煤礦提升機的自動化控制探討

摘要：煤礦礦井提升機是礦產(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；自動化控制；礦產(chǎn)資源開發(fā)；計算機控制技術(shù)；變頻調(diào)速技術(shù) 文獻標識碼：A

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

煤礦礦井提升機是自動化一體的大型機械，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的提升機，隨著數(shù)字矢量控制技術(shù)的技術(shù)日漸完善成熟，交流式的提升機逐步取代了傳統(tǒng)的直流式調(diào)速提升機，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)的提升機的自動化控制進行全面介紹與分析。

1 提升機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)展的提升機控制系統(tǒng)很有必要。

礦產(chǎn)資源開發(fā)提升機自動化控制系統(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)代化礦采提升機的主要研究方向和目的。

2 礦產(chǎn)資源提升機的分類

礦產(chǎn)開采提升機的組成部分有變頻電動機、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。按照提升機的工作方式分類可分為纏繞式提升機和摩擦式提升機兩大類別，如下圖1所示：

圖1

2.1 纏繞式提升機

礦產(chǎn)資源開采中纏繞式提升機可依據(jù)卷數(shù)的不同分雙卷筒提升機和單卷筒提升機。雙卷筒式的提升機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分為等直徑與變直徑兩種形狀。等直徑卷筒纏繞式提升機由于制造結(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)當中。等直徑卷筒的提升機也有其弊端，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逐漸被淘汰，如今的實際生產(chǎn)多運用尾繩進行平衡處理。

2.2 摩擦式提升機

多繩式纏繞提升機，在超深井礦采作業(yè)中，提升機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，繩組的直徑細小，主動輪的直徑小，電機設(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。如今隨著時代進步經(jīng)濟增長，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)代化的進程，煤礦提升機的自動化控制同樣需要集成程度高、自控能力強的系統(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、可靠性高的自控系統(tǒng)。

3.1 PLC自動化提升機程序設(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：對提升機控制系統(tǒng)原有的數(shù)據(jù)區(qū)、計數(shù)單位進行清零操作，對數(shù)據(jù)區(qū)的重要參數(shù)數(shù)據(jù)進行備份，檢測中如有缺失或遺漏需要進行針對性的數(shù)據(jù)恢復(fù)，為提升機的主控電動機、摩擦輪等設(shè)備進行現(xiàn)場置位。

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

3.1.3 煤礦提升機工作的系統(tǒng)安全保護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的時效性。

4 自動化提升機中的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

提升機的自動化控制被更高的要求在實際生產(chǎn)當中，隨著科學(xué)與經(jīng)濟的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也被更多地應(yīng)用到礦產(chǎn)資源開采當中。帶有物聯(lián)網(wǎng)傳感器的提升機能夠通過編碼器檢測感知電機的速度、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?，對速度、位置、安全等信息進行實時管控。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)控與保護功能，場傳感器、接近開關(guān)斷線、松繩故障偵測與保護。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)，煤礦提升機控制系統(tǒng)的安全性與可靠性將得到更為有力的保障?？删幊炭刂破鳎≒LC）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交互界面，簡潔方便的操作，兼容性靈活性都很強，后期維護簡便，目前已經(jīng)作為提升機控制系統(tǒng)的技術(shù)主流。PLC系統(tǒng)擁有提升機專用電子模塊組成的提升機控制設(shè)備以及自動化控制體系，為制造產(chǎn)業(yè)樹立了工程性標桿，為提升機的大功率、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

[1] 陳春林.淺談全數(shù)字煤礦主井直流提升機的自動化控制技術(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四老溝礦助理工程師，研究方向：煤礦機電。

（責任編輯：蔣建華）