礦用提升機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與現(xiàn)場應(yīng)用探討

趙光山

魯中礦業(yè)有限公司 山東濟(jì)南 271110

為了與綜采工作面的生產(chǎn)能力及地面生產(chǎn)需求相匹配，一般情況下提升機(jī)處于運(yùn)行的狀態(tài)，其耗電量極高。為了響應(yīng)國家綠色生產(chǎn)的號(hào)召，煤礦綜采工作面的生產(chǎn)也對綜采設(shè)備的安全性和節(jié)能效果提出了更高的要求。本文將對某礦當(dāng)前提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀進(jìn)行研究，并在此基礎(chǔ)上對當(dāng)前電氣系統(tǒng)進(jìn)行改造，而且達(dá)到煤礦提升機(jī)節(jié)能的效果[1]。

1 礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

礦井提升機(jī)由多個(gè)部分組成，其主要包括：電氣控制系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、裝卸系統(tǒng)、主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、液壓與制定系統(tǒng)、井筒運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備、導(dǎo)向輪、穩(wěn)罐裝置。電氣控制系統(tǒng)是煤礦提升機(jī)的核心組成部分，是整個(gè)提升機(jī)的“大腦中樞”，即提升機(jī)控制系統(tǒng)。提升機(jī)控制系統(tǒng)的構(gòu)成非常復(fù)雜，其由許多子系統(tǒng)組成。提升機(jī)控制系統(tǒng)的子系統(tǒng)主要包括：PLC控制系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)、上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、高壓設(shè)備、低壓電源回路、直流回路、調(diào)節(jié)整流回路等。近年來，隨著PLC技術(shù)的不斷發(fā)展，并且逐步應(yīng)用到提升機(jī)控制系統(tǒng)中，提升機(jī)控制系統(tǒng)在機(jī)械和電氣等方面都取得了巨大進(jìn)步。可編程控制器的廣泛應(yīng)用又一次將煤礦提升機(jī)控制系統(tǒng)的自動(dòng)化控制程度提高到一個(gè)全新的高度。基于PLC的可編程控制器使提升機(jī)控制系統(tǒng)自動(dòng)化控制的可靠性與安全性都有了質(zhì)的飛躍，也使提升機(jī)在作業(yè)時(shí)更加安全可靠[2]。

2 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)模型建立

直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中合理融入PLC控制技術(shù)，針對大功率直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)有需要將大功率直流電動(dòng)機(jī)、測速發(fā)電機(jī)、晶閘管風(fēng)機(jī)、晶閘管控制模塊、PLC控制模塊、電壓隔離器、電流互感器、大功率接觸器有效連接應(yīng)用。在系統(tǒng)初期設(shè)計(jì)過程中，要對各個(gè)部門與系統(tǒng)基本應(yīng)用要求進(jìn)行分析，系統(tǒng)框架主電流要設(shè)定為660V、985A、50HZ，其中輔助電源三相交流數(shù)值要控制在660V、50A、50HZ。其中加熱電源三相交流數(shù)值要控制在220V、10A、50HZ。在主電路設(shè)計(jì)中，此系統(tǒng)主電路主要是源于母線三相交流斷路器進(jìn)行支撐，通過整流變壓器為載體朝著晶閘管進(jìn)行供電。為了對高次諧波產(chǎn)生的負(fù)面影響進(jìn)行控制，電路要應(yīng)用三相全控橋式整流電路。在調(diào)速控制電路設(shè)計(jì)過程中，弱磁調(diào)速與調(diào)壓調(diào)速能作為有效的調(diào)速方式，將給定裝置設(shè)為調(diào)壓調(diào)速相互聯(lián)系的有效載體。在設(shè)定過程中，要結(jié)合定轉(zhuǎn)與額定轉(zhuǎn)速基本情況，以調(diào)速調(diào)壓為主體，分析電流穩(wěn)定性。從具體應(yīng)用現(xiàn)狀來看，轉(zhuǎn)速全面提升能保持電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢調(diào)節(jié)。從實(shí)質(zhì)來看，轉(zhuǎn)速全面上升就是促使電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢保持恒值調(diào)節(jié)。當(dāng)PLC傳遞出控制信號(hào)之后，脈沖變壓器能作為有效的空置載體，通過正反兩極信號(hào)對晶閘管整流組進(jìn)行切換調(diào)控[3]。

3 礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 硬件設(shè)計(jì)要求

（1）在功能需求層面滿足數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)保存提升機(jī)控制系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)需要傳感器能夠?qū)崟r(shí)保存數(shù)據(jù)，并且控制器能夠在檢測量程超出后發(fā)出警報(bào)提示信息，同時(shí)記錄報(bào)警數(shù)據(jù)。通過該功能為提升機(jī)控制系統(tǒng)的安全運(yùn)行奠定資料基礎(chǔ)。（2）系統(tǒng)的頁面設(shè)計(jì)與操作應(yīng)該秉持友好方面原則提升機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)該具備友好的人機(jī)交互界面，系統(tǒng)人機(jī)界面在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該為用戶提供簡便、易懂、快捷的操作環(huán)境，提升操作人員的用戶體驗(yàn)。除此之外，控制系統(tǒng)還需要對運(yùn)行故障進(jìn)行主動(dòng)診斷以及數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)查詢，能夠根據(jù)用戶的數(shù)據(jù)設(shè)置執(zhí)行既定的行為。（3）保持網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信的穩(wěn)定提升機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)對于控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行具有重要作用，其承擔(dān)著PLC與提升機(jī)其他設(shè)備的數(shù)據(jù)傳遞，能夠快速捕捉數(shù)據(jù)，共享數(shù)據(jù)。監(jiān)控系統(tǒng)可以在用戶的功能設(shè)置下，實(shí)現(xiàn)多屏遠(yuǎn)程顯示。（4）在滿足功能的基礎(chǔ)上提高運(yùn)行安全性礦井提升機(jī)常常運(yùn)行在惡劣的環(huán)境中，因此提高提升機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)行安全性對于安全生產(chǎn)具有重要意義。在設(shè)計(jì)時(shí)必須確保提升機(jī)控制系統(tǒng)的各個(gè)傳感器、元器件不會(huì)產(chǎn)生相互干擾，要求監(jiān)控系統(tǒng)必須具備自診斷能力。

3.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

基于PLC技術(shù)的煤礦提升機(jī)控制系統(tǒng)必須具備數(shù)據(jù)采集功能，該系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)信息主要包括現(xiàn)場數(shù)字量輸入信號(hào)信息和模擬量輸入信息。其中現(xiàn)場數(shù)字量輸入信號(hào)信息主要包括：系統(tǒng)的運(yùn)行方式、電源返回信號(hào)、各種開關(guān)控制信號(hào)、提升機(jī)運(yùn)行返回信號(hào)等。模擬量輸入信號(hào)信息主要包括：油溫、油壓電壓、電流信號(hào)、偏擺值等傳感器信號(hào)。基于PLC的控制系統(tǒng)會(huì)將采集的數(shù)字量信號(hào)和模擬量信號(hào)分別輸送到數(shù)字量輸入模塊和模擬量輸入模塊，然后PLC的CPU會(huì)在每個(gè)震蕩周期對兩個(gè)輸入模塊的信息進(jìn)行掃描，捕捉到信號(hào)會(huì)進(jìn)行信號(hào)讀取。PLC讀取到信號(hào)后會(huì)交給CPU，CPU會(huì)根據(jù)預(yù)先的指定程序?qū)π盘?hào)做出邏輯操作和處理，并且發(fā)出指令信號(hào)。PLC輸出信號(hào)時(shí)，PLC的數(shù)字量輸出模塊會(huì)通過24V的直流電壓脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)繼電器的線圈，然后發(fā)出輸出信號(hào)。PLC系統(tǒng)的CPU有兩個(gè)數(shù)據(jù)通訊接口分別置于其兩端，這兩個(gè)接口分別是以太網(wǎng)接口和PROFIBUS接口，其中以太網(wǎng)接口連接網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)；PROFIBUS接口與變頻器進(jìn)行連接。

4 結(jié)語

綜上所述，在礦山生產(chǎn)中，提升機(jī)的安全運(yùn)行關(guān)系整個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)安全，更是施工人員人身安全的保障。保證提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性，能有效地實(shí)現(xiàn)礦井相關(guān)環(huán)節(jié)機(jī)械設(shè)備、各類施工材料以及內(nèi)部工作人員的升降工作，實(shí)現(xiàn)地下與地面的連接與材料運(yùn)輸。因此，應(yīng)當(dāng)對提升機(jī)的整體運(yùn)行做好安全改進(jìn)，提升系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性，并做好緊急預(yù)案處理，降低事故的發(fā)生率，保證事故發(fā)生后能在第一時(shí)間得到處理，降低人員和財(cái)產(chǎn)損失。