淺談豎井提升機控制系統的設計與發展

甘雪瓊

（廣西壯族自治區工業建筑設計研究院，廣西 南寧 530031）

在豎井類型的礦產挖掘過程中，挖掘人員和設備等需要用豎井提升機進入井下，挖掘出礦物后，礦物、設備和下井的人員也需要用豎井提升機運輸到井上。所以，豎井提升機是連接井上和井下的重要工具，對生產效率、經濟利益以及挖掘人員的生命安全有重要影響。傳統的豎井提升機采用轉子回路串電阻分段控制交流繞線式異步電動機繼電器接觸器系統，設備陳舊、技術落后，這種控制系統存在可靠性差、操作復雜、故障率高、電能浪費大、效率低等缺點，基于提升機控制系統存在的問題及豎井提升機如此重要的影響，所以研究它的設計改造和發展尤為重要，如何使豎井提升機可靠安全運行，操作方便，節能效果明顯。本文就豎井提升機控制系統的設計改造和發展進行詳細探討。

一、應用可編程序控制器進行設計改造

可編程序控制器可以通過數字、模擬式輸入或輸出來控制各種類型的機械。應用可編程序控制器來對豎井提升機控制系統進行改造，從技術性和可靠性來說都是可行的，可編程序控制器具有以下優點：

（一）可編程序控制器編程簡單

可編程序控制器不需要采用計算機，而是采用簡單的梯形圖、邏輯圖等編程語言，系統開發周期比較短，現場調試也比較容易。此外，可編程序控制器在線修改程序比較方便，可以在不拆動硬件的基礎上改變控制方案。

（二）可編程序控制器配套齊全，適用性強

可編程序控制器具有標準化、系列化、模塊化等優點，配套的各種硬件裝置可供用戶使用，這樣用戶就可以靈活方便地進行系統配置，組成適合自己使用的不同功能、規模的系統，適用性強，用戶用起來也方便。

（三）可編程序控制器功能強，性價比比較高

可編程序控制器中有千百個供用戶選擇的編程元件，即使非常復雜的功能也能輕松控制。它還可以通過聯網實現分散控制、集中管理的功能，性價比比較高。

（四）可編程序控制器抗干擾能力強

傳統繼電器的控制系統使用了很多時間繼電器等，容易出現觸點接觸不良的后果，進而導致故障。可編程序控制器用軟件替代了時間繼電器，這樣就避免觸點接觸不良導致的故障。

（五）可編程序控制器維修方便

可編程序控制器不僅故障發生率比較低，而且有很好的自我診斷的功能，在發生故障的時候，工作人員可以根據發光二極管或者編程器提供的信息找出故障的原因，這樣用更換模塊的方法能更快地排除故障。

二、應用變頻器進行設計改造

目前國內大多數企業中的豎井提升機多采用交流繞線式的電機串電阻調速系統，然后用繼電器-交流接觸器來控制。這種控制因為接觸器動作頻繁，會導致交流接觸器的主觸頭老化，容易引起設備故障。同時，這種設備在提升機的減速和爬行段的速度控制性能較差，容易出現停車位置不準確的缺點。

由于交流繞線式的電機串電阻調速系統存在電流沖擊大、能耗高、振動大、安全性差以及磨損大和設備維護量大的缺點。所以，隨著科技的日益進步，變頻器系統更多的被應用在豎井提升機上。相對老的控制系統而言，應用變頻器的豎井提升機控制系統具有以下優點：

（一）采用變頻器的控制系統更安全

變頻器專門用于起重提升控制中，解決了起動力矩和開閘的順序控制問題，如果電機的起動力矩不足，就不能打開制動閘瓦，這樣就比原有的舊的控制系統更安全，使用起來更放心。

（二）采用變頻器的控制系統更節能

在原有的繞線式電機轉子串電阻的調速中，所用的電阻會消耗大量的轉差功率，這樣的速度越低，消耗的轉差功率就越大。而變頻器的調速是一種不會耗能的高效調速方式。豎井提升機大部分時間都處在電動狀態，經過測算后發現利用變頻器節能效果非常顯著，大約可以節約25%以上。同時運行的時間越長，節約的電能就越多。這樣，就能有效降低工作中的運行成本，對提高經濟效益有很大的幫助。

（三）采用變頻器的控制系統更易操作

工作人員在使用原有的控制系統的時候，開車操作非常繁瑣，而且要求嚴格。一定要嚴格配合制動手柄和換擋手柄的操作，而且提升和下降的操作程序一旦不規范，還容易造成飛車或者急起、急停的情況，偶爾也會出現跳軌、掉道、彈繩等情況，更有甚者可能會出現重大事故，給工作人員的安全造成威脅。此外，如果在負荷不同的時候，起步停車減速段要每次都達到慢起、慢停、準確停車是非常不容易的。以上這些問題，在使用變頻器之后都會得到解決，相應的操作都會變得簡單。所以，采用變頻器的控制系統降低了提升機工作人員的操作難度。難度降低了也就同時降低了發生事故的幾率。所以，從工作人員的安全角度來說，易操作的變頻器是非常有用的。

（四）采用變頻器的控制系統可以自動變速

采用變頻器之后，豎井提升機的控制系統可以設置多段速度，這樣就使多段變坡點的時候也能平穩運行。

（五）采用變頻器的控制系統所需的維護較少

采用變頻器之后，變頻器的無極變速會幫助豎井提升機平穩運行。運行平穩就可以減少機械各部件之間的磨損和沖擊，從而使各部件使用壽命延長。這樣，既減少了維護人員的工作量，又降低了維護機械所需的成本，同時節省了人力、物力和財力，對于生產力的提高功不可沒，對于經濟利益的提高也非常有用。

豎井提升機采用變頻器之后，不僅僅具有以上幾大優點，還具有低干擾、低噪音、低沖擊等優點，對電網其他設備的影響也較小?？偠灾?，變頻器應用在提升機的控制系統中，較原有的控制系統有著極大的改善和進步。

三、用可編程序控制器或變頻器需要注意的問題

采用可編程序控制器或變頻器來改造豎井提升機的控制系統雖然有很多的優點，但是在發揮這些優點的同時，我們還需要注意一些問題，這樣能夠更好地發揮它們的優勢。

（一）采用可編程序控制器需要注意的問題

1因為可編程序控制器有不同的類型，所以在選擇類型的時候，既要滿足所用提升機系統的要求，也要綜合經濟條件來考慮。一般都選擇設計所用接口數量是所需裝備數量的85%為好。

2采用可編程序控制器代替原有的繼電控制系統時，仍然需要經外部中間繼電器控制，只是所需的繼電器較少。此外，如果經濟條件允許，可以將高壓正反轉開關等更換為真空接觸器。豎井提升機控制系統中所用的行程開關等也可以換成非接觸開關，如感應開關等。

3可編程控制系統確保有自動和手動兩種工作方式，這樣更能靈活地控制系統。

（二）采用變頻器需要注意的問題

1注意工作和環境的溫度。因為變頻器內部是大功率的電子元件，容易受到工作溫度的影響，如果溫度太高或者溫度變化較大的話，會導致變頻器內部出現結露現象，導致絕緣性降低，嚴重的話會出現短路，所以溫度最好控制在40℃以下，同時備好加熱器和干燥劑。

2注意腐蝕性氣體，防止電磁波干擾。在使用的時候，如果腐蝕性氣體濃度過大，會腐蝕變頻器的元件，加速元件老化，降低絕緣性等。為了避免這些情況，可以把控制箱制作成封閉式結構，并且注意換氣。同時，在使用變頻器的時候，周圍會出現很多干擾電磁波，這些電磁波對儀器有一定的干擾，容易導致控制失靈或損壞等。而解決這種情況的方法就是儀器和電子系統等選擇金屬外殼的，這樣就能屏蔽變頻器對儀器等的干擾。

四、豎井提升機電控系統的發展

礦井提升機及其電控系統是礦山生產的大型關鍵設備，對其提升工藝及安全保護均有特殊要求，因此提升機的電控系統一直是國內外電氣自動裝置領域重點關注和研究的內容。

目前礦井提升機的主要電控系統有：交流繞線式異步電動機轉子串電阻調速方案、直流可逆調速方案、交流變頻調速方案。交流繞線式異步電動機轉子串電阻調速方案由于存在調速性能差、能耗高、維護工作量大等問題，雖具有初期成本優勢，但隨著時間的推移必將被逐步淘汰。直流可逆調速方案雖獲得了連續的調速性能，機械、電氣沖擊小，低速轉矩大，機械特性優良等特點，但無論是電動機本身還是電氣控制方案，都較交流電動機復雜得多，組成電氣傳動部分的設備數量多，控制設備復雜，維護量大，成本高，因此，不會成為提升機調速的發展方向。隨著變頻技術的日益成熟，尤其是大功率高壓變頻技術的快速發展，使用變頻器調速技術采用鼠籠式異步電動機拖動的方案，將會成為將來礦井提升機調速的主流方案。

從國際上的主流技術來看，礦井提升機電控設備的技術創新將在今后很長時間內都是產品技術的主要發展點，礦井提升電控設備應作為高度一體化的節能新產品重點開發。大功率可控硅裝置、交-交變頻調速系統、微電子技術應用、可編程序PLC控制系統，未來的電控系統將趨向于高的數字化、自動化、網絡化、智能化系統。

[1]鄧小盾.基于西門子變頻PLC的礦井提升機控制系統[J].煤炭技術，2012（10）.

[2]尹卓華，鄂以帥，段波.基于變頻器控制的礦山豎井提升機系統[J].昆明冶金高等?？茖W校學報，2011（1）.

[3]遲振香，許金梅.立井提升機設計概述[J].煤炭技術，2010（7）.