自動化控制技術(shù)在礦山提升機中的應(yīng)用分析

李彥江

（山西霍爾辛赫煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 長治 046699）

引言

礦山提升機作為煤礦開采中的關(guān)鍵設(shè)備，在煤礦輸送、人員輸送等方面起到了關(guān)鍵作用。而傳統(tǒng)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(yán)重影響著企業(yè)的煤礦開采量及經(jīng)濟效益。而隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，將自動化控制技術(shù)不斷應(yīng)用到提升機設(shè)備中，成為當(dāng)前的主要發(fā)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(shè)目標(biāo)基礎(chǔ)上，分析其自動化控制系統(tǒng)的總體設(shè)計及其應(yīng)用效果。

1 礦山提升機自動化控制建設(shè)目標(biāo)

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

2）在提升機設(shè)備作業(yè)過程中，對其設(shè)備的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)控，并對設(shè)備的作業(yè)位置進(jìn)行精準(zhǔn)定位，及時地了解整個生產(chǎn)過程的安全、順序、質(zhì)量，最后再進(jìn)行自動化控制調(diào)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(hù)環(huán)境。降低管理公司的成本，改善工人的工作環(huán)境。

2 主提升機自動化控制系統(tǒng)的分析

礦產(chǎn)提升的任務(wù)一般是由主井提升機承擔(dān)。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(tǒng)需要實現(xiàn)對設(shè)備在啟動、停車、減速、爬行等不同狀態(tài)的有效控制，以此實現(xiàn)設(shè)備的自動化控制。下面就該控系統(tǒng)中的全數(shù)字調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)、通訊數(shù)據(jù)處理模塊及軟件系統(tǒng)等方面進(jìn)行重點分析。

2.1 全數(shù)字調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的設(shè)計

其中，全數(shù)字調(diào)節(jié)部分則是整個自動化控制中的關(guān)鍵。全數(shù)字調(diào)節(jié)部分的核心采用了西門子的SIMOREGDC-MASTER6RA70調(diào)速系統(tǒng)，并結(jié)合了C164和C166兩個微處理器，最終實現(xiàn)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(tǒng)結(jié)構(gòu)包括功能控制鍵輸入、報警及故障信號輸入、PLC控制器、執(zhí)行機構(gòu)控制輸出、磁場電源控制輸出、過程顯示輸出等部分，其結(jié)構(gòu)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(jīng)過信號處理后，再傳輸至終端的執(zhí)行機構(gòu)及顯示界面，以此實現(xiàn)對整個過程的調(diào)速控制。在該控制系統(tǒng)的軟件程序編輯中，采用了參數(shù)化模塊控制方式，可通過穩(wěn)定的控制速度和轉(zhuǎn)矩來實現(xiàn)對設(shè)備的精確調(diào)速，大大提高了調(diào)速的穩(wěn)定性及調(diào)速精度。另外，在該調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計中，允許電壓在±10%范圍內(nèi)波動，針對循序在脈沖編碼器上的反饋數(shù)據(jù)，允許其在±0.04%范圍內(nèi)波動[3-4]；通訊接口采用了成熟的R282和RS489，并通過網(wǎng)絡(luò)方式進(jìn)行通訊。

圖1 全數(shù)字調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)圖

2.2 通訊數(shù)據(jù)處理模塊的設(shè)計

通訊數(shù)據(jù)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(jìn)行程序編寫，之后編好的程序可向上機位發(fā)出按規(guī)律變化的電信號數(shù)值，上機位軟件通過內(nèi)部的識別判斷程序，將該數(shù)值與設(shè)定值進(jìn)行周期性判斷，若兩數(shù)值相同，則允許運行系統(tǒng)的通訊連接，否則將中斷通訊。通訊數(shù)據(jù)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(tǒng)一編程方法進(jìn)行編寫，這里就不一一贅述。

圖2 PLC通訊數(shù)據(jù)處理模塊的控制程序圖

2.3 信號調(diào)節(jié)反饋模塊的設(shè)計

PLC技術(shù)是礦山提升機自動化控制運用最多的技術(shù)。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(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計和分析。由于礦井中周邊環(huán)境相對惡劣，且煤層中金屬元素相對較大，導(dǎo)致控制系統(tǒng)易受外部的干擾影響，這就需要設(shè)計一套有針對性信號調(diào)節(jié)反饋系統(tǒng)，以此來合理調(diào)節(jié)及防治外部的干擾，其信號調(diào)節(jié)反饋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示[5]。

圖3 信號調(diào)節(jié)反饋示意圖

2.4 系統(tǒng)軟件的開發(fā)設(shè)計

該系統(tǒng)主要采用基于LabVIEW7 Express平臺，對提升機械裝置狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷軟件部分進(jìn)行了設(shè)計。利用模塊化層次化的思想進(jìn)行編寫，除了能滿足分析與監(jiān)控的功能外，還具有操作簡單、界面友好直觀、運行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點。其軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架主要由信號采集模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、比較報警模塊、內(nèi)存管理模塊、數(shù)據(jù)庫模塊等，如圖4所示。由此，通過對幾大模塊分別進(jìn)行模塊內(nèi)部硬件設(shè)計、程序編寫及通訊接口設(shè)計，匯總實現(xiàn)對整個提升機機械裝置的監(jiān)測及診斷作用，并通過編輯的相關(guān)程序軟件，將最終結(jié)果在顯示屏上進(jìn)行實時顯示。

3 PLC技術(shù)在礦山提升機上應(yīng)用效果分析

在完成對基于PLC自動化提升機控制系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步驗證所設(shè)計的基于自動化控制的提升機綜合性能，將其在煤礦生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行了6個月的實際應(yīng)用。在應(yīng)用過程中，整套控制系統(tǒng)運行正常，能穩(wěn)定、精準(zhǔn)地實現(xiàn)對提升機各類操作功能進(jìn)行控制，并將提升機的關(guān)鍵參數(shù)及運行狀態(tài)信息在顯示界面中進(jìn)行實時顯示。當(dāng)提升機出現(xiàn)了故障時，通過系統(tǒng)中的故障報警模塊發(fā)出相應(yīng)的報警提示，整個運行狀態(tài)較為穩(wěn)定可靠。據(jù)現(xiàn)場經(jīng)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(shè)備故障率與現(xiàn)有其他設(shè)備相比，具有更低的故障概率和更高的運轉(zhuǎn)效率，且具有更低耗電量。據(jù)初步估算，每年可給企業(yè)在設(shè)備維修費用及用電費用方面節(jié)約將近100萬元左右[6]。

圖4 監(jiān)測系統(tǒng)軟件構(gòu)成框圖

4 結(jié)語

不斷將當(dāng)前先進(jìn)的控制技術(shù)應(yīng)用到礦用提升機中，逐步實現(xiàn)煤礦自動化、智能化開采的快速發(fā)展，是提高煤礦開采效率及作業(yè)安全的關(guān)鍵方向。而有針對性地采用成熟技術(shù)對提升機進(jìn)行升級改造設(shè)計，更是提高設(shè)備使用壽命的核心。應(yīng)用可編程邏輯控制器和計算機編程可使系統(tǒng)在設(shè)定條件下進(jìn)行計算和反饋，并執(zhí)行相應(yīng)的指令。這一應(yīng)用可使礦山提升機自動控制系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確反應(yīng)設(shè)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。