礦用提升機電控系統的設計

王喜順

【摘 ?要】自從我國進入到一個社會主義現代化的改革開放國家進程中以后，整個工業化的水平得到了明顯的提升，其中最為明顯的就是工業自動化的控制模式應用。相對于傳統的自動化控制模式而言，現階段在礦用提升機電控系統中所應有的自動化模式將能夠幫助工作效率的提升和工作水平的進步，從而使得整個礦業操作的工作實現了可靠性、穩定性和安全性的本質提升。本文則基于礦用提升機電控系統的相關概念和基本結構為主要研究對象，論述其整體的系統設計，從而更好地讓它服務于礦業工作的進行。

【關鍵詞】礦業工作;礦用提升機;電控系統;PLC操作臺;整體優化

1.前言

我國自古就是一個地大物博、礦產資源豐富、地形地貌復雜的區域，因此在進行采礦的過程中會面臨著較多的問題，這需要借助一些比較完善的設備來處理，最常用的就是礦用提升機，它作為礦山大型固定設備之一，有效地保證了井下與地面之間的運輸工作穩定的進行。而就其工作而言，最重要的就是電控系統的設計和完善，隨著科學技術的不斷發展，幫助整個電控系統設計過程實現優化，將有效地體現出工業自動化控制的水平進步。

2.項目背景

本文針對在山西省大同市某一煤礦集團在進行實際煤礦開采過程中的礦用提升機為研究對象，主要參數如下所示。項目的具體要求相對來說比較明顯，需要在礦用電控系統進行工作的過程中，符合《煤礦安全規程》的相關規定;而且在面對故障的時候還能夠進行人工和自動化的切換，實現了速度的控制和各種類型保護措施的落實[1]。整個項目的電控系統安全回路還需要被設計成為雙線制，才會保證在相應的負載能力下實現工作的順利進行。

3.礦用提升機電控系統的主要構成及功能設計

為了使得礦用提升機能夠在實際的工程項目中發揮出巨大的作用，最關鍵、也是最重要的就是要控制好其電力系統的正常運行。因此，在現階段對礦用提升機進行改革和技術優化的過程中，一定要重視對電控系統的構成要素做好分析。

3.1電控系統的構成[2]

整個礦用提升機電控系統主要是由三個部分所構成，其中最重要的就是操作站，是決定電控系統能夠正常運行的基礎，此外有很多實際的工程和項目在進行礦井挖掘的時候，還會給電控系統另外配備一個主令操作臺，防止由于操作技術的不規范和信號的傳遞不順利而引起故障。第二個重要的組成部分則是PLC控制站，該構成部分將操作站所發出來的信息進行收集和匯總，然后傳遞給下一級的處理平臺，方便信息的傳遞。第三個重要的電控系統構成就是全數字直流動系統，這是一種必須要借助以太網或者在實際的井下作業操作現場來進行總線連接的系統，其又可以分為全數字直流調速系統C30和主回路（電樞可逆6相）這兩個主要的部分。上述這三種主要的礦用提升機電控系統能夠各司其職，并且積極主動地配合著彼此之間的工作，是極其有助于工作效率的提升和經濟效益的獲取。

3.2礦用提升機電控系統的主要功能分析

3.2.1全數字直流調速系統C30

C30是一種常見的模塊化處理器系統，現階段已經被有效地應用在了很多不同的社會城市基礎設施建設的過程中，將其安裝在適宜的工作平臺和機器上，是有助于機器的系統優化和技術性提升。因此，在礦用提升機的技術改革過程中，必須要將全數字直流調速系統進行應用，幫助提升機工作效率的進一步提升。而且C30這種借助模塊化處理電路的模式還具有很多的優點，其中最為明顯的優勢就是C30系統所涉及到的模塊類型比較少，對于實際工作的適應性和通用性相對來說比較強，而且由于電控系統的硬件配置比較簡單，具體操作的時候并不需要耗費大量的資源，最終實現了一個靈活的C30模塊化系統應用[3]。在此基礎上，為了使得C30系統能夠更加適應多樣化的工業建設和社會發展，還需要配置不同的主回路形式，比較常見的12相橋串、12相橋井、電樞可逆等。這樣的一個調速系統已經將相應的PLC系統所兼具的功能進行了重置和沿用，還會具備一定的適應性和通信性。

3.2.2PLC控制站

本次研究所采取的PLC控制站均選擇了由德國西門子所設計和生產的第S7系列產品，該種類型的產品具有很多較為先進和完備的功能。第一點是能夠按照預先設計好的工藝過程來實現PLC控制站與裝卸載I/O站之間的信息傳遞，以此來保證整個礦用提升機電控系統的起始和停止、運行的具體方法和路徑、在第一時間處理工作的故障、并及時做好相應的安全保護等措施都能夠平穩、安定地運行下去。第二點則是能夠在整個工作的過程中來實現全數字化的形成控制，進一步保證了罐籠能夠在S型的速度曲線下運動，幫助罐籠實現自動加速、變速等。

3.2.3操作站

操作站是整個礦用提升機電控系統中做出指令的中樞結構，主要是由工控機、顯示器以及打印機等設備組成的，除此以外，為了使得操作站能夠和PLC控制站結合在一起進行工作，還需要下載相應的軟件來進行整體的操控。當操作站在處理過一些工作之后還會將相應的工作情況展現在屏幕上，幫助工作人員更好地檢測整個系統的發展穩定性，這些主要是通過清晰的動態畫面來實現的，例如對于電源系統的配置畫面、設備及部件監控畫面、運行跟蹤畫面、信息記錄庫及畫面、動態曲線等，都有了一個直觀的圖面解釋，極其方便被相應的工作人員所理解和觀察[4]。操作站還能夠對系統的故障處理和相應操作信息的定位做出詳細的分析，幫助全數字傳動系統的運行和故障狀態、發生故障時提升機的運行狀態等做好及時地監控，而且還能夠把整個工作過程進行記錄，以信號轉換的模式來存儲在硬盤中，從而方便后期的查缺補漏和工作步驟監控。

3.2.4變頻調速系統

由于電控系統采用新風光高壓變頻調速系統和兩套西門子S7-300共同控制的，在其內部采取的變頻器是風光JD-BP37/38T型高壓四象限（能量回饋型）變頻器，是一種利用先進的矢量控制技術來實現對整個變頻器功率電源的合理控制[5]。

3.3礦用提升機電控系統的抗干擾能力設計

首先就是要對抗干擾的措施進行規定，主要目的是防止從交流電源線引入相應的干擾因素。電源濾波器則是在將電子電路系統的各個線路接在電源變壓器之前，讓交流50 Hz基波順利通過，從而將較高頻率的干擾信號進行過濾，這樣幫助礦用提升機的電控系統有效消除了電源串模干擾，還需要采取0.01～0.1μF的無極性電容，將其并聯到直流穩壓電路之中，有效過濾掉較高頻率的干擾。其次是對在整個電控系統信號通道中的干擾進行控制，需要注意的是在電控系統進行長線傳輸的過程中要注意對阻抗的匹配，也就是實際過程中負載與雙絞線特性阻抗之間的匹配，落實好這一工作能夠促進傳輸的穩定性維持。

4.礦用提升機電控系統的硬件設計

在對礦用提升機電控系統的硬件設計的過程中最重要的一點就是雙PLC控制系統的設計，通俗的說就是引入兩套完備功能的S7-300控制系統，來幫助提升整個礦用提升機電控系統的穩定性。具體的形式有兩種，一種是一個對應一個編碼器，另一種則是由凸輪板、測速電機、編碼器結合起來進行整體的電控工作落實。其實是在考慮到安全性的過程中，要對整個礦用提升機進行安全回路設計，主要是實現位于PLC程序中的安全回路設計和由繼電器開關串聯而形成的一種硬件安全回路，旨在發生故障的時候能夠及時切換以實現工作穩定性的提升[6]。

5.礦用提升機電控系統的軟件設計

礦用提升機電控系統的軟件設計即在計算機的控制下來進行相應基于PLC操作的軟件優化，其中對于所采取的西門子S7-300系列進行編程語言的分析和優化，這些則是通過梯形圖、功能塊圖、指令表（語句表）這三者基本的編程語言來完成。所謂的梯形表，簡稱為LAD，只一種最為普遍的編程語言，由于其余繼電器的相似性很容易被相當多的工程人員所掌握并加以應用。而針對語句表，簡稱為STL來說，則需要通過語句的表達功能來實現一些難以完成的工作運行。

6.結束語

綜上所述，作者在本文之中對礦用提升機電控系統進行了全面的剖析，希望能夠給予大家一些啟發，并且希望大家在閱讀本文之后能夠進行積極的反饋，從而全面的推進其發展。除此之外，為了使得我國的工業化實現自動控制水平的提升，以礦用提升機為主要的研究對象，以實現一個完備的全數字直流傳動系統為設計目標來進行操作，一方面是保證了整個礦用提升機電控系統的工作效率被有效地提升，另一方面還能夠及時地進行不同模式的切換。從而，使得該種類型的電控系統應用范圍變得越來越廣泛，為幫助我國工業化社會的建設而貢獻出自己的一份力量。

參考文獻：

[1]張智永.礦井提升機電控系統的研究與設計[D].安徽理工大學，2015.

[2]蔣求生.基于MPI協議的礦用提升機電控系統設計與應用[D].湘潭大學，2013.

[3]董軍.大功率全數控提升機控制系統的設計與實現[D].電子科技大學，2013.

[4]陳經艷.礦用提升絞車PLC控制系統的研究與應用[D].中南大學，2012.

[5]馬衍頌，左帥.基于PLC的礦用提升機電液制動系統設計[J].液壓與氣動，2011（07）：42-44.

[6]《礦山機械》雜志300期總索引（1973.1～2003.12）[J].礦山機械，2003（12）：92-166.

（作者單位：天津華寧電子有限公司）