礦用提升機(jī)控制系統(tǒng)優(yōu)化研究

曹永愛 郭凱 崔世杰

[摘? ? 要]研究礦用提升機(jī)控制系統(tǒng)優(yōu)化策略的主要目的是提高礦用提升機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行效率和控制系統(tǒng)應(yīng)用成本，提高煤礦開采作業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。文章結(jié)合煤礦開采的作業(yè)現(xiàn)狀提出了提升機(jī)控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)，并從系統(tǒng)軟硬件組成、自動控制系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等方面提出了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的措施。同時，提出了系統(tǒng)界面功能和設(shè)備監(jiān)控管理功能的優(yōu)化策略，希望能夠進(jìn)一步提高提升機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性，為煤礦開采作業(yè)的高效開展奠定良好的基礎(chǔ)。

[關(guān)鍵詞]提升機(jī);控制系統(tǒng);優(yōu)化設(shè)計(jì)

[中圖分類號]TD532 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）10–000–02

Study on Optimization of Mine Hoist Control System

Cao Yong-ai，Guo Kai，Cui Shi-jie

[Abstract]The main purpose of studying the optimization strategy of mine hoist control system is to improve the operation efficiency of mine hoist system and the application cost of control system， and improve the economic benefits of coal mining operation. In the following， combined with the operation status of coal mining， the objectives of optimization design of hoist control system are put forward， and the measures of system structure optimization are put forward from the aspects of system software and hardware composition， main structure and network structure of automatic control system. Finally， the optimization strategies of system interface function and equipment monitoring and management function are put forward， It is hoped to further improve the operation reliability of the hoist system and lay a good foundation for the efficient development of coal mining operation.

[Keywords]hoist; control system; optimal design

在國家經(jīng)濟(jì)大力發(fā)展形勢下，人們的生產(chǎn)活動中對煤炭資源的需求量不斷增加，致使煤炭企業(yè)面臨更大的開采壓力，既要保障煤炭資源質(zhì)量，又要保障煤礦開采安全。雖然現(xiàn)階段的煤礦開采技術(shù)已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但在煤礦開采過程中的井下提升控制系統(tǒng)還存在一定的不足，難以滿足當(dāng)前的高效開采需求。因此，迫切需要結(jié)合煤礦開采要求和現(xiàn)有的控制系統(tǒng)問題，對礦用提升機(jī)自動控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其能夠盡快適應(yīng)當(dāng)前的煤礦開采作業(yè)需求，有效地提升煤礦開采效率，為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展創(chuàng)造基礎(chǔ)。

1 明確礦用提升機(jī)自動控制系統(tǒng)的優(yōu)化目標(biāo)

（1）提高礦用提升機(jī)自動控制系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性能。考慮到前期所使用的提升機(jī)自動控制系統(tǒng)不僅控制效率低下，還存在經(jīng)濟(jì)成本較高的問題。在針對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時，首先需要解決的問題便是如何控制好系統(tǒng)應(yīng)用成本。因此，進(jìn)行提升機(jī)自動控制系統(tǒng)優(yōu)化的主要目的為盡量降低控制系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用成本。同時，提高提升機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行效率，盡可能減少人員成本投入。

（2）優(yōu)化礦用提升機(jī)自動控制系統(tǒng)功能。結(jié)合當(dāng)前的煤礦生產(chǎn)作業(yè)需求，對自動控制系統(tǒng)功能進(jìn)行優(yōu)化與補(bǔ)充。其主要功能應(yīng)包括監(jiān)控功能、系統(tǒng)平臺管理功能、用戶權(quán)限管理功能、提升過程管理、部件運(yùn)行狀態(tài)管理功能等。其中，提升過程管理功能主要是通過對提升機(jī)提升動作，如裝載、提升、卸載、制動、升速、降速等系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行集中獲取與分析。同時，根據(jù)不同井下作業(yè)環(huán)境對提升機(jī)進(jìn)行合理控制，為后續(xù)的提升機(jī)自動控制操作提供有利的借鑒。部件運(yùn)行狀態(tài)管理功能則是指，通過傳感器獲取各部件的運(yùn)行狀態(tài)，并利用專家算法明確各部件的運(yùn)行狀態(tài)。相關(guān)的用戶可通過控制系統(tǒng)完成對各類數(shù)據(jù)參數(shù)的設(shè)計(jì)，使其能夠滿足不同的提升作業(yè)需求。監(jiān)控功能則是指，對于提升機(jī)自動控制對象的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并對運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行匯總。通過對功能模塊的優(yōu)化設(shè)計(jì)和細(xì)分可以有效強(qiáng)化提升機(jī)自動控制系統(tǒng)的可靠性，這也是進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化的主要目的之一。

2 礦用提升機(jī)自動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

礦用提升機(jī)自動控制系統(tǒng)主要包括傳感器模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)控制模塊、量化系統(tǒng)模塊以及礦用提升機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)測模塊等。這些系統(tǒng)模塊均是依靠網(wǎng)絡(luò)數(shù)字信號傳輸來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息交互和數(shù)控。在自動處理系統(tǒng)中，其通過對數(shù)據(jù)信息的集成分析來做出自動控制動作，可有效提升自動控制系統(tǒng)的控制可靠性（圖1）。

2.1 系統(tǒng)軟硬件組成

2.1.1 傳感器裝置

在井下作業(yè)空間內(nèi)設(shè)置的傳感器裝置可以對煤礦開采現(xiàn)場的作業(yè)環(huán)境以及設(shè)備運(yùn)行狀況等相關(guān)信息進(jìn)行全面獲取，并且根據(jù)系統(tǒng)要求的標(biāo)準(zhǔn)以信號形式傳輸至自動控制系統(tǒng)，可以為系統(tǒng)的控制操作和管理工作提供可靠的數(shù)據(jù)參考?？紤]到煤礦生產(chǎn)作業(yè)的環(huán)境十分復(fù)雜，在選用傳感器裝置時，應(yīng)優(yōu)先選用靈敏度較高的傳感器設(shè)備。

2.1.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中采用FactorySuite 2000，主要用于生產(chǎn)信息的管理，可實(shí)現(xiàn)提升機(jī)提升過程中各類設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的集成分析與參數(shù)控制。該系統(tǒng)在自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用很大程度上提升了提升機(jī)設(shè)備的提升能力。數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)的傳輸過程如圖2所示。

2.1.3 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器

在提升機(jī)自動控制系統(tǒng)中，設(shè)置了用于儲存提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)的數(shù)據(jù)庫。在數(shù)據(jù)庫中涉及提升機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的所有參數(shù)和數(shù)據(jù)處理的過程，從某一層面來講，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力直接關(guān)系自動控制系統(tǒng)的控制效率。只有保障對各類運(yùn)行參數(shù)的高效集成與處理才能在短時間內(nèi)分析提升機(jī)的運(yùn)行效果，并做出可靠的控制指令。鑒于提升機(jī)自動控制過程中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)參數(shù)量較大，且數(shù)據(jù)類型較為復(fù)雜，在選用數(shù)據(jù)庫服務(wù)器時，應(yīng)優(yōu)先選用高性能的服務(wù)器。

2.1.4 網(wǎng)站服務(wù)器

網(wǎng)站服務(wù)器是指為用戶提供訪問提升機(jī)自動控制系統(tǒng)的平臺。在服務(wù)器中，根據(jù)提升機(jī)控制系統(tǒng)的功能和管理需求設(shè)置了多個訪問端口，可以滿足大部分情況下的提升機(jī)控制系統(tǒng)管理需求。通過訪問該服務(wù)器可使管理者獲取大部分提升機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，及時了解提升機(jī)的運(yùn)行效果，為煤礦開采作業(yè)管理工作奠定了良好的基礎(chǔ)。

2.2 自動控制系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)優(yōu)化

在針對自動控制系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時，需要考慮提升機(jī)系統(tǒng)控制過程中的相關(guān)控制要素，并結(jié)合自動控制理論提出可靠的自動控制結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案。因自動控制系統(tǒng)中存在分支系統(tǒng)復(fù)雜和控制任務(wù)量較多的問題，為了保障自動控制結(jié)構(gòu)的可靠性，需要根據(jù)礦井提升機(jī)的作業(yè)特點(diǎn)和作業(yè)要求，對各分支系統(tǒng)的任務(wù)狀況進(jìn)行細(xì)化分析，并明確各個分支任務(wù)之間存在的密切聯(lián)系。在此基礎(chǔ)上，形成結(jié)構(gòu)合理的自動控制系統(tǒng)。經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)后的自動控制系統(tǒng)，可對系統(tǒng)運(yùn)行過程中的系統(tǒng)參數(shù)和環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)時獲取，并傳輸至自動控制系統(tǒng)中，在對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析后，可下達(dá)正確的自動控制指令。這可有效提升提升機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行效果，對于提高煤礦生產(chǎn)效率也具有積極作用。

2.3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

提升機(jī)自動控制系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)產(chǎn)生了較大的依賴，這主要是由于其在進(jìn)行自動控制過程中，需要通過網(wǎng)絡(luò)完成對各類數(shù)據(jù)的及時傳遞。因此，為了保障提升機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性，需要全面提升網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。但實(shí)際上，由于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境較為復(fù)雜，很容易受到外部因素影響，造成網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行不暢的現(xiàn)象。為此，需要設(shè)置和應(yīng)用高性能的防火墻技術(shù)，保障網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全運(yùn)行，并對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3 其他系統(tǒng)功能的開發(fā)

經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)后的礦井提升機(jī)自動控制系統(tǒng)由多個功能模塊組成，主要包括提升過程管理、實(shí)施監(jiān)控管理、系統(tǒng)平臺管理、用戶權(quán)限管理和部件運(yùn)行狀態(tài)管理等模塊。主要目的是通過優(yōu)化控制系統(tǒng)功能來提升提升機(jī)的運(yùn)行效率。其中，提升過程分析主要是針對提升機(jī)的提升、卸載以及制動等主要作業(yè)環(huán)節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)分析，并且通過系統(tǒng)獲取的環(huán)境參數(shù)和提升機(jī)承載量等參數(shù)將提升機(jī)的提升過程以圖形或者數(shù)據(jù)的形式表現(xiàn)出來。在針對提升機(jī)設(shè)備進(jìn)行管理時，可以參照這些數(shù)據(jù)信息，明確了解設(shè)備運(yùn)行狀況，并制定合理的設(shè)備管理方案。

此外，提升機(jī)自動控制系統(tǒng)還包括任務(wù)設(shè)置、權(quán)限設(shè)置、圖表和錄入查詢等功能。用戶可根據(jù)自身的管理需求和應(yīng)用需求對頁面進(jìn)行合理設(shè)置。管理界面的功能分布和任務(wù)分組較為合理，用戶還可根據(jù)自身需求對數(shù)據(jù)顯示形式進(jìn)行科學(xué)設(shè)置，訪問系統(tǒng)時可以提取相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，使設(shè)備管理任務(wù)更為便捷。

3.1 系統(tǒng)界面功能

系統(tǒng)界面是訪問和管理自動控制系統(tǒng)的主要訪問端口，在用戶服務(wù)界面中支持任務(wù)統(tǒng)計(jì)接口和服務(wù)類型數(shù)據(jù)接口。在提升機(jī)運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的大部分?jǐn)?shù)據(jù)信息均可通過上述接口傳輸至數(shù)據(jù)庫。而任務(wù)管理器則可通過對數(shù)據(jù)信息的匯總處理形成自動控制系統(tǒng)要求的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)類型。系統(tǒng)界面功能可對自動控制系統(tǒng)運(yùn)行中的各類數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有效展示。

3.2 設(shè)備監(jiān)控管理功能

設(shè)備監(jiān)控管理功能主要針對提升機(jī)自動控制系統(tǒng)運(yùn)行中提升機(jī)提升和卸載的整個作業(yè)過程中涉及的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控管理。在自動控制系統(tǒng)的作業(yè)下，可對井下提升作業(yè)環(huán)境參數(shù)和提升機(jī)的提升作業(yè)參數(shù)進(jìn)行全面獲取，并根據(jù)系統(tǒng)分析結(jié)論對各類設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行及時了解。這可為設(shè)備管理工作提升可靠的參數(shù)，一旦發(fā)生運(yùn)行參數(shù)異常現(xiàn)象時，也可及時做出響應(yīng)，降低設(shè)備故障對提升機(jī)運(yùn)行效率的影響。

4 結(jié)束語

在當(dāng)前的煤礦事業(yè)發(fā)展背景下，對煤礦開采效率和煤礦產(chǎn)品的質(zhì)量提出了全新的要求，這也意味著煤礦開采技術(shù)需要面臨新的挑戰(zhàn)。如何提高煤礦開采技術(shù)水平，推動煤礦事業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展成為當(dāng)前需要研究的重點(diǎn)課題。其中，對煤礦開采效率具有重要影響技術(shù)的提升機(jī)技術(shù)，提升機(jī)的運(yùn)行效率和運(yùn)行安全直接關(guān)系煤礦開采的作業(yè)效率和作業(yè)安全。因此，文章圍繞礦用提升機(jī)的自動控制系統(tǒng)優(yōu)化方案展開研究，有望在今后的煤礦開采作業(yè)中不斷總結(jié)作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng)提升機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用效果，提高煤礦生產(chǎn)作業(yè)的整體水平。

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