煤礦提升機電控系統(tǒng)技術(shù)方案優(yōu)化與實施

苗少剛

（長治三元中能煤業(yè)有限公司，山西 長治046000）

煤礦運輸環(huán)節(jié)中，提升機發(fā)揮著不可取代的作用。煤礦開采由于現(xiàn)場環(huán)境相對復(fù)雜，安全事故的發(fā)生概率相對較高，對于提升機電控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性也有著更高的要求。本文首先介紹了煤礦提升機電控系統(tǒng)的基本功能，并對煤礦提升機電控系統(tǒng)技術(shù)方案的優(yōu)化進行了分析，以期為煤礦提升機電控系統(tǒng)的優(yōu)化提供一些參考意見。

1 提升機電控系統(tǒng)的技術(shù)性能分析

目前，在煤礦提升機的控制系統(tǒng)中，大多都是采用可編程控制器（PLC），實現(xiàn)對提升機的過程控制，其功能模塊由主PLC和編碼器2個部分組成。一般情況下，在減速器的滾筒輸出端、高速輸出端會安裝2臺編碼器和主監(jiān)控PLC，在提升機行程監(jiān)控的編碼器中，可以把接收到的脈沖信號錄入進PLC的計算單元，而可編程控制設(shè)備就會把處理之后的全程標準數(shù)據(jù)、計算數(shù)據(jù)一同轉(zhuǎn)化為PSD指令，這樣，提升機就可以將PSD的計算速度作為自身的提升速度；其次，對于電控系統(tǒng)中的提升控制功能，在PLC接收到控制信號和保護信號后，可以借助于編程控制器來處理提升機的任務(wù)，從而實現(xiàn)控制提升機動作模式的目的。為了增強提升機電控系統(tǒng)的控制水平，一般會安裝4套可編程控制器，而且運用FX2N－BD通信來連接4套可編程控制器，進而對提升機運轉(zhuǎn)的控制命令進行讀取，這種編程控制器的組合能比較準確地讀取控制指令。對于提升機電控系統(tǒng)的保護功能，由該系統(tǒng)包含監(jiān)控設(shè)備的可編程控制器和主控設(shè)備的可編程控制器這兩個部分實現(xiàn)，以上2套安全回路能夠完成保護動作信號的工作，實現(xiàn)提升機電控系統(tǒng)提供制動油過壓、等速段超速、電源切斷、潤滑油欠壓等保護。

2 煤礦提升機電控系統(tǒng)技術(shù)方案優(yōu)化與實施

2.1 煤礦提升機電控系統(tǒng)的構(gòu)成

在煤礦提升機電控系統(tǒng)技術(shù)方案的優(yōu)化中，某煤礦企業(yè)選擇S7－300型編程控制器，提升機和減速器型號為JK－3.5×2.2P，電動機為YP系列。該提升機電控系統(tǒng)在組成上可以分6～10kV高壓電源、高壓變頻調(diào)速柜、高壓饋電開關(guān)柜、低壓控制電源、繞線型電動機、制動潤滑泵站、主控臺和滾筒等（見圖1）。因為各個設(shè)備都加裝了相關(guān)系統(tǒng)，比如高壓變頻調(diào)速柜上就設(shè)置了數(shù)字高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)和高低壓配電系統(tǒng)等，根據(jù)各個設(shè)備的配置和實現(xiàn)的功能要求，在高壓變頻調(diào)速柜上，設(shè)置了數(shù)字高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，在配電柜中，設(shè)置了高低壓配電系統(tǒng)，在整個電控系統(tǒng)中，設(shè)置了提升機信號控制系統(tǒng)、上位機監(jiān)控系統(tǒng)、PLC主控制系統(tǒng)、閘瓦實時監(jiān)測系統(tǒng)等。

圖1 提升機電控系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意

3 提升機電控系統(tǒng)技術(shù)方案的優(yōu)化實施

1）首先是優(yōu)化該提升機電控系統(tǒng)內(nèi)的高壓配電系統(tǒng)，選擇10kV級別的高壓配電系統(tǒng)，在供電運行方式上選用單母線分段、進線互相閉鎖的形式。

2）對于全數(shù)字變頻調(diào)速系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)使用相對優(yōu)質(zhì)的變頻器。在具體選取過程中，將提升機所需的電機容量作為重要參考指標。比如選取功率不大于700kW，輸出電流為192A的高壓變頻器，其變頻調(diào)速上的控制原理見圖2。在電源供應(yīng)上以高壓異步電動機為主，在各個單元的控制上選取串聯(lián)電流的形式。其中，高壓變頻器具有一次輸入以及保護功能，在全數(shù)字變頻調(diào)速系統(tǒng)中實行三相交流電源的模式，利用對高壓變頻器隔離的方法來確保副邊繞組形成的相位差可以清除控制單元產(chǎn)生的諧波電流，進而為電動機的濾波性能的改善奠定基礎(chǔ)，并且促進高壓變頻器輸出性能的提升。在高壓變頻器的功率單元上，一般要通過濾波環(huán)節(jié)、緩沖環(huán)節(jié)、直流環(huán)節(jié)以及單元輸出等部件。對于煤礦生產(chǎn)來說，采用絕緣雙極型號晶體管電路來確保功率單元可以同時整流，在對其輸入電壓實行檢測中運用IGBT，并借助于鎖相控制技術(shù)來把脈沖直流電壓轉(zhuǎn)化成相對平滑的直流電壓。并且在整流逆向輸出過程中，把逆變輸出形成的變頻交流電供應(yīng)給交流電動機設(shè)備。

圖2 高壓變頻器控制原理

3）在低壓電源控制方面，由低壓電源控制柜實現(xiàn)，在煤礦生產(chǎn)中，該系統(tǒng)的主要功能就是確保整個電控系統(tǒng)對低壓電源的供應(yīng)。

4）對于信號系統(tǒng)和上位監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化實施來說，需要應(yīng)用監(jiān)控軟件和PLC可編程控制器。比如，某煤礦在PLC工程機上采取雙核2.5G、硬盤500G以及內(nèi)存4G的標準，并且使用通信協(xié)議來促進煤礦生產(chǎn)管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化的實現(xiàn)，而且PLC編程控制器應(yīng)具備遠程編程、分析診斷方面的作用。在上位監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)置了A4負面彩色打印機和液晶顯示器。同時，因為上位監(jiān)控系統(tǒng)在功能實現(xiàn)上以監(jiān)控軟件為基礎(chǔ)，而監(jiān)控軟件不僅能夠診斷出提升機的故障，還可以在顯示器上及時顯示故障信息，進而發(fā)揮保護提升機的功能。如果上位監(jiān)控系統(tǒng)的打印機發(fā)生故障的話，監(jiān)控系統(tǒng)可以及時顯示出打印機發(fā)生故障的區(qū)域、故障產(chǎn)生的因素等有關(guān)參數(shù)，同時，保存好相應(yīng)的記錄，并作為操作人員進行處理的重要依據(jù)，有助于故障的立即解決。液晶顯示器要能夠顯示多幅畫面，比如提升機電控系統(tǒng)界面概況、計算機硬件監(jiān)測、低壓供電系統(tǒng)、提升機信號監(jiān)視以及通信監(jiān)視等多方面的內(nèi)容，通過對煤礦開采中提升機運行次數(shù)的記錄，包括具體故障診斷信息的記錄，可以為今后相關(guān)情況的處理提供指導(dǎo)。對于提升機電控系統(tǒng)內(nèi)的信號系統(tǒng)，主要組成部分包括液晶顯示器、計算機機房信號柜、上車信號箱、下車信號箱、進口信號臺、PLC編程控制器等。

5）提升機電控系統(tǒng)中的智能化、網(wǎng)絡(luò)化操作系統(tǒng)，在電子行程監(jiān)控管理的實施上可以運用雙可編程控制器的模式。為促進提升機安全性能的提升，通常應(yīng)細化操作系統(tǒng)，也就是對各個設(shè)備的管理監(jiān)控職能加以明確，如果雙編程控制器發(fā)生故障的話，應(yīng)當(dāng)在操作系統(tǒng)內(nèi)加裝繼電器設(shè)備，這樣可以確保系統(tǒng)應(yīng)急操作功能的實現(xiàn)。對于智能化、網(wǎng)絡(luò)化的操作系統(tǒng)，不僅要配備相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，還要安裝三相繞組電動機、溫度巡檢儀等設(shè)備。

4 結(jié)語

提升機作為煤礦開采中的重要運輸設(shè)備，探討提升機電控系統(tǒng)技術(shù)方案優(yōu)化與實施具有重要的現(xiàn)實意義。針對我國煤礦開采的復(fù)雜性和危險性，本文首先對提升機電控系統(tǒng)的技術(shù)性能進行了分析，在此基礎(chǔ)上詳細論述了煤礦提升機電控系統(tǒng)技術(shù)方案優(yōu)化與實施?？偠灾?，只有提高提升機安全性和穩(wěn)定性，煤礦生產(chǎn)以及煤炭運輸才有可靠的保障。

〔1〕劉成全.礦井提升機電控系統(tǒng)升級的安全技術(shù)研究及應(yīng)用〔D〕.青島：青島科技大學(xué)，2012.

〔2〕李善林.PLC技術(shù)在煤礦提升機電控系統(tǒng)中的應(yīng)用〔J〕.煤炭技術(shù)，2013（10）.

〔3〕黃炳義，孟紅秀，李立君.煤礦提升機電氣控制系統(tǒng)的技術(shù)改造〔J〕.煤礦機械，2013（15）.