煤礦提升機電控系統設計與分析

姜海濱 董镕璇 吳瑋

摘要：文章對煤礦提升機電控系統進行了詳細分析設計，首先介紹了提升機電控系統技術的應用現狀，在此基礎上重點研究了提升機電控系統的設計，給出了基于PLC和計算機實現的上下位機電控系統模式，以及電控的基本結構組成，并針對其中的變頻調速關鍵技術問題給出了相應的解決措施與方案，對于進一步提高我國煤礦提升機電控系統設計應用水平，具有較好的借鑒指導意義。

關鍵詞：煤礦提升機；自動化控制；電控系統；信號采集系統

中圖分類號：TD633 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）01-0053-02

提升機承擔著運輸煤礦貨物、設備以及人員從地面到地下或者從地下到地面的任務，一直被認為是煤礦運輸系統的咽喉設備，提升機一旦發生故障，輕則停產導致巨大損失，重則引發人身安全事故，因此對于提升機控制的安全可靠一直是煤礦機電科及機電工程師需要重點解決的問題之一。

本論文主要結合提升機的運行特點，對其機電控制系統進行深入分析探討，以期從中能夠找到合理有效且安全可靠的機電控制系統設計運行方案，并以此和廣大同行分享。

一、礦井提升機電控系統技術的應用現狀

由于礦井提升機在安全性方面的極端重要性，因此各個國家都大力致力于礦井提升機電控系統的研究，因此，也有人將提升機電控系統的水平看做是一個國家傳動控制水平的體現。我國煤礦井道情況較復雜，提升機電控系統無法做到國外那樣大型而智能化，但是我國對于提升機電控系統的研究和開發也是非常重視的，并且也取得了一些成果。結合目前我國各大煤礦提升機電控系統的運行情況來看，我國礦井提升機電控系統的主流應用技術體現在以下幾個

方面：

（一）交流電控系統

我國現有的礦井提升機中，大約有超過一半甚至更多的提升機，采用了交流拖動電控系統。交流拖動電控系統最大特點是采用改變轉差率S的方法來實現調速，沒有實現無極調速，且調速過程中會產生大量的轉差功率，使得大量電能消耗在轉子附加電阻上，導致電控系統的調速經濟性很差。

（二）直流電控系統

我國直流拖動電控系統的礦井提升機目前應用的還不多，僅僅在少數大型煤礦配備了直流電控系統。直流電控系統采用變頻器實現對提升機的變頻拖動，一方面不僅僅大大提高了調速的經濟性，更重要的是利用變頻器能夠很輕易的實現無極調速，從而大大提高了提升機的過載能力，提高了生產效率；另一方面，隨著電力電子技術的發展，采用可控晶閘管整流裝置得到的直流電源作為直流拖動電控系統的驅動電源，能夠更加平穩平滑的實現無極調速，運行效率高，適用范圍廣。

（三）微機控制電控系統

隨著工業控制技術的發展和計算機技術的發展，逐漸出現了微機控制的電控系統，具體來說分為上位機和下位機。

1．下位機控制。目前應用的最為廣泛的下位機控制器是可編程邏輯控制器，也稱作PLC，利用PLC實現對提升機的深度、拉力、電流、速度等狀態參數的實時監測和控制。利用PLC實現對礦井提升機的控制的同時，具有很好的故障診斷能力，這是以往的控制系統所無法實現的功能。

2．上位機控制。利用計算機實現對提升機工作過程和工作狀態參數的實時監測，并利用組建的網絡傳輸相應的控制指令，實現對礦井提升機的遠程監測與控制，這是目前電控系統的最新發展趨勢。這種電控系統不僅能夠實現對提升機的狀態監測，而且還能夠實現遠程控制，具備一定智能程度的故障診斷模式，因此這種智能化的電控系統得到了廣泛的應用

發展。

二、基于PLC+計算機模式的提升機電控系統設計研究

（一）電控系統的基本組成

成套電控系統主要由高壓配電系統、低壓配電系統、操作系統、安全保護系統、監控系統、全數字變流驅動系統組成。電氣操作系統采用西門子公司原裝S7-300系列的可編程序控制器作為操作控制主控單元，安全保護采用軟、硬件兩路安全回路實現雙重保護；監控計算機由工業控制計算機配備通訊軟件構成，可對提升機全行程各重要參數進行監控。

主電控系統主要由電源電路、PLC保護回路、驅動電路及其必要的控制回路組成。電源電路主要是實現交流電源轉直流電源，并且配合變頻器設計相應的電源電路，實現電源高效可靠工作；PLC保護回路主要實現對PLC的過流過壓保護；驅動電路主要實現經PLC輸出回路驅動提升機相應部件完成預期控制動作。晶閘管直流調速系統采用專用的全數控晶閘管直流調速裝置，可以根據實際的提升機容量及功率配置相應的配電柜及晶閘管調速模塊，共同完成對電動機供電和調速的功能。

另一方面，配備與過程接口相關的各種電源、繼電器、接口模塊、操作臺集中顯示信號燈，采集、檢測、預處理并顯示提升機的各種運行指令、位置信號、速度信號、故障信號燈，并依據指令、安全信號的要求實現對提升機的工藝控制和安全保護。電氣傳動系統采用恒定磁場電樞可逆串聯12脈動的傳動方案，以西門子公司的6RA70全數字直流調速裝置為電樞和磁場的調節控制中心，通過反并聯的可控硅組件，實現對提升電機的拖動。

（二）電控系統的控制模式

基于PLC+計算機模式的提升機電控系統，其控制模式分析如下：

1．信號采集系統。信號采集系統主要是由下位機完成的，也就是PLC控制器，負責實時采集礦井提升機的各項工作參數和狀態參數，采集參量按其性質可分為模擬量采集和數字量采集，模擬量經過PLC的模擬量入口進入到PLC內部，數字量經過PLC的開關量入口進入到PLC內部，由PLC內部程序實現對各個工作參數和狀態參數的處理，并經過傳輸網絡傳送至上位機計算機，由專用的組態程序實現對相關參數的實時顯示。

2．上位機監控系統。上位機監控主要采用專用計算機實現，配備數據采集卡模塊，利用組態軟件設計專用的上位機顯示控制程序，一方面用以實時顯示遠程采集到的工作參數和狀態參數，另一方面用以下達遠程控制指令，實現對提升機的遠程電控。

（三）提升機電控系統變頻調速技術的實現分析

當PLC控制變頻器啟動后，變頻器的工作狀態參數，比如電壓、電流、功率、頻率參數都會實時被采集傳輸到PLC內部，PLC根據預先編制好的程序，對電機轉速進行采集和對比，當電機轉速過高，則對頻率進行調整，降低頻率以實現降低電機轉速，從而降低了提升機的運行速度；若電機專屬過低，則變頻器自動提高運行頻率，實現無極調速，提高電機轉速以提高提升機運行速度，從而達到變頻無極平滑調速的

目的。

PLC在完成對變頻器工作參數和提升機工作參數采集監測的同時，還控制著變頻器啟動和接收變頻器故障報警信號的功能，通過提升機內的電流變送器自動過載或者電機堵轉等故障，使變頻器控制電機在故障后自動停機；另外，變頻器本身具有過壓、過流、斷相、過熱保護和故障顯示等功能。

三、結語

煤礦提升機對于整個煤礦的安全生產具有決定性影響，本論文重點對提升機電控系統進行了分析設計，給出了基于PLC和計算機模式的提升機電控系統設計方案，并對其電控系統設計方案的關鍵實現技術問題進行了研究，給出了相應的解決措施和建議，對于進一步提高我國煤礦提升機電控系統設計應用水平和提高煤礦安全生產具有較好的指導意義。

參考文獻

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（責任編輯：陳 倩）