礦井提升機控制技術及應用

羅偉剛

（山西潞安集團蒲縣伊田煤業有限公司， 山西 臨汾 041000）

1 礦井提升機控制技術應用現狀

礦井提升機控制技術在煤炭開采領域應用較晚，通過地表與井下往返運行，達到運輸目的，一旦設備系統出現故障，很容易造成設備的損壞。同時，礦井提升機控制系統具備能耗高、系統結構復雜的特點[1]，在實際應用的過程中，一旦出現故障，后期維修時間較長，會影響煤礦開采進度和效率，進而造成不可逆的經濟損失。現階段，TKD型提升機電控裝置和繼電器組成的提升機電控裝置已經被禁止。由于電機啟動和調速中以切換電阻方式為主，調速效果差，能耗較大，很容易在實際操作中出現故障，進而被禁止使用。在科學技術不斷進步的今天，提升設備和控制系統不斷完善，各種新型技術應用在礦井提升設備中，并具備以下幾點特點：第一，礦井提升機可以在四象限內運行，在各個煤礦開采階段，礦井提升機存在正力和負力，使其可以同時存在正轉和負轉，將制動和電動有效地結合在一起，提高運行效果，降低故障的發生幾率。第二，礦井提升機運行速度比較精確，屬于位置控制系統，可以在實際應用中不斷下放或提升到任何位置，并在移動過程中等速運行，滿足工作運輸要求。第三，礦井提升機控制技術可以直接顯示礦井提升機的實際位置，礦井提升機在進行下放或是提升運動時，設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的實際位置，進而根據工作需要加以調整，保證煤礦開采效果。第四，礦井提升機控制系統內部故障監控系統較為完善，一旦發生設備故障，控制系統會及時發出警報，顯示故障位置，盡快排除故障，進而提高工作效率[2-3]。

2 礦井提升機控制技術在煤礦領域的應用

矢量控制的核心是依照直流電動機調速方式和調速特點，安設兩個獨立的直流磁場控制和調節異步電動機轉速，異步電動機定子繞組流到三相平衡正弦電流，形成旋轉磁場。而此時直流電動機轉動，正是由于定子繞組和轉子導體連接直流電流，形成兩個相互垂直的磁場，作用下形成旋轉磁動勢，達到運行效果[4]。將三相交流電磁場等分成兩個相互垂直的交流電磁場，并與兩組直流繞組磁場進行等效，二者只間隔一個5°的相位角。三相電流分別是iA、iB、iC，異步電動機輸出是轉速X，如圖1所示，通過3/2坐標和同步矢量旋轉V/R等坐標的實時變換，形成一臺im1與it1輸入、X輸出的直流電動機。由此可見，異步電動機通過坐標變換生成等效直流電動機，可以模擬直流電動機進行控制，而通過坐標反向變換即可控制異步電動機。在此過程中，主要依靠電流空間矢量實現坐標的變換，形成矢量變換控制系統。

2.1 主控系統

主控系統選擇三菱FX2N系列PLC代替傳統繼電接觸器控制系統，提高系統的穩定性和可靠性。

2.2 變頻調速控制系統

變頻調速控制系統選擇西門子工程型變頻器，適用于提升機運行環境?？刂茊卧逻_給變頻器控制命令，可以控制礦井提升機根據既定速度曲線運行，進而提高礦井提升機的穩定性。安設變頻調速后，替代系統內部多段電阻調速系統，提高礦井提升機的平穩性。同時，在實際運行中，變頻器可以直接根據工作需要求調整電源頻率，實現電機無級調速，節省不必要能耗，最終符合降耗低碳的政策要求。

2.3 上位機監控系統

上位機監控系統可以對礦井提升機進行實時監測和故障診斷，以此提高礦井提升機的可維護性與可靠性，這對煤礦安全生產和生產效率的提升具有非常重要的促進意義。在實際應用中，人機交互界面使用專門組態軟件，在計算機界面上可以顯示出礦井提升機工作狀態和工作流程。該監控系統主要借助RS-232接口和PLC進行實時通信，實現監視和控制的有效同步[5]。

圖1 三相電流在等效直流電機中的轉換

2.4 信號控制系統

在實際應用中，礦井提升機信號主要來源于系統工作現場設置的天輪、井筒、深度指示器、潤滑站以及液壓站，系統自動收集這些現場設備的工作信息，借助旋轉編碼器、限位開關以及壓力變送器等設備發送到PLC主機中，PLC主機程序會自動處理輸入信號，并將處理結果傳送到觸摸顯示屏和聲光報警中，警示工作人員注意查看，并選擇有效的措施進行處理，以保證礦井提升機的有效運行。

2.5 安全保護系統

安全保護系統可以對過卷、定點超速、等速、PLC編碼器斷線、傳動系統故障、自動限速、錯向等部分進行保護，安全保護系統主要將硬件和軟件有效地結合在一起，實現安全電路相對閉鎖和冗余，當一條安全電路處于斷開狀態時，另一條電路也會隨之斷開，而硬件安全回路會借助硬件回路達到運行目標，軟件安全回路會在硬件安全回路運行的同時在PLC軟件中進行同步搭建，實現和硬件安全回路保持同一動作，進而發揮出安全保護系統的安全功能和保護功能。

3 礦井提升機控制技術創新的建議

3.1 高精度調速

為了發揮出礦井提升機控制技術的應用價值，礦井提升機控制技術要進一步提高系統調速的精確性，將創新重點落在平滑調速方面，這樣不僅可以防止礦井提升機啟動中可能發生的提升機容器下落情況，也可以保證框架提升機在安全環境下準確停車，縮短爬行段距離，進而實現礦井提升機的高效、穩定運行。

3.2 高監控水平

礦井提升機控制系統一旦出現故障，不僅會影響工作進度和工作效率，還會由于礦井提升機的失控造成設備破壞，無法根據故障性質對礦井提升機進行維護。對此，為了促進礦井提升機控制技術的廣泛應用，要進一步加強監控系統，提高監控水平和故障排除能力，幫助工作人員及時排除故障，保證礦井提升機正常工作。

3.3 自動化控制

未來的礦井提升機控制系統將逐漸朝著自動化方向發展，要求相關研究人員加大對礦井提升機控制系統智能化和自動化的研究，引入PLC和智能儀表等數字控制技術，進而提高礦井提升機控制系統的自動化水平。

4 結語

隨著礦井提升機控制技術逐步向高精度調速和高監控水平發展，其控制系統各模塊功能將不斷得到強化，其控制系統也將會不斷得到完善和優化，從而使得提升機運行效率和運行質量得以大幅提升。

[1] 劉國峰.礦井提升機控制技術發展簡介[J].煤礦機電，2015（2）：108-110.

[2] 董有祥.PLC變頻控制技術在礦井提升機控制系統中的應用[J].科學之友，2015（23）：52-53.

[3] 王棟林，童川.礦井提升機控制技術研究現狀與發展[J].城市建設理論研究，2017（21）：102-103.

[4] 張紹飛.礦井提升機控制技術研究現狀與發展[J].山東工業技術，2017（7）：83.

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