè)計。

3.1.3 煤礦提升機(jī)工作的系統(tǒng)安全保護(hù)以及邏輯程序是系統(tǒng)正常運行的重要部分，合理化的邏輯流程一定程度上減少了人員的控制操作，增加系統(tǒng)設(shè)備的自動化率，有效避免了由于人員非法操可能引起的系統(tǒng)控制的邏輯混亂。

3.2 自動化控制的模擬調(diào)試以及聯(lián)機(jī)調(diào)試

PLC自動化控制程序的測試根據(jù)現(xiàn)場信號的不同產(chǎn)生方式可以分為軟件模擬法以及硬件模擬測試法。

3.2.1 自動化程序檢測軟件模擬法是基于原有的PLC控制系統(tǒng)編寫的一套仿真系統(tǒng)程序，可以形象逼真地模擬出煤礦提升機(jī)現(xiàn)場的工作信號，利用這種測試方法簡單易行，為調(diào)試設(shè)計提供了便利，但是對于煤礦現(xiàn)場的實效感控有所欠缺。

3.2.2 硬件模擬測試法是將傳感設(shè)備（如用另一臺PLC或一些輸入器件等）模擬煤礦提升機(jī)的現(xiàn)場工作信號，并能夠?qū)⑿盘栆杂步泳€的方式連到PLC系統(tǒng)的輸入端，這種測試方式具有較強(qiáng)的時效性。

4 自動化提升機(jī)中的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

提升機(jī)的自動化控制被更高的要求在實際生產(chǎn)當(dāng)中，隨著科學(xué)與經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也被更多地應(yīng)用到礦產(chǎn)資源開采當(dāng)中。帶有物聯(lián)網(wǎng)傳感器的提升機(jī)能夠通過編碼器檢測感知電機(jī)的速度、位置信息以及實時視頻，并且同步到主控裝置，它通過信號控制器組件，將并行的信號轉(zhuǎn)換為可長距傳輸?shù)母咚俅行盘枺瑢λ俣取⑽恢谩踩刃畔⑦M(jìn)行實時管控。物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字矢量變頻技術(shù)擁有精度高、調(diào)速范圍廣、啟動轉(zhuǎn)矩大等特點，完全能夠滿足提升機(jī)的四象限運行要求。同時具有安全回路采用繼電器直動安全回路和PLC程序安全回路的多重冗余，有行程和速度多路監(jiān)控與保護(hù)功能，場傳感器、接近開關(guān)斷線、松繩故障偵測與保護(hù)。系統(tǒng)自動優(yōu)化的控制程序，為用戶解決的適合現(xiàn)場工況的最優(yōu)化控制模型。充分考慮了設(shè)備安全性能、提升效率、降低損耗、延長使用壽命等各種因素。

5 結(jié)語

在未來的煤礦提升機(jī)自控系統(tǒng)領(lǐng)域，PLC控制系統(tǒng)仍將發(fā)揮著主導(dǎo)作用。隨著工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)步以及對系統(tǒng)設(shè)備的需求提高，自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用計算機(jī)控制技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)傳感體統(tǒng)，煤礦提升機(jī)控制系統(tǒng)的安全性與可靠性將得到更為有力的保障。可編程控制器（PLC）是礦產(chǎn)資源開采產(chǎn)業(yè)應(yīng)用最為廣泛的新興技術(shù)，其擁有人性化的人機(jī)交互界面，簡潔方便的操作，兼容性靈活性都很強(qiáng)，后期維護(hù)簡便，目前已經(jīng)作為提升機(jī)控制系統(tǒng)的技術(shù)主流。PLC系統(tǒng)擁有提升機(jī)專用電子模塊組成的提升機(jī)控制設(shè)備以及自動化控制體系，為制造產(chǎn)業(yè)樹立了工程性標(biāo)桿，為提升機(jī)的大功率、低能耗、高保障的系統(tǒng)研制奠定了堅實可靠的

基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳春林.淺談全數(shù)字煤礦主井直流提升機(jī)的自動化控制技術(shù)[J].科技致富向?qū)В?013，（18）.

[2] 曾志偉.對礦山提升機(jī)自動化控制趨勢的探討[J].建材與裝飾，2012，（24）.

[3] 孫鵬.對礦山提升機(jī)自動化控制趨勢的探討[J].中小企業(yè)管理與科技，2014，（31）.

作者簡介：喬道新（1984-），男，山西山陰人，山西省大同煤礦集團(tuán)四老溝礦助理工程師，研究方向：煤礦機(jī)電。

（責(zé)任編輯：蔣建華）