煤礦提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)化研究

魏 琳

（河南工業(yè)和信息化職業(yè)學(xué)院，河南 焦作 454150）

0 引 言

改革開放以來，煤礦事業(yè)為我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展起到了重要的推動(dòng)作用。新時(shí)代背景下，國家對煤礦開采的要求越來越高，需要不斷探索、創(chuàng)新并更新開采技術(shù)，滿足我國社會(huì)發(fā)展的需求。隨著PLC技術(shù)的快速發(fā)展和其自身具有的明顯優(yōu)勢，它逐漸被應(yīng)用在煤礦開采工作中。這不僅可以提高煤炭開采效率，而且可以推動(dòng)煤炭企業(yè)的快速發(fā)展，為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)前，煤礦提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)一般是由主控系統(tǒng)、上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)以及速度控制系統(tǒng)等構(gòu)成。主控系統(tǒng)主要是控制煤礦提升機(jī)開啟與停止、速度的增加與降低、坡度爬行；能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控運(yùn)行中提升機(jī)的電流變化、運(yùn)行速度，并在其他子控制系統(tǒng)的配合下實(shí)現(xiàn)對煤礦提升機(jī)運(yùn)行狀況的全面控制與實(shí)時(shí)監(jiān)控[1]。上位監(jiān)控系統(tǒng)主要是展示提升機(jī)工作中的每一個(gè)狀態(tài)，能夠?qū)⑦\(yùn)行中出現(xiàn)的問題反映在展示內(nèi)容中，同時(shí)發(fā)出預(yù)警信號，本質(zhì)上起到了顯示作用，并沒有真正參與實(shí)際控制，如電流的安全回路展示、液壓站壓力展示以及風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)展示等。

隨著煤礦開采的不斷深入，煤礦開采難度越來越大。煤礦提升機(jī)作為礦山機(jī)械與電氣自動(dòng)化的綜合體，對煤礦的生產(chǎn)效率和煤礦的安全生產(chǎn)具有重要作用[2]。因此，要不斷探索與創(chuàng)新提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)，進(jìn)行全方位的技術(shù)改造，提升系統(tǒng)穩(wěn)定性和自動(dòng)化水平。對于加快煤礦企業(yè)自動(dòng)化方向轉(zhuǎn)型、提升煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)、提高煤礦企業(yè)設(shè)備的安全性和可靠性，PLC技術(shù)發(fā)揮著重要作用。

1 基于PLC的煤礦提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)優(yōu)化

PLC技術(shù)是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展而產(chǎn)生的，是一種以數(shù)字計(jì)算為依托的電子操作系統(tǒng)，本質(zhì)是一種計(jì)算機(jī)編程技術(shù)。簡單來說，就是技術(shù)人員通過數(shù)字代碼的形式將數(shù)字程序植入到操作系統(tǒng)，進(jìn)而對設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行自動(dòng)化控制[3]。PCL數(shù)字程序一般比較簡單，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，減少了人工工作強(qiáng)度，提高了工作效率，降低了安全事故。具體地，基于PLC的煤礦提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化。

1.1 優(yōu)化提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

通過采用PLC技術(shù)，煤礦提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了中斷子程序單元和故障處理單元，實(shí)現(xiàn)了對電氣控制系統(tǒng)主程序中斷、故障處理預(yù)警等功能。中斷子程序單元實(shí)現(xiàn)對煤礦提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)超速監(jiān)控、松繩狀態(tài)下的監(jiān)控功能[4]。故障處理單元實(shí)現(xiàn)對電氣控制系統(tǒng)的故障分析，同時(shí)具備無線監(jiān)控的故障處理預(yù)警功能，且可制定不同措施消除故障。

1.2 動(dòng)力制動(dòng)柜優(yōu)化為低頻全數(shù)字控制電源柜

通過優(yōu)化為低頻全數(shù)字控制電源柜，傳統(tǒng)的動(dòng)力制動(dòng)柜更新為低頻全數(shù)字控制電源柜，采用全數(shù)字的低頻電源柜作為電力裝置的關(guān)鍵設(shè)備。開關(guān)管設(shè)備實(shí)現(xiàn)元件的整流功能，具備實(shí)現(xiàn)閉環(huán)監(jiān)控功能。基于PLC的煤礦提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)采用多重保護(hù)特性，可以減小提升機(jī)故障，特別適合于機(jī)電氣控制系統(tǒng)低頻監(jiān)控特性[5]。因此，基于PLC煤礦提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)備工作過程比較平穩(wěn)，波動(dòng)較小，穩(wěn)定性高，保證了提升機(jī)良好的工作特性和可靠性。

1.3 采用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

通過優(yōu)化重組，基于PLC的煤礦提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)形成了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式。因此，煤礦提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)對傳統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行了精簡，優(yōu)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減少了冗余環(huán)節(jié)。這些設(shè)備包括復(fù)雜的電磁放大器元件和其他特性電子元件。利用設(shè)備節(jié)點(diǎn)之間的緊密連接，通過監(jiān)控提升保護(hù)與預(yù)警能力，以提升煤礦提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)的效益和運(yùn)行的安全性。

2 煤礦提升機(jī)變頻控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

針對傳統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的問題，需要對煤礦提升機(jī)控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化。在此采用變頻調(diào)速方法，實(shí)現(xiàn)對提升機(jī)的優(yōu)化控制和性能改進(jìn)。與傳統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)相比，變頻調(diào)速方法有許多優(yōu)點(diǎn)。煤礦提升機(jī)控制結(jié)構(gòu)采用變頻方法，可以實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能，可以根據(jù)變頻變壓轉(zhuǎn)差功率實(shí)現(xiàn)固定調(diào)速性能。對于正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況，為降低煤礦提升機(jī)耗點(diǎn)，節(jié)約成本，可以關(guān)閉大功率調(diào)速電阻群。同時(shí)，煤礦提升機(jī)控制結(jié)構(gòu)采用變頻方法，可以不使用接觸器裝置，減少了結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度，可以有效防止電氣方面故障或機(jī)械方面問題[6]。在此根據(jù)電壓與工作頻率的相互關(guān)系，可以為有效減少煤礦提升機(jī)轉(zhuǎn)矩沖擊提供支撐，避免鋼絲繩拉伸過程的機(jī)械缺陷。煤礦提升機(jī)控制結(jié)構(gòu)采用變頻方法，可以減少提升機(jī)的提升循環(huán)使用過程，提高提升機(jī)運(yùn)行效率，保證其穩(wěn)定性能。

為實(shí)現(xiàn)變頻器驅(qū)動(dòng)性能穩(wěn)定，需要首先對提升機(jī)的轉(zhuǎn)子串電阻實(shí)行短接，并且在提升機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，可以在底部、井口安裝位置傳感器。提升機(jī)得到位置信號后，才進(jìn)行下一步動(dòng)作。采用變頻器設(shè)計(jì)方法，通過使用液壓機(jī)械制動(dòng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)裝置的有效銜接。在此使用測量編碼器設(shè)備，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，并實(shí)現(xiàn)及時(shí)的閉環(huán)反饋特性，保證提升機(jī)的可靠性能。煤礦提升機(jī)控制結(jié)構(gòu)采用變頻方法，其變頻控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 煤礦提升機(jī)變頻控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在煤礦提升機(jī)變頻控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，通過采用PLC實(shí)現(xiàn)邏輯聯(lián)鎖作用和保護(hù)作用，同時(shí)管理提升機(jī)變頻控制結(jié)構(gòu)中的使用設(shè)備，保證裝置的開關(guān)控制；采集與檢測裝置的運(yùn)行狀態(tài)，并匯總與分析保存[7]；煤礦提升機(jī)控制結(jié)構(gòu)獲得提升機(jī)操作臺動(dòng)作消息，保證與礦井提升機(jī)信息、相關(guān)通信的同步傳輸，并且實(shí)現(xiàn)信號在操作臺上的同步通信與共享，將收集與處理的危險(xiǎn)信息進(jìn)行檢測與展示，并保存在數(shù)據(jù)庫中；收集與處理的信息在數(shù)字信號顯示屏顯示、井口信號顯示屏顯示以及候罐室信號顯示屏顯示。通過收集與處理提升機(jī)運(yùn)行過程中的運(yùn)行信息，獲得提升機(jī)位置信息與性能信息；通過信息的加工處理，合理控制與優(yōu)化分析煤礦提升機(jī)控制結(jié)構(gòu)運(yùn)行過程；通過上位機(jī)顯示單元將提升位置、打點(diǎn)信息、提升狀態(tài)進(jìn)行全方位顯示。閘控設(shè)備主要實(shí)現(xiàn)煤礦提升機(jī)控制結(jié)構(gòu)的過程控制。當(dāng)煤礦提升機(jī)控制結(jié)構(gòu)在閘盤動(dòng)作時(shí)，煤礦提升機(jī)控制結(jié)構(gòu)的油壓通過液壓作用于閘盤，從而有不同方面的制動(dòng)力矩；在特殊環(huán)境下，液壓站通過快速回油、閘盤通過抱閘達(dá)到安全制動(dòng)。

3 結(jié) 論

在煤礦提升機(jī)控制結(jié)構(gòu)采用變頻方法后，煤礦提升機(jī)的穩(wěn)定性明顯提高；在變頻特性推動(dòng)下，煤礦提升機(jī)具有自動(dòng)減速特性，操作員不干預(yù)施閘的情況下，可以實(shí)現(xiàn)有效控制，性能穩(wěn)定；煤礦提升機(jī)可以有效避免出現(xiàn)超速動(dòng)作或者運(yùn)行失速情況，可以有效防止人為失誤造成的問題。同時(shí)，提高煤礦提升機(jī)控制結(jié)構(gòu)功率因數(shù)，提升機(jī)裝置使用率明顯提高，減少了提升機(jī)控制系統(tǒng)的能耗問題，有效提高了提升機(jī)設(shè)備的運(yùn)行可靠性與效率。

[1] 王致杰，王崇林，盧文海，等.煤礦提升機(jī)綜合安全智能控制策略研究[C].全國煤礦自動(dòng)化學(xué)術(shù)年會(huì)，中國煤炭學(xué)會(huì)自動(dòng)化專業(yè)委員會(huì)學(xué)術(shù)會(huì)議，2005：18-21.

[2] 李劍峰.煤礦立井提升控制系統(tǒng)應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)[J].變頻器世界，2015，（9）：55-60.

[3] 張 輝.煤礦礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)中PLC控制技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].工程技術(shù)（文摘版），2016，（2）：265.

[4] 張 愚，郝繼飛，陳騰飛，等.基于礦井提升機(jī)的大功率電氣傳動(dòng)系統(tǒng)控制策略研究[J].煤礦機(jī)械，2012，33（5）：89-92.

[5] 徐 帥.PLC技術(shù)在煤礦提升機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2013，32（3）：84-85.

[6] 陳德航.煤礦提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)的技術(shù)改造[J].煤炭技術(shù)，2013，32（7）：56-58.

[7] 李善林.PLC技術(shù)在煤礦提升機(jī)電控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2013，32（5）：18-20.