礦井提升機(jī)控制技術(shù)及應(yīng)用

羅偉剛

（山西潞安集團(tuán)蒲縣伊田煤業(yè)有限公司， 山西 臨汾 041000）

1 礦井提升機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

礦井提升機(jī)控制技術(shù)在煤炭開采領(lǐng)域應(yīng)用較晚，通過地表與井下往返運(yùn)行，達(dá)到運(yùn)輸目的，一旦設(shè)備系統(tǒng)出現(xiàn)故障，很容易造成設(shè)備的損壞。同時(shí)，礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)具備能耗高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)[1]，在實(shí)際應(yīng)用的過程中，一旦出現(xiàn)故障，后期維修時(shí)間較長(zhǎng)，會(huì)影響煤礦開采進(jìn)度和效率，進(jìn)而造成不可逆的經(jīng)濟(jì)損失?，F(xiàn)階段，TKD型提升機(jī)電控裝置和繼電器組成的提升機(jī)電控裝置已經(jīng)被禁止。由于電機(jī)啟動(dòng)和調(diào)速中以切換電阻方式為主，調(diào)速效果差，能耗較大，很容易在實(shí)際操作中出現(xiàn)故障，進(jìn)而被禁止使用。在科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步的今天，提升設(shè)備和控制系統(tǒng)不斷完善，各種新型技術(shù)應(yīng)用在礦井提升設(shè)備中，并具備以下幾點(diǎn)特點(diǎn)：第一，礦井提升機(jī)可以在四象限內(nèi)運(yùn)行，在各個(gè)煤礦開采階段，礦井提升機(jī)存在正力和負(fù)力，使其可以同時(shí)存在正轉(zhuǎn)和負(fù)轉(zhuǎn)，將制動(dòng)和電動(dòng)有效地結(jié)合在一起，提高運(yùn)行效果，降低故障的發(fā)生幾率。第二，礦井提升機(jī)運(yùn)行速度比較精確，屬于位置控制系統(tǒng)，可以在實(shí)際應(yīng)用中不斷下放或提升到任何位置，并在移動(dòng)過程中等速運(yùn)行，滿足工作運(yùn)輸要求。第三，礦井提升機(jī)控制技術(shù)可以直接顯示礦井提升機(jī)的實(shí)際位置，礦井提升機(jī)在進(jìn)行下放或是提升運(yùn)動(dòng)時(shí)，設(shè)備操作人員可以借助深度指示器和顯示器顯示礦井提升機(jī)的實(shí)際位置，進(jìn)而根據(jù)工作需要加以調(diào)整，保證煤礦開采效果。第四，礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)內(nèi)部故障監(jiān)控系統(tǒng)較為完善，一旦發(fā)生設(shè)備故障，控制系統(tǒng)會(huì)及時(shí)發(fā)出警報(bào)，顯示故障位置，盡快排除故障，進(jìn)而提高工作效率[2-3]。

2 礦井提升機(jī)控制技術(shù)在煤礦領(lǐng)域的應(yīng)用

矢量控制的核心是依照直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方式和調(diào)速特點(diǎn)，安設(shè)兩個(gè)獨(dú)立的直流磁場(chǎng)控制和調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，異步電動(dòng)機(jī)定子繞組流到三相平衡正弦電流，形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。而此時(shí)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，正是由于定子繞組和轉(zhuǎn)子導(dǎo)體連接直流電流，形成兩個(gè)相互垂直的磁場(chǎng)，作用下形成旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，達(dá)到運(yùn)行效果[4]。將三相交流電磁場(chǎng)等分成兩個(gè)相互垂直的交流電磁場(chǎng)，并與兩組直流繞組磁場(chǎng)進(jìn)行等效，二者只間隔一個(gè)5°的相位角。三相電流分別是iA、iB、iC，異步電動(dòng)機(jī)輸出是轉(zhuǎn)速X，如圖1所示，通過3/2坐標(biāo)和同步矢量旋轉(zhuǎn)V/R等坐標(biāo)的實(shí)時(shí)變換，形成一臺(tái)im1與it1輸入、X輸出的直流電動(dòng)機(jī)。由此可見，異步電動(dòng)機(jī)通過坐標(biāo)變換生成等效直流電動(dòng)機(jī)，可以模擬直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，而通過坐標(biāo)反向變換即可控制異步電動(dòng)機(jī)。在此過程中，主要依靠電流空間矢量實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)的變換，形成矢量變換控制系統(tǒng)。

2.1 主控系統(tǒng)

主控系統(tǒng)選擇三菱FX2N系列PLC代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電接觸器控制系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

2.2 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)

變頻調(diào)速控制系統(tǒng)選擇西門子工程型變頻器，適用于提升機(jī)運(yùn)行環(huán)境?？刂茊卧逻_(dá)給變頻器控制命令，可以控制礦井提升機(jī)根據(jù)既定速度曲線運(yùn)行，進(jìn)而提高礦井提升機(jī)的穩(wěn)定性。安設(shè)變頻調(diào)速后，替代系統(tǒng)內(nèi)部多段電阻調(diào)速系統(tǒng)，提高礦井提升機(jī)的平穩(wěn)性。同時(shí)，在實(shí)際運(yùn)行中，變頻器可以直接根據(jù)工作需要求調(diào)整電源頻率，實(shí)現(xiàn)電機(jī)無級(jí)調(diào)速，節(jié)省不必要能耗，最終符合降耗低碳的政策要求。

2.3 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)礦井提升機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和故障診斷，以此提高礦井提升機(jī)的可維護(hù)性與可靠性，這對(duì)煤礦安全生產(chǎn)和生產(chǎn)效率的提升具有非常重要的促進(jìn)意義。在實(shí)際應(yīng)用中，人機(jī)交互界面使用專門組態(tài)軟件，在計(jì)算機(jī)界面上可以顯示出礦井提升機(jī)工作狀態(tài)和工作流程。該監(jiān)控系統(tǒng)主要借助RS-232接口和PLC進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，實(shí)現(xiàn)監(jiān)視和控制的有效同步[5]。

圖1 三相電流在等效直流電機(jī)中的轉(zhuǎn)換

2.4 信號(hào)控制系統(tǒng)

在實(shí)際應(yīng)用中，礦井提升機(jī)信號(hào)主要來源于系統(tǒng)工作現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置的天輪、井筒、深度指示器、潤(rùn)滑站以及液壓站，系統(tǒng)自動(dòng)收集這些現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的工作信息，借助旋轉(zhuǎn)編碼器、限位開關(guān)以及壓力變送器等設(shè)備發(fā)送到PLC主機(jī)中，PLC主機(jī)程序會(huì)自動(dòng)處理輸入信號(hào)，并將處理結(jié)果傳送到觸摸顯示屏和聲光報(bào)警中，警示工作人員注意查看，并選擇有效的措施進(jìn)行處理，以保證礦井提升機(jī)的有效運(yùn)行。

2.5 安全保護(hù)系統(tǒng)

安全保護(hù)系統(tǒng)可以對(duì)過卷、定點(diǎn)超速、等速、PLC編碼器斷線、傳動(dòng)系統(tǒng)故障、自動(dòng)限速、錯(cuò)向等部分進(jìn)行保護(hù)，安全保護(hù)系統(tǒng)主要將硬件和軟件有效地結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)安全電路相對(duì)閉鎖和冗余，當(dāng)一條安全電路處于斷開狀態(tài)時(shí)，另一條電路也會(huì)隨之?dāng)嚅_，而硬件安全回路會(huì)借助硬件回路達(dá)到運(yùn)行目標(biāo)，軟件安全回路會(huì)在硬件安全回路運(yùn)行的同時(shí)在PLC軟件中進(jìn)行同步搭建，實(shí)現(xiàn)和硬件安全回路保持同一動(dòng)作，進(jìn)而發(fā)揮出安全保護(hù)系統(tǒng)的安全功能和保護(hù)功能。

3 礦井提升機(jī)控制技術(shù)創(chuàng)新的建議

3.1 高精度調(diào)速

為了發(fā)揮出礦井提升機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，礦井提升機(jī)控制技術(shù)要進(jìn)一步提高系統(tǒng)調(diào)速的精確性，將創(chuàng)新重點(diǎn)落在平滑調(diào)速方面，這樣不僅可以防止礦井提升機(jī)啟動(dòng)中可能發(fā)生的提升機(jī)容器下落情況，也可以保證框架提升機(jī)在安全環(huán)境下準(zhǔn)確停車，縮短爬行段距離，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)礦井提升機(jī)的高效、穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 高監(jiān)控水平

礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，不僅會(huì)影響工作進(jìn)度和工作效率，還會(huì)由于礦井提升機(jī)的失控造成設(shè)備破壞，無法根據(jù)故障性質(zhì)對(duì)礦井提升機(jī)進(jìn)行維護(hù)。對(duì)此，為了促進(jìn)礦井提升機(jī)控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用，要進(jìn)一步加強(qiáng)監(jiān)控系統(tǒng)，提高監(jiān)控水平和故障排除能力，幫助工作人員及時(shí)排除故障，保證礦井提升機(jī)正常工作。

3.3 自動(dòng)化控制

未來的礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)將逐漸朝著自動(dòng)化方向發(fā)展，要求相關(guān)研究人員加大對(duì)礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)智能化和自動(dòng)化的研究，引入PLC和智能儀表等數(shù)字控制技術(shù)，進(jìn)而提高礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)的自動(dòng)化水平。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著礦井提升機(jī)控制技術(shù)逐步向高精度調(diào)速和高監(jiān)控水平發(fā)展，其控制系統(tǒng)各模塊功能將不斷得到強(qiáng)化，其控制系統(tǒng)也將會(huì)不斷得到完善和優(yōu)化，從而使得提升機(jī)運(yùn)行效率和運(yùn)行質(zhì)量得以大幅提升。

[1] 劉國(guó)峰.礦井提升機(jī)控制技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)介[J].煤礦機(jī)電，2015（2）：108-110.

[2] 董有祥.PLC變頻控制技術(shù)在礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].科學(xué)之友，2015（23）：52-53.

[3] 王棟林，童川.礦井提升機(jī)控制技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J].城市建設(shè)理論研究，2017（21）：102-103.

[4] 張紹飛.礦井提升機(jī)控制技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J].山東工業(yè)技術(shù)，2017（7）：83.

[5] 劉海清，楊玲玲，孫林艷.礦井提升機(jī)（500 kW以下）控制技術(shù)的應(yīng)用[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2016（11）：238-239.