副井多中段提升系統智能數車裝置的研發與應用

金川集團股份有限公司二礦區 甘肅金昌 737100

目前，國內副井提升系統的礦車計數方式主要有兩種：一是人工計數，在井口設置獨立崗位，人工數車；二是自動計數，在井口安裝超聲波或紅外線檢測裝置，利用非接觸式檢測開關，結合 PLC自動計數。與人工計數相比，自動計數既節省了勞動力，又提高了計數的準確性，但也有瑕疵：第一，增加了相關投資和后期維護成本；第二，無法識別混在重車中的空車，偶發統計失真；第三，對多中段提升系統而言，無法確定礦車始發地。

為了解決上述問題，筆者提出了一種新的礦車計數方式。通過研究提升機的電樞電流和提升載荷之間的關系，實現準確的廢石車數統計，并自動生成生產報表。

1 研發構思

提升系統動力方程式為

式中：F為提升機主軸的拖動力，N；k為礦井阻力系數；Q為單次提升載荷，kg；g為重力加速度，m/s2；p為鋼絲繩質量，kg；H為提升高度，m；x為罐籠距離井口的距離，m；∑m為系統的變位質量之和，kg；a為提升容器的加減速度，m/s2。

對于采用等重尾繩的提升系統而言，罐籠處于井筒中間時，H=x，主繩尾繩質量相同，忽略主尾繩影響，公式可簡化為

電動機拖動力矩M與提升機主軸拖動力F的關系為

式中：R為卷筒半徑，m；i為減速器減速比；η為減速機效率。

對于卷筒直聯形式，可簡化為

電動機的拖動力矩M與電流I成正比，

結合式 (2)、(4)和 (5)，得出電樞電流和提升載荷之間的關系為

綜上所述，罐籠在井筒中間位置時，提升載荷和電動機電樞電流成正比。基于以上數學模型和提升機的 PLC 控制系統，測出此時的電樞電流，即可直接得到罐籠載荷。

2 關鍵參數

某副井提升機采用罐籠平衡錘的提升方式，罐籠及懸掛裝置質量為 11.98 t，平衡錘及懸掛裝置質量為16.98 t，礦車質量為 0.73 t，裝入毛石后每輛礦車質量為 2.56 t。當罐籠運行至 1 250 m 時與平衡錘相遇，此時主繩和尾繩在罐籠和平衡錘兩側的長度相同，質量差可忽略。提升作業時，負載工況有以下 4 種，不同工況下提升機電樞電流值如表 1 所列。

表1 不同工況下提升機電樞電流值

(1)提升 4 車廢石時，負載為 5.24 t (2.56×4 +11.98 -16.98=5.24)，此時電動機在第一象限工作，控制臺的電樞電流值為 600～900 A；

(2)提升 2 車廢石時，負載為 0.12 t (2.56×2 +11.98 -16.98=0.12)，此時電動機也在第一象限工作，控制臺的電樞電流值為 50～450 A；

(3)提升空罐籠時，負載為 -5 t (11.98 -16.98=-5)，此時電動機在第四象限工作，控制臺的電樞電流值為 -800～-600 A；

(4)提升人員時，負載在 -5～-1.25 t 之間 (0～50 人，75 kg/人，75×10-3×50+11.98 -16.98=-1.25)，此時電動機也在第四象限工作，控制臺的電樞電流值為 -300～-100 A。

由表 1 可知，在提升模式下，當罐籠運行至中間水平位置時，若電動機的電流大于等于 50 A，可作為廢石車數計量的條件；若電流大于等于 600 A，為 4車計數條件；在 50～450 A 之間，為 2 車計數條件。提升廢石時提升機只在提升模式下工作，因此下放模式的工況無需考慮。

3 軟件設計

本裝置在軟件設計上分為 3 個部分，分別是車數計數條件的判斷、車數統計區間的確立以及統計界面的開發。

3.1 車數計數條件的判斷

如圖 1 所示，用 2 個比較器判斷罐籠標高是否在1 249.5～1 250.5 m 之間，如果是，判斷電樞電流的實際值是大于等于 600 A 還是在 50～450 A 之間，若電動機電樞電流大于等于 600 A，則為 4 車計數條件；若在 50～450 A 之間，則為 2 車計數條件。

圖1 廢石車數計數條件流程

對于多中段提升系統，把各中段發罐信號作為判斷條件，自動計入發罐中段即可。

3.2 車數統計區間的確立

因生產時間分為班 (一班、二班)、日、月和年 4類，為了提高生產系統管理能力，計數程序通過 PLC內部時鐘確定以下 4 類生產時間類別，如表 2 所列。

表2 各類別生產時間

3.3 數車裝置統計界面的開發

結合車數計數條件和生產班次，即可得到全年提升廢石車數統計報表。在 WINCC 中導入 DB 數據塊，開發智能數車裝置界面，如圖 2 所示。

圖2 智能數車裝置界面

4 結語

該裝置是基于提升機 PLC 的軟件設計，不需要額外設備投入及維護。自投入使用以來，車數統計準確率高，消除了計數過程中的人為因素，實現了廢石提升車數的智能統計并自動生成生產報表，為設備維修提供了參考數據。