基于PLC的礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)的研究

張 磊，李 旭，張軍德

（金川集團(tuán)股份有限公司二礦區(qū)主井提升工區(qū)，甘肅 金昌 737100）

在礦產(chǎn)資源開采作業(yè)中，礦井提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)作為其中關(guān)鍵要素，提升機(jī)工作效率在很大程度上關(guān)系到礦產(chǎn)開采效率，關(guān)系到開采人員、設(shè)備、材料運(yùn)輸?shù)陌踩?。不斷提升提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)安全穩(wěn)定性，有利于提高礦井整體的生產(chǎn)效率。

目前，針對礦井提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)運(yùn)行中存在的諸多隱患，必須給予足夠的重視，加強(qiáng)對電控系統(tǒng)的研究，落實(shí)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控，為設(shè)備安全運(yùn)行提供保障。

1 礦井提升機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

從實(shí)質(zhì)上來說，礦井提升機(jī)作為一種簡易的升降機(jī)，結(jié)構(gòu)組成包括電氣設(shè)備、主機(jī)、減速器、電動機(jī)、裝卸設(shè)備、操作設(shè)備、鋼絲繩等。目前，市面中存在的提升機(jī)種類有很多，礦產(chǎn)企業(yè)需要根據(jù)礦井開采實(shí)際情況、用途等不同，合理選擇提升機(jī)設(shè)備。

我國當(dāng)前礦產(chǎn)企業(yè)所選擇的提升機(jī)包括兩種，即單繩纏繞式提升機(jī)、多繩摩擦式提升機(jī)，這兩類提升機(jī)具有較高的穩(wěn)定性、安全性，且調(diào)速功能強(qiáng)大，在礦產(chǎn)開采作業(yè)中具有廣泛的運(yùn)用。其中，多繩摩擦式提升機(jī)運(yùn)行原理，是借助于鋼絲繩在主導(dǎo)輪中運(yùn)動，其兩端都懸掛一個提升容器，利用電動機(jī)驅(qū)動提供動力，使主導(dǎo)輪進(jìn)行運(yùn)作，鋼絲繩和主導(dǎo)輪之間就會產(chǎn)生較大的摩擦力，在摩擦力的帶動下將裝載物進(jìn)行提升、下放。

在礦產(chǎn)工程施工中所選擇的提升機(jī)整體質(zhì)量較輕，在功能方面較為簡易，但整體提升能力較高，在1700米以內(nèi)的礦井下較為適用。而單繩纏繞式提升機(jī)工作原理為：將提升機(jī)滾筒連接到鋼絲繩的其中一端，而另一端繞過天輪，并懸掛提升裝置，借助于滾筒轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的相反方向的力，能夠?qū)︿摻z繩松緊度進(jìn)行輕松調(diào)節(jié)，順利的完成提升與下放任務(wù)。

2 礦井提升機(jī)工作過程中注意事項(xiàng)

在礦井開采作業(yè)中，利用提升機(jī)運(yùn)輸?shù)V產(chǎn)資源，必須對提升機(jī)運(yùn)行速度進(jìn)行有效控制，保證提升機(jī)運(yùn)輸符合穩(wěn)定、安全的特點(diǎn)，借助于電氣控制系統(tǒng)滿足提升機(jī)速度控制，按照速度圖開展作業(yè)。實(shí)際礦井開采作業(yè)過程中，都是利用電氣控制系統(tǒng)PLC技術(shù)完成一系列的提升機(jī)設(shè)備操作。具體工作中需要注意的事項(xiàng)體現(xiàn)在：第一，電氣控制系統(tǒng)需要控制提升機(jī)的啟動速度。提升機(jī)箕斗內(nèi)裝有礦時(shí)，必須保證其具有足夠的負(fù)載能力，便于控制；第二，對提升機(jī)運(yùn)行速度進(jìn)行有效操控。通常來說，設(shè)備、開采人員主要是利用副井提升，其運(yùn)行速度應(yīng)該控制在≤0.75m/s2；而礦產(chǎn)資源運(yùn)輸?shù)奶嵘龣C(jī)運(yùn)行速度則需要控制在≤1.2m/s2，同時(shí)，在運(yùn)輸過程中需要注重加速度，保證裝載物安全性，提高整體的運(yùn)輸效率；第三，若裝載物質(zhì)量不標(biāo)準(zhǔn)，則可以適當(dāng)提升提升機(jī)的速度；而如果裝載物重量過大，則為了保證安全，能夠自動將主電源切斷，還能及時(shí)的發(fā)出警報(bào)，有效的避免出現(xiàn)超載問題，為礦井開采作業(yè)提供安全保障；第四，通過電氣控制實(shí)時(shí)調(diào)整提升機(jī)運(yùn)行速度，提高提升機(jī)械的爬坡能力，主要是根據(jù)礦井位置進(jìn)行實(shí)際調(diào)整，確保提升機(jī)運(yùn)輸中整體安全性；第五，電氣控制系統(tǒng)需要能夠配合多種提升機(jī)操控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)礦井提升機(jī)能夠同時(shí)具備手動、半自動、全自動操作模式，能夠根據(jù)礦山開采實(shí)際情況，及時(shí)的調(diào)整運(yùn)輸模式。

3 礦井提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)發(fā)展方向

3.1 傳動方式更加多元化

為了能夠滿足礦井提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)工作需求，通常需要采用多種提升方案。傳送方案多元化發(fā)展必須借助于交流變頻技術(shù)，在交流變頻器技術(shù)下，實(shí)現(xiàn)自由轉(zhuǎn)化傳送方案的效果。

SCR-M作為直流傳動系統(tǒng)，是當(dāng)前礦山企業(yè)重要的傳動系統(tǒng)，其整體性價(jià)比較高，能夠確保傳送貨物的安全穩(wěn)定性，運(yùn)輸成本相對較低；G-M直流調(diào)速、轉(zhuǎn)子回路串電阻方案較為滯后，對一些先進(jìn)的礦井開發(fā)作業(yè)來說不夠?qū)嵱茫饾u被市場所淘汰。

3.2 調(diào)速精讀不斷提高

礦井提升機(jī)實(shí)際開展工作中，由于運(yùn)輸過程中礦產(chǎn)資源、工作人員以及設(shè)備的實(shí)際質(zhì)量不一，負(fù)載也不均衡，以至于礦井提升機(jī)裝載不同物品時(shí)調(diào)速變化也相對較大，對提升機(jī)運(yùn)輸可靠性造成一定的影響，長期如此還會對設(shè)備帶來一定的損害，會導(dǎo)致設(shè)備使用壽命降低。因此，利用PLC技術(shù)電控系統(tǒng)對其調(diào)速精讀進(jìn)行高度控制，在裝載物質(zhì)量發(fā)生較大的變化時(shí)，則需要對提升機(jī)提升中減速距離誤差進(jìn)行減少，整體提升時(shí)間被縮短，調(diào)速精準(zhǔn)程度高，還能為提升機(jī)整體提升力提供保障。

3.3 電氣控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展

目前，礦井提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)基本上實(shí)現(xiàn)了全自動，主要是利用PLC技術(shù)，姐終于與遠(yuǎn)程I/O技術(shù)輔助，在開采現(xiàn)場與控制中心進(jìn)行有效連接起來，能夠及時(shí)將開采方案等命令傳輸?shù)骄拢没ヂ?lián)網(wǎng)技術(shù)，推動整個電氣控制系統(tǒng)向著網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。

3.4 監(jiān)測體系智能化發(fā)展

礦產(chǎn)開采需要將安全放在第一位，很多安全事故發(fā)生都與提升機(jī)運(yùn)輸過程故障有關(guān)。因此，必須強(qiáng)化對提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)的監(jiān)控、維護(hù)，及時(shí)監(jiān)測運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)消除故障。將智能化監(jiān)測設(shè)備和技術(shù)運(yùn)用到提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)當(dāng)中，為整體礦產(chǎn)資源運(yùn)輸過程提供安全保障。

3.5 可靠性與抗干擾性更強(qiáng)

為了能夠滿足專業(yè)工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用需求，PLC控制系統(tǒng)引入了光電耦合離合R-c濾波器，能夠避免信號干擾；同時(shí)在系統(tǒng)內(nèi)部利用電磁屏蔽系統(tǒng)，避免輻射干擾問題出現(xiàn)。在開關(guān)電源方面，選擇優(yōu)良開關(guān)電源系統(tǒng)，避免電源線干擾問題。另外，PLC控制系統(tǒng)具有較為完善的自我診斷功能，對系統(tǒng)內(nèi)部電路能夠進(jìn)行自我診斷，一旦檢測出問題則會立即報(bào)警，便于相關(guān)人員進(jìn)行及時(shí)維護(hù)處理。

4 基于PLC的礦井電氣控制方案設(shè)計(jì)

4.1 主控系統(tǒng)

礦井提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)主控系統(tǒng)，其主要作用在于能夠?qū)μ嵘龣C(jī)速度、加速度以及啟停進(jìn)行控制。利用固定用PLC技術(shù)，并配置相類似的PLC，兩者在參數(shù)設(shè)置、固定性能方面具有相似性，避免系統(tǒng)選擇PLC發(fā)生故障而導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓的問題，為提升機(jī)運(yùn)輸效率提供保障。另外，對主控系統(tǒng)軟件、硬件進(jìn)行升級改造，其中在硬件設(shè)施方面加入高速計(jì)數(shù)模塊，能夠?qū)μ嵘龣C(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，對設(shè)備運(yùn)行中數(shù)據(jù)信息進(jìn)行大量采集；而在軟件方面則加入了多層子程序，確保能夠在提升機(jī)運(yùn)輸速度轉(zhuǎn)換中實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的有效保護(hù)。

4.2 監(jiān)控系統(tǒng)

高質(zhì)量的監(jiān)控是保證礦井提升機(jī)工作效率與安全的基礎(chǔ)，借助于完善的監(jiān)控系統(tǒng)，對礦井提升機(jī)運(yùn)行速度、故障情況、參數(shù)設(shè)置情況、維修信息等進(jìn)行記錄，借助于兩級微機(jī)處理系統(tǒng)，實(shí)施相關(guān)信號的采集、監(jiān)測與控制，保證礦井提升機(jī)運(yùn)行效率的提升。同時(shí)，在監(jiān)控系統(tǒng)中還包括了打印設(shè)備、顯示設(shè)備等，將運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)實(shí)時(shí)的通過中控屏幕顯示出來，便于相關(guān)工作人員能夠直觀的看到相關(guān)檢測數(shù)據(jù)，對提升機(jī)系統(tǒng)變化有直觀了解。

4.3 變頻調(diào)速系統(tǒng)

為了保證礦井提升機(jī)運(yùn)行速度調(diào)整精確度，通常需要借助于變頻調(diào)速系統(tǒng)，對電源頻率進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速提升目的，繼而達(dá)到對提升機(jī)速度調(diào)節(jié)的效果。目前，主要是借助于正玄波矢量控制、HIVERT-YVF高壓變頻器控制，促進(jìn)提升機(jī)系統(tǒng)整體運(yùn)行的可靠性，利用過熱、過壓以及過流保護(hù)，為設(shè)備安全運(yùn)行提供保障。另外，礦井提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)一般會選擇變頻器對提升機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證其具有足夠的提升力以及運(yùn)輸速度。

5 總結(jié)

通過上述分析可知，PLC技術(shù)作為礦井提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)中關(guān)鍵的內(nèi)容，對提升礦井提升機(jī)整體性能具有重要幫助。在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展過程中，電氣控制系統(tǒng)正在向著傳動方案多元化、調(diào)速高精度化、控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、監(jiān)測系統(tǒng)智能化等方向發(fā)展，同時(shí)在現(xiàn)有PLC技術(shù)基礎(chǔ)之上，對相關(guān)功能進(jìn)行有效擴(kuò)充，實(shí)現(xiàn)我國礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)現(xiàn)代化發(fā)展改革。相信隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)會引入更多先進(jìn)的技術(shù)，在切實(shí)保證安全運(yùn)輸前提下，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸效率提升、運(yùn)輸成本降低，為礦產(chǎn)資源開發(fā)事業(yè)做出貢獻(xiàn)。