淺談全數(shù)字煤礦主井直流提升機的自動化控制技術

陳春林

【摘 要】直流提升機調(diào)速系統(tǒng)是對提升機實施電力拖動控制的具體執(zhí)行系統(tǒng)，它接收來自PI，C控制系統(tǒng)的操作指令和速度參考信號，并根據(jù)系統(tǒng)設定的各種運行指標，通過速度和電流雙閉環(huán)PI調(diào)節(jié)控制，最后產(chǎn)生整流器中可控硅的觸發(fā)信號，使整流器輸出直流電壓，從而達到控制提升機拖動電機運轉的目的。本文主要探討煤礦主井直流提升機自動化控制與信息化管理。

【關鍵詞】煤礦；直流提升機；自動化控制；信息化

礦井提升機主要承擔礦物的提升、人員的上下和材料的運送等任務，它應能按照預定的力圖和速度圖，在四象限實現(xiàn)平穩(wěn)啟動、等速運行、減速運行、爬行和停車，而且在運行過程中要有極高的可靠性[1]。原系統(tǒng)已經(jīng)嚴重地制約了礦山的生產(chǎn)安全，急切需要制造出一種安全可靠，性能優(yōu)良且又節(jié)電的新型驅(qū)動系統(tǒng)。 由于存在著以上不足， 使得繼電器-接觸器電控系統(tǒng)提升機隨著現(xiàn)代科學技術的進步而不斷的處于被淘汰的位置。

1.煤礦主井直流提升機的自動化控制

1.1主回路

主回路由高壓配電系統(tǒng)、整流變壓器、可控硅整流裝置、快開、電抗器等構成，采用電樞電流換向（電樞可逆），磁場電流單向的方式；也可采用電樞電梳單向。磁場電流換向的方式。為減少電網(wǎng)的無功沖擊和高次諧波的干擾，電樞回路配置成串聯(lián)12脈動順控。

1.2全數(shù)字調(diào)節(jié)部分

全數(shù)字調(diào)節(jié)部分以高性能單片機為核心，主要功能有：

（1）完成提升機速度和電流雙閉環(huán)調(diào)節(jié)，如：①預設速度基準值；②限制加、減速過程的沖擊；⑧速度自動調(diào)節(jié)；④電樞電流自動調(diào)節(jié)；⑤磁場電流自動調(diào)節(jié)；⑥預設電流限制值。

（2）實現(xiàn)電樞回路和磁場回路的各種故障保護，如：①磁場變壓器超溫；②磁場整流橋快熔熔斷；③磁場過電流；④磁場回路對地漏電；？⑤磁場可控硅交流阻尼熔絲斷；⑥磁場可控硅過熱；⑦電樞變壓器超溫；⑧電樞整流橋快熔熔斷；⑨電樞過電流；⑩電樞回路對地漏電；⑩電樞可控硅交流阻尼熔絲斷；⑩電樞可控硅過熱[2]。

1.3多PLC冗余控制部分

多PLC冗余控制部分用來完成提升機系統(tǒng)操作保護、行程監(jiān)控和裝、卸載控制等功能。（1）操作保護部分采用一臺PLC，其主要功能是執(zhí)行操作程序，并實現(xiàn)各種故障保護及閉鎖。來自系統(tǒng)各部分的保護信號直接引入到PLC中，PLC將其處理后分為立即施閘、井口施閘、電氣制動和報警四類，送監(jiān)視器顯示故障類型并控制聲光報警系統(tǒng)報警并施閘。系統(tǒng)的安全回路有兩套，一套由PLC構成，另一套為繼電器直動回路。（2）行程監(jiān)控部分由一臺PLC、兩個軸編碼器（一個裝在傳動控制器上，另一個裝在導向輪上）和井筒開關構成，兩臺軸編碼器將提升機鋼絲繩在線速度和行程位置轉換成脈沖信號送人PLC，經(jīng)PLC中的軟件計算后處理成罐籠在井筒中的位置和在線速度，送到操作臺監(jiān)視器顯示。這種以軟件處理為主的行程跟蹤方法在靈活性、可靠性及精度等方面都很高，只要選擇分辨率較高的軸編碼器，就可保證定位精度<2cm，因打滑及鋼絲繩伸長等行程誤差可通過井筒開關加以校正。此外，PLC還將部分操作信號、軸編碼器信號、部分保護信號以及設定的一些行程參數(shù)結合起來進行邏輯運算處理，自動產(chǎn)生提升機所需的速度給定信號。（3）PLC控制的裝、卸載系統(tǒng)由提升機車房PLC監(jiān)控站、井口PLC卸載控制站和井底PLC裝載控制站三部分構成，各部分PLC之間的信息傳輸采用RS485數(shù)據(jù)通訊與I/O傳輸并用的方式。I/O傳輸用于閉鎖、控制、保護、信號的信息傳輸。RS485數(shù)據(jù)通訊只用于模擬信號、狀態(tài)、故障信息的傳輸，不參與閉鎖、控制、保護、信號的傳輸。這樣，一旦通訊發(fā)生故障，也不影響井筒信號及裝卸載控制系統(tǒng)的正常運行[3]。

1.4操作臺和監(jiān)視器

操作臺由左操作臺、右操作臺和指示臺三部分構成。左操作臺上有制動手柄、高壓送電按鈕、磁場送電按鈕、快開控制按鈕、安全復位按鈕、緊停按鈕、燈試驗按鈕、閘試驗按鈕、過卷旁通按鈕等；右操作臺上有主令操作手柄、工作方式選擇開關、控制方式選擇開關和信號聯(lián)絡按鈕等；指示臺左側為監(jiān)視器，指示臺上有深度指示器（發(fā)光管柱狀圖）、重要操作信號和故障信號指示燈以及運行參數(shù)（如：閘壓、電樞電流、磁場電流、速度等）顯示儀表。監(jiān)視器可實現(xiàn)人—機對話，它可顯示主回路、低壓配電回路、提升系統(tǒng)、液壓制動系統(tǒng)、裝卸載系統(tǒng)和故障信息等畫面。

操作控制系統(tǒng)采用西門子PLC 組成，具有以下特點：①檢修、驗繩、手動、半自動、全自動等操作方式；②根據(jù)提升種類進行最高速度限制；③提升機工藝控制下必要的閉鎖；④ 安全回路由 PLC 控制軟件與外部硬件實現(xiàn)2 套冗余，當 PLC 故障時，提升機能低速運行（應急開車）；⑤安全制動過程實現(xiàn)恒減速控制，使安全制動過程中的減速度不受提升、下放、載荷大小影響，在給定范圍內(nèi)保持恒定， 并且不超過防滑極限減速度，確保提升機安全運行（當選恒減速液壓系統(tǒng)時具有的功能）；⑥具有提升機位置閉環(huán)控制功能，準確停車；⑦具有完善的保護功能，如：超速、過卷、鋼絲繩滑動、閘瓦磨損、彈簧疲勞、過流、過壓、變流裝置故障等保護，對于重要的保護，一般都設有兩到三重，確保提升機的安全運行。

2.煤礦主井直流提升機的信息化管理

關于軟件設計，即選擇控制規(guī)律和控制參數(shù)，與模擬連續(xù)系統(tǒng)綜合校正方法的步驟基本相似。在對連續(xù)系統(tǒng)進行綜合時，設計者根據(jù)對控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能提出的要求，在時域中即是對動態(tài)誤差（或誤差系數(shù)）、階躍響應的調(diào)節(jié)時間、超調(diào)量和振蕩次數(shù)等的要求，在已知不可變部分的情況下，設計出系統(tǒng)的校正，使系統(tǒng)的實際性能指標達到預期的要求。對于計算機控制系統(tǒng)，模擬校正裝置由數(shù)字計算機代替，模擬校正裝置擔負的計算和控制任務將由計算機來完成。因此，選擇校正裝置的結構和參數(shù)的工作就轉變?yōu)樵O計由計算機實現(xiàn)的控制算法和控制程序。在用模擬調(diào)節(jié)器對直流提升機進行控制時，各項控制是同時進行的。在用數(shù)字計算機實現(xiàn)上述控制時，由于計算機在任一時刻只能做一項工作，所以各項控制是分時進行的[4]。為了盡量減少啟動、制動過程中的機械沖擊及提升機控制精度，速度給定信號的加速、減速段為“S”形曲線，減速段行程通過PLC實際運算來調(diào)節(jié)減速度以保證其為一固定值，從而保證了停車點不變和停車點的精度。

計算機控制系統(tǒng)實際上是一個混合系統(tǒng)，既可以在一定的條件下近似看成一個模擬系統(tǒng)，用模擬系統(tǒng)的分析方法進行分析和綜合，再將設計結果離散化，轉變?yōu)閿?shù)字計算機的控制算法，也可以把系統(tǒng)經(jīng)過適當?shù)淖儞Q，變?yōu)榧兇獾碾x散系統(tǒng)，用z變換等工具進行分析和綜合，直接設計出控制算法。全數(shù)字直流提升機電控系統(tǒng)既可用于新裝系統(tǒng)使用，也可用于老系統(tǒng)改造的配套使用，如單繩、雙繩，直井、斜井等各種工作場地。從應用運行的情況來看， 提高了礦井提升機運行的安全可靠性，而且操作簡單。利用了機內(nèi)計算機、PLC 接口可以方便地實現(xiàn)各種控制、監(jiān)控功能，大大提高提升機運行的自動化程度。

3.結論

全數(shù)字直流提升機電控系統(tǒng)充分考慮了提升機實際運行中的各種要求，采用各種措施保證系統(tǒng)的安全運行，又因為它具有傳統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)所無可比擬的調(diào)速和控制性能，其取代傳統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)將成為必然趨勢。

【參考文獻】

[1]劉超，孟艷君，尚廷義等.基于PLC的礦井提升機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)[J].牡丹江師范學院學報（自然科學版），2009（03）.

[2]趙鵬.基于PLC技術的煤礦皮帶運輸系統(tǒng)的控制改造[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2011（10）.

[3]張炳良.PLC技術在帶式輸送機自動控制系統(tǒng)中的應用研究[J].黑龍江科技信息，2010（02）.

[4]賀志芳.淺談PLC在礦井提升機上的應用[J].科技信息，2010（08）.