基于PLC的礦井提升機電控系統的研究

張 磊，李 旭，張軍德

（金川集團股份有限公司二礦區主井提升工區，甘肅 金昌 737100）

在礦產資源開采作業中，礦井提升機電氣控制系統作為其中關鍵要素，提升機工作效率在很大程度上關系到礦產開采效率，關系到開采人員、設備、材料運輸的安全。不斷提升提升機電氣控制系統安全穩定性，有利于提高礦井整體的生產效率。

目前，針對礦井提升機電氣控制系統運行中存在的諸多隱患，必須給予足夠的重視，加強對電控系統的研究，落實實時遠程監控，為設備安全運行提供保障。

1 礦井提升機結構及工作原理

從實質上來說，礦井提升機作為一種簡易的升降機，結構組成包括電氣設備、主機、減速器、電動機、裝卸設備、操作設備、鋼絲繩等。目前，市面中存在的提升機種類有很多，礦產企業需要根據礦井開采實際情況、用途等不同，合理選擇提升機設備。

我國當前礦產企業所選擇的提升機包括兩種，即單繩纏繞式提升機、多繩摩擦式提升機，這兩類提升機具有較高的穩定性、安全性，且調速功能強大，在礦產開采作業中具有廣泛的運用。其中，多繩摩擦式提升機運行原理，是借助于鋼絲繩在主導輪中運動，其兩端都懸掛一個提升容器，利用電動機驅動提供動力，使主導輪進行運作，鋼絲繩和主導輪之間就會產生較大的摩擦力，在摩擦力的帶動下將裝載物進行提升、下放。

在礦產工程施工中所選擇的提升機整體質量較輕，在功能方面較為簡易，但整體提升能力較高，在1700米以內的礦井下較為適用。而單繩纏繞式提升機工作原理為：將提升機滾筒連接到鋼絲繩的其中一端，而另一端繞過天輪，并懸掛提升裝置，借助于滾筒轉動產生的相反方向的力，能夠對鋼絲繩松緊度進行輕松調節，順利的完成提升與下放任務。

2 礦井提升機工作過程中注意事項

在礦井開采作業中，利用提升機運輸礦產資源，必須對提升機運行速度進行有效控制，保證提升機運輸符合穩定、安全的特點，借助于電氣控制系統滿足提升機速度控制，按照速度圖開展作業。實際礦井開采作業過程中，都是利用電氣控制系統PLC技術完成一系列的提升機設備操作。具體工作中需要注意的事項體現在：第一，電氣控制系統需要控制提升機的啟動速度。提升機箕斗內裝有礦時，必須保證其具有足夠的負載能力，便于控制；第二，對提升機運行速度進行有效操控。通常來說，設備、開采人員主要是利用副井提升，其運行速度應該控制在≤0.75m/s2；而礦產資源運輸的提升機運行速度則需要控制在≤1.2m/s2，同時，在運輸過程中需要注重加速度，保證裝載物安全性，提高整體的運輸效率；第三，若裝載物質量不標準，則可以適當提升提升機的速度；而如果裝載物重量過大，則為了保證安全，能夠自動將主電源切斷，還能及時的發出警報，有效的避免出現超載問題，為礦井開采作業提供安全保障；第四，通過電氣控制實時調整提升機運行速度，提高提升機械的爬坡能力，主要是根據礦井位置進行實際調整，確保提升機運輸中整體安全性；第五，電氣控制系統需要能夠配合多種提升機操控系統，實現礦井提升機能夠同時具備手動、半自動、全自動操作模式，能夠根據礦山開采實際情況，及時的調整運輸模式。

3 礦井提升機電氣控制系統發展方向

3.1 傳動方式更加多元化

為了能夠滿足礦井提升機電氣控制系統工作需求，通常需要采用多種提升方案。傳送方案多元化發展必須借助于交流變頻技術，在交流變頻器技術下，實現自由轉化傳送方案的效果。

SCR-M作為直流傳動系統，是當前礦山企業重要的傳動系統，其整體性價比較高，能夠確保傳送貨物的安全穩定性，運輸成本相對較低；G-M直流調速、轉子回路串電阻方案較為滯后，對一些先進的礦井開發作業來說不夠實用，逐漸被市場所淘汰。

3.2 調速精讀不斷提高

礦井提升機實際開展工作中，由于運輸過程中礦產資源、工作人員以及設備的實際質量不一，負載也不均衡，以至于礦井提升機裝載不同物品時調速變化也相對較大，對提升機運輸可靠性造成一定的影響，長期如此還會對設備帶來一定的損害，會導致設備使用壽命降低。因此，利用PLC技術電控系統對其調速精讀進行高度控制，在裝載物質量發生較大的變化時，則需要對提升機提升中減速距離誤差進行減少，整體提升時間被縮短，調速精準程度高，還能為提升機整體提升力提供保障。

3.3 電氣控制系統網絡化發展

目前，礦井提升機電氣控制系統基本上實現了全自動，主要是利用PLC技術，姐終于與遠程I/O技術輔助，在開采現場與控制中心進行有效連接起來，能夠及時將開采方案等命令傳輸到井下，利用互聯網技術，推動整個電氣控制系統向著網絡化的方向發展。

3.4 監測體系智能化發展

礦產開采需要將安全放在第一位，很多安全事故發生都與提升機運輸過程故障有關。因此，必須強化對提升機電氣控制系統的監控、維護，及時監測運行狀態，及時消除故障。將智能化監測設備和技術運用到提升機電氣控制系統當中，為整體礦產資源運輸過程提供安全保障。

3.5 可靠性與抗干擾性更強

為了能夠滿足專業工業環境下的應用需求，PLC控制系統引入了光電耦合離合R-c濾波器，能夠避免信號干擾；同時在系統內部利用電磁屏蔽系統，避免輻射干擾問題出現。在開關電源方面，選擇優良開關電源系統，避免電源線干擾問題。另外，PLC控制系統具有較為完善的自我診斷功能，對系統內部電路能夠進行自我診斷，一旦檢測出問題則會立即報警，便于相關人員進行及時維護處理。

4 基于PLC的礦井電氣控制方案設計

4.1 主控系統

礦井提升機電氣控制系統主控系統，其主要作用在于能夠對提升機速度、加速度以及啟停進行控制。利用固定用PLC技術，并配置相類似的PLC，兩者在參數設置、固定性能方面具有相似性，避免系統選擇PLC發生故障而導致系統癱瘓的問題，為提升機運輸效率提供保障。另外，對主控系統軟件、硬件進行升級改造，其中在硬件設施方面加入高速計數模塊，能夠對提升機運行狀態進行實時監測，對設備運行中數據信息進行大量采集；而在軟件方面則加入了多層子程序，確保能夠在提升機運輸速度轉換中實現對設備的有效保護。

4.2 監控系統

高質量的監控是保證礦井提升機工作效率與安全的基礎，借助于完善的監控系統，對礦井提升機運行速度、故障情況、參數設置情況、維修信息等進行記錄，借助于兩級微機處理系統，實施相關信號的采集、監測與控制，保證礦井提升機運行效率的提升。同時，在監控系統中還包括了打印設備、顯示設備等，將運行狀態參數實時的通過中控屏幕顯示出來，便于相關工作人員能夠直觀的看到相關檢測數據，對提升機系統變化有直觀了解。

4.3 變頻調速系統

為了保證礦井提升機運行速度調整精確度，通常需要借助于變頻調速系統，對電源頻率進行控制實現電機轉速提升目的，繼而達到對提升機速度調節的效果。目前，主要是借助于正玄波矢量控制、HIVERT-YVF高壓變頻器控制，促進提升機系統整體運行的可靠性，利用過熱、過壓以及過流保護，為設備安全運行提供保障。另外，礦井提升機電氣控制系統一般會選擇變頻器對提升機轉速進行調節，保證其具有足夠的提升力以及運輸速度。

5 總結

通過上述分析可知，PLC技術作為礦井提升機電氣控制系統中關鍵的內容，對提升礦井提升機整體性能具有重要幫助。在科學技術不斷發展過程中，電氣控制系統正在向著傳動方案多元化、調速高精度化、控制系統網絡化、監測系統智能化等方向發展，同時在現有PLC技術基礎之上，對相關功能進行有效擴充，實現我國礦井提升機電控系統現代化發展改革。相信隨著我國科學技術的發展，礦井提升機電控系統會引入更多先進的技術，在切實保證安全運輸前提下，實現運輸效率提升、運輸成本降低，為礦產資源開發事業做出貢獻。