自動化控制技術在礦山提升機中的應用分析

李彥江

（山西霍爾辛赫煤業有限責任公司， 山西 長治 046699）

引言

礦山提升機作為煤礦開采中的關鍵設備，在煤礦輸送、人員輸送等方面起到了關鍵作用。而傳統的礦山提升機的操作控制主要為手動或半自動的方式，自動化程度相對較低，嚴重影響著企業的煤礦開采量及經濟效益。而隨著科學技術的不斷發展，將自動化控制技術不斷應用到提升機設備中，成為當前的主要發展趨勢。本文以KB-2×1.5P型礦用提升機為例，在確定提升機自動化控制建設目標基礎上，分析其自動化控制系統的總體設計及其應用效果。

1 礦山提升機自動化控制建設目標

1）對煤礦的生產進行優化運作、提升管理和提升控制。主要對提升機設備中的物料輸送、自動加料等方面進行優化改進，以此提高設備的開采效率及作業安全。

2）在提升機設備作業過程中，對其設備的關鍵參數進行實時監控，并對設備的作業位置進行精準定位，及時地了解整個生產過程的安全、順序、質量，最后再進行自動化控制調度。

3）通過自動化控制將消耗和成本控制在最低，并且減少廢物的排放，保護環境。降低管理公司的成本，改善工人的工作環境。

2 主提升機自動化控制系統的分析

礦產提升的任務一般是由主井提升機承擔。因此，它的可靠性、安全性、實用性必須要得到充分的保障。由此，選用了KB-2×1.5P型礦用提升機為分析對象[1]。該提升機的自動化控制系統需要實現對設備在啟動、停車、減速、爬行等不同狀態的有效控制，以此實現設備的自動化控制。下面就該控系統中的全數字調節控制系統、通訊數據處理模塊及軟件系統等方面進行重點分析。

2.1 全數字調節控制系統的設計

其中，全數字調節部分則是整個自動化控制中的關鍵。全數字調節部分的核心采用了西門子的SIMOREGDC-MASTER6RA70調速系統，并結合了C164和C166兩個微處理器，最終實現對電路中勵磁回路、電樞等模塊的不同功能控制[2]。而其系統結構包括功能控制鍵輸入、報警及故障信號輸入、PLC控制器、執行機構控制輸出、磁場電源控制輸出、過程顯示輸出等部分，其結構框架圖如圖1所示。外部的控制命令及故障信號傳輸至PLC中，經過信號處理后，再傳輸至終端的執行機構及顯示界面，以此實現對整個過程的調速控制。在該控制系統的軟件程序編輯中，采用了參數化模塊控制方式，可通過穩定的控制速度和轉矩來實現對設備的精確調速，大大提高了調速的穩定性及調速精度。另外，在該調速系統設計中，允許電壓在±10%范圍內波動，針對循序在脈沖編碼器上的反饋數據，允許其在±0.04%范圍內波動[3-4]；通訊接口采用了成熟的R282和RS489，并通過網絡方式進行通訊。

圖1 全數字調節控制系統框架結構圖

2.2 通訊數據處理模塊的設計

通訊數據處理程序是PLC控制程序中的一部分。該程序采用了STEP7編程軟件中梯形圖語言對其進行程序編寫，之后編好的程序可向上機位發出按規律變化的電信號數值，上機位軟件通過內部的識別判斷程序，將該數值與設定值進行周期性判斷，若兩數值相同，則允許運行系統的通訊連接，否則將中斷通訊。通訊數據處理模塊的控制程序如圖2所示。而PLC控制器中其他功能程序基本采用統一編程方法進行編寫，這里就不一一贅述。

圖2 PLC通訊數據處理模塊的控制程序圖

2.3 信號調節反饋模塊的設計

PLC技術是礦山提升機自動化控制運用最多的技術。在PLC對礦山提升機的控制中，需要對機器多種影響因素以及核心的數據進行統計和分析。由于礦井中周邊環境相對惡劣，且煤層中金屬元素相對較大，導致控制系統易受外部的干擾影響，這就需要設計一套有針對性信號調節反饋系統，以此來合理調節及防治外部的干擾，其信號調節反饋系統結構圖如圖3所示[5]。

圖3 信號調節反饋示意圖

2.4 系統軟件的開發設計

該系統主要采用基于LabVIEW7 Express平臺，對提升機械裝置狀態監測及故障診斷軟件部分進行了設計。利用模塊化層次化的思想進行編寫，除了能滿足分析與監控的功能外，還具有操作簡單、界面友好直觀、運行可靠、維護方便等優點。其軟件系統的結構框架主要由信號采集模塊、參數設置模塊、數據處理模塊、比較報警模塊、內存管理模塊、數據庫模塊等，如圖4所示。由此，通過對幾大模塊分別進行模塊內部硬件設計、程序編寫及通訊接口設計，匯總實現對整個提升機機械裝置的監測及診斷作用，并通過編輯的相關程序軟件，將最終結果在顯示屏上進行實時顯示。

3 PLC技術在礦山提升機上應用效果分析

在完成對基于PLC自動化提升機控制系統設計基礎上，為進一步驗證所設計的基于自動化控制的提升機綜合性能，將其在煤礦生產現場進行了6個月的實際應用。在應用過程中，整套控制系統運行正常，能穩定、精準地實現對提升機各類操作功能進行控制，并將提升機的關鍵參數及運行狀態信息在顯示界面中進行實時顯示。當提升機出現了故障時，通過系統中的故障報警模塊發出相應的報警提示，整個運行狀態較為穩定可靠。據現場經驗人員評價，此提升機具有更高的控制精度和智能化程度，設備故障率與現有其他設備相比，具有更低的故障概率和更高的運轉效率，且具有更低耗電量。據初步估算，每年可給企業在設備維修費用及用電費用方面節約將近100萬元左右[6]。

圖4 監測系統軟件構成框圖

4 結語

不斷將當前先進的控制技術應用到礦用提升機中，逐步實現煤礦自動化、智能化開采的快速發展，是提高煤礦開采效率及作業安全的關鍵方向。而有針對性地采用成熟技術對提升機進行升級改造設計，更是提高設備使用壽命的核心。應用可編程邏輯控制器和計算機編程可使系統在設定條件下進行計算和反饋，并執行相應的指令。這一應用可使礦山提升機自動控制系統能夠準確反應設備的運行情況，從而使得礦山提升機在整個運行過程中得到有效的控制。