礦井提升機(jī)控制技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展

張兵

摘要：礦井提升機(jī)是煤礦、有色金屬礦中的重要運(yùn)輸設(shè)備，而提升系統(tǒng)在礦山生產(chǎn)中也占有十分重要的地位，整個提升系統(tǒng)不僅裝機(jī)容量大、可靠性要求高，而且能耗較大。同時，當(dāng)前我國大多礦山中所應(yīng)用的礦井提升機(jī)控制技術(shù)都存在著設(shè)備老化、實(shí)時監(jiān)控等問題，只有相關(guān)人員對當(dāng)前礦井提升機(jī)控制技術(shù)的現(xiàn)狀有一個充分認(rèn)識，才能夠使礦山企業(yè)得到更好的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：提升機(jī);控制技術(shù);研究現(xiàn)狀;礦山企業(yè)

引言

礦井提升機(jī)是煤礦、有色金屬礦中的重要運(yùn)輸設(shè)備，主要負(fù)責(zé)礦石提升、人員運(yùn)送、物料下放這些工作。礦井提升機(jī)和相關(guān)設(shè)備的配套組合便成為了異常復(fù)雜的電氣和機(jī)械組合新模式。提升系統(tǒng)在礦山生產(chǎn)中處于非常重要的地位，整個提升系統(tǒng)不僅裝機(jī)容量大、可靠性要求高，并且能耗較大，當(dāng)前我國的大多數(shù)礦山中應(yīng)用的礦井提升機(jī)控制技術(shù)都存在著設(shè)備老化、無法實(shí)施有效的故障預(yù)警和實(shí)時監(jiān)控等問題，而面對著這些問題首先需要進(jìn)行的就是要對當(dāng)前礦井提升機(jī)控制技術(shù)的現(xiàn)狀有充分的認(rèn)識和理解，才能夠彌補(bǔ)我國礦山企業(yè)在該領(lǐng)域上的技術(shù)不足，從而使得礦山企業(yè)得以更好的發(fā)展。

一、礦井提升機(jī)控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀分析

礦井提升機(jī)應(yīng)用在國內(nèi)的礦山生產(chǎn)中起步時間較晚，正式開始應(yīng)用的時間在1958年，提升機(jī)是在地表和井下不斷進(jìn)行往復(fù)運(yùn)行的，所以一旦有故障的出現(xiàn)就會造成設(shè)備損壞，另外礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)非常的復(fù)雜、耗電量也較大。2015年國家安監(jiān)總局制定關(guān)于《金屬非金屬礦山禁止使用的設(shè)備及工藝目錄》中包含TKD型提升機(jī)電控裝置及使用繼電器結(jié)構(gòu)原理的提升機(jī)電控裝置，TKD電控存在問題主要有：電控設(shè)備是繼電器—接觸器系統(tǒng)，電機(jī)的啟動、制動、調(diào)速采用轉(zhuǎn)子回路中切換電阻的方式，只能為有級調(diào)速，調(diào)速效果差，電阻發(fā)熱消耗電能，電阻易損壞，故障率非常的高。電阻調(diào)速電控系統(tǒng)存在的問題，是設(shè)備技術(shù)水平的先天缺陷，無法使用調(diào)試手段克服，只能根據(jù)現(xiàn)場情況適當(dāng)改善，并且調(diào)試難度大，效果很難理想，不能兼顧正力、負(fù)力提升負(fù)荷變化比較大場合。所以未來高可靠性、高效、綜合自動化等將成為其發(fā)展的方向。而當(dāng)前隨著科技技術(shù)的進(jìn)步和礦井生產(chǎn)現(xiàn)代化要求的不斷提高，提升設(shè)備及控制系統(tǒng)也逐步趨于完善，各種新技術(shù)逐步應(yīng)用于礦井提升設(shè)備中?？偨Y(jié)起來當(dāng)前礦井提升機(jī)控制技術(shù)主要具有下面幾個特點(diǎn)：

（1）礦井提升機(jī)處于四象限內(nèi)運(yùn)行：在不同的階段內(nèi)礦井提升機(jī)既有正力也有負(fù)力，既有正轉(zhuǎn)同時也存在負(fù)轉(zhuǎn)，既有制動也有電動，所以在礦山當(dāng)中使用的礦井提升機(jī)在運(yùn)行過程中則需要處于四象限內(nèi)進(jìn)行運(yùn)行。

（2）礦井提升機(jī)運(yùn)行速度較為可靠和準(zhǔn)確：礦井提升機(jī)屬于位置控制系統(tǒng)的一種，不斷下放和提升往復(fù)過程中在何位置等速運(yùn)行、何位置減速運(yùn)行、何位置加速運(yùn)行等都是有嚴(yán)格要求的。

（3）礦井提升機(jī)控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對行程的直觀顯示：當(dāng)?shù)V井提升機(jī)不斷下放和提升往復(fù)過程中，設(shè)備的操作人員是能通過深度指示器及顯示器讀取設(shè)備實(shí)時位置的。

（4）礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)在故障監(jiān)視領(lǐng)域較為完善：當(dāng)設(shè)備運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障的時候，做為礦井提升系統(tǒng)是會報(bào)警和顯示的，這也使得故障的排除速度有效的較快了。

二、礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)組成分析

在整個礦井運(yùn)行系統(tǒng)當(dāng)中，提升機(jī)控制系統(tǒng)屬于核心部分，該核心系統(tǒng)的質(zhì)量將直接的關(guān)系到礦山生產(chǎn)效率及生產(chǎn)安全，當(dāng)前PLC、變頻調(diào)速已經(jīng)成為了礦井提升控制系統(tǒng)的主流調(diào)速方案，從而實(shí)現(xiàn)了調(diào)速的平滑以及保護(hù)措施的兼?zhèn)洹?/p>

隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，PLC系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用，并被使用單位認(rèn)可?！敖弧薄弧弊冾l技術(shù)已經(jīng)非常成熟，變頻調(diào)速技術(shù)已成為提升機(jī)的最佳選擇，其具有無級調(diào)速，調(diào)速精確，節(jié)能效果顯著等優(yōu)勢，在礦山企業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。特別是近年來，變頻系統(tǒng)礦井提升機(jī)大量應(yīng)用，使礦井提升機(jī)達(dá)到了一個新水平。采用變頻調(diào)速技術(shù)，可以很容易的解決調(diào)速控制中的問題，而且節(jié)約大量電能，在僅增加少量成本的前提下，可以通過節(jié)能增效，逐步收回投資。從使用的角度出發(fā)，變頻調(diào)速技術(shù)無論從經(jīng)濟(jì)角度、還是從技術(shù)角度考慮，都是礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)的最佳選擇。變頻調(diào)速電控系統(tǒng)：由變頻調(diào)速柜、綜合電源柜、控制操作臺組成?？刂撇僮髋_負(fù)責(zé)整個提升工藝過程的控制及保護(hù)。變頻柜、低壓配電柜，完成系統(tǒng)的電氣傳動、閉環(huán)控制各類保護(hù)，使系統(tǒng)更安全更可靠。

三、礦井提升機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展趨勢

加強(qiáng)對礦井提升機(jī)控制技術(shù)發(fā)展趨勢的研究，不斷提高我國提升機(jī)控制技術(shù)水平，從而滿足現(xiàn)代化礦井提升機(jī)大容量、快速高效、可靠性高、安全性高的要求，不斷推動礦井工作的順利實(shí)施。

3.1礦井提升機(jī)提升位置準(zhǔn)確控制技術(shù)

礦井提升系統(tǒng)具有無爬行運(yùn)行的特點(diǎn)以及準(zhǔn)確停車的要求，而在運(yùn)行速度快、提升行程長的情況下，對速度和形成協(xié)調(diào)閉環(huán)控制以及提升系統(tǒng)機(jī)電液的優(yōu)化協(xié)調(diào)進(jìn)行研究，并通過基于智能控制的提升系統(tǒng)制動與調(diào)速智能協(xié)調(diào)控制技術(shù)的研究，在制動系統(tǒng)與調(diào)速系統(tǒng)之間建立智能協(xié)調(diào)控制技術(shù)，并對基于位置、速度、制動力以及轉(zhuǎn)矩多參數(shù)四閉環(huán)控制相組合的提升運(yùn)行性能最優(yōu)的位置準(zhǔn)確控制技術(shù)進(jìn)行研究，從而實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的平穩(wěn)準(zhǔn)確運(yùn)行，促進(jìn)礦井生產(chǎn)的長久發(fā)展。

3.2礦井提升機(jī)關(guān)鍵部件及裝置性能退化監(jiān)測

在線監(jiān)測和故障診斷技術(shù)在礦井生產(chǎn)過程中的開發(fā)應(yīng)用：隨著工作時間的增長，礦井提升機(jī)關(guān)鍵部件及裝置的工作性能會出現(xiàn)退化現(xiàn)象，而為了促進(jìn)礦井提升機(jī)的長久發(fā)展，要對各部件及裝置的性能退化型故障的機(jī)理及判據(jù)進(jìn)行研究，并開發(fā)性能退化型故障在線監(jiān)測系統(tǒng)，研究評估關(guān)鍵部件及裝置的健康狀態(tài)方法、性能退化防控方法以及以滿足系統(tǒng)工作性能為目標(biāo)的各部件及裝置的早期性能退化期間優(yōu)化的控制方法，并開發(fā)集系統(tǒng)性能退化監(jiān)測、智能防控及優(yōu)化預(yù)測維護(hù)為一體的礦井提升機(jī)健康管理系統(tǒng)，從而為礦井提升機(jī)的安全運(yùn)行提供有力保障。

四、礦井提升機(jī)的遠(yuǎn)程自動啟停智能控制技術(shù)和遠(yuǎn)程集中控制技術(shù)

一方面，研究基于狀態(tài)識別功能的提升系統(tǒng)遠(yuǎn)程自動啟停智能控制技術(shù)，并且在系統(tǒng)啟動或停止過程中，進(jìn)行系統(tǒng)自檢、參數(shù)判定、調(diào)動工藝順序控制，實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的自啟停操作，同時對基于虛擬專用網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程智能診斷及網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)視等技術(shù)手段進(jìn)行研究，以便實(shí)現(xiàn)自動遠(yuǎn)程啟停控制和遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視下的無人值守提升系統(tǒng)全自動運(yùn)行;

另一方面，由于提升機(jī)控制系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)的工作狀況是相對獨(dú)立的，所以對礦井中的自動裝卸載系統(tǒng)、提升機(jī)信號系統(tǒng)等各子系統(tǒng)的控制原理及故障保護(hù)等技術(shù)、提升機(jī)電控系統(tǒng)的視頻檢測技術(shù)進(jìn)行研究，從而通過網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn)對提升系統(tǒng)的遠(yuǎn)程集中智能控制，從而為我國礦井建設(shè)提供強(qiáng)大的物質(zhì)基礎(chǔ)。

五、結(jié)束語

總而言之，礦井提升系統(tǒng)是礦山生產(chǎn)中極其重要的環(huán)節(jié)，它的正常運(yùn)行與否對礦井的安全生產(chǎn)有著直接的影響。因此，礦山提升機(jī)控制技術(shù)要向著提升機(jī)精確調(diào)速控制、位置閉環(huán)控制、智能集控技術(shù)以及故障診斷及健康管理技術(shù)的方向發(fā)展，以便為礦井建設(shè)提供更加強(qiáng)大的物質(zhì)基礎(chǔ)。

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（作者單位：徐州中礦大傳動與自動化有限公司）