礦井提升機直流控制系統的研究

王踐偉

（山西汾西瑞泰正中煤業有限公司， 山西 晉中 031300）

1 項目背景

現有的煤礦提升機超速報警的方式一般為：利用測速機對滾筒的實際速度進行測量，與設定速度進行比較，一旦實際速度超出額度速度的15%就進行故障停機，停機后處理起來非常慢，短則半小時，長至1～2 h，嚴重影響煤礦生產效率。煤礦提升機在提升煤炭時，由于煤質問題，箕斗內經常有殘留，當殘留較多時，再次裝載必然會引起超載，導致提車機無法提升箕斗，有時甚至提升到中間才發生無法提升的問題，處理起來非常困難，對煤礦生產和安全產生極大影響。

2 礦井提升機直流控制系統的設計

2.1 整體結構分析

針對現有的煤礦提升機超速報警處理不當，無超載報警的問題，設計了一種新的煤礦用提升機直流控制系統，控制系統原理如圖1 所示[1-2]，提升機提升作業原理如圖2 所示[3-4]。

圖1 控制系統原理示意圖

2.2 控制系統實施分析

煤礦用提升機控制系統，提升機包括電機、滾筒、第一箕斗和第二箕斗，控制系統包括測速機、PLC 控制器和直流調速裝置，測速機安裝在滾筒上，對滾筒的速度進行測試，直流調速裝置的型號為6AR80，直流調速裝置輸出直流電供給電機，電機帶動滾筒旋轉，滾筒提升第一箕斗和第二箕斗。

圖2 提升機提升作業原理示意圖

測速機連接有阻容吸收電路，阻容吸收電路分別與PLC 控制器和直流調速裝置電連接，直流調速裝置與PLC 控制器電連接，PLC 控制器連接有超速報警器和殘留報警器；直流調速裝置內設置有電流檢測器。阻容吸收電路包括三路并聯的阻容路，阻容路包括相互串聯的電容和電阻。阻容吸收電路作用是吸收浪涌和尖峰，以減小對控制系統的沖擊和負荷。阻容吸收電路使得測速機送至PLC 控制器和直流調速裝置的電壓信號更加穩定和準確[5-6]。

2.3 煤礦用提升機超速報警方法的實施

現有提升機滾筒的額定速度為8.8 m/s，據此提出設定速度為9.3 m/s，采用以上所述的煤礦用提升機控制系統，超速報警方法包括以下步驟：

步驟1：在PLC 控制器內設置滾筒的設定速度為9.3 m/s，測速機測得的滾筒的實際速度為Y。

步驟2：實際速度Y 送至PLC 控制器內，與設定速度9.3 m/s 進行比較。

步驟3：當檢測的實際速度Y 大于設定速度9.3 m/s 的次數超過5 次，則在提升機完成工作停下后，PLC 控制器控制超速報警器進行報警，提醒現場人員提升機存在超速隱患，需要及時處理。

該超速報警方法不直接對提升機進行停機，不需要面臨停機后長時間處理的情況。

2.4 煤礦用提升機殘留檢測方法

煤礦用提升機殘留檢測方法，采用以上所述的煤礦用提升機控制系統，殘留檢測方法包括以下步驟：

步驟1：第一箕斗裝額定8 t 的煤，第二箕斗無煤，滾筒提升第一箕斗，下放第二箕斗，此為一鉤；當滾筒勻速運行時，電流檢測器檢測到的電流值為M，M 為 1 000～1 100 A，電流值送至 PLC 控制器，此時M 為第二箕斗無殘留時的電流值。

步驟2：下一鉤提升第二箕斗，下放第一箕斗，當第一箕斗內有殘留煤，滾筒勻速運行時，電流檢測器檢測到的電流值會變小。

步驟3：重復進行煤的提升，當滾筒勻速運行時，PLC 控制器內判斷電流檢測器檢測到的電流值相比M 減少200～300 A，則PLC 控制器控制殘留報警器進行報警，證明第一箕斗和第二箕斗內殘留量過多，有超載風險。

2.5 特點分析

1）測速機輸出的電壓先經過阻容吸收電路，阻容吸收電路作用是吸收浪涌和尖峰，以減小對控制系統的沖擊和負荷。

2）提出了新的超速報警方法，當檢測的實際速度大于設定速度的次數超過5 次，則在提升機完成工作停下后進行報警，不會造成直接停機的情況，不僅保障了提升機安全穩定的運行，也能實現超前報警，及早發現提升機的問題。

3）提出了殘留檢測方法，通過對提升機運行時電流的變化，判斷箕斗內是否有殘留，預防超載提升，避免了超載提升帶來的嚴重影響，極大地保障了煤炭生產的安全穩定。

3 實踐應用及效果分析

礦井提升機直流控制系統設計完成后，在山西汾西瑞泰正中煤業井下KMD-3.5×4（III）E 型提升機上進行了安裝調試，并投入到實踐應用當中。經直流控制系統改造后的KMD-3.5×4（III）E 型提升機從2019 年5 月運行至今，提升機運行穩定，直流控制系統控制可靠，新的報警預警辦法和殘留檢測方法準確可靠，為保障該提升機的安全運行奠定了基礎。該礦井提升機直流控制系統設計應用后，提升機無一起安全事故發生，工作效率極高，有效保障了煤礦的運輸，為企業創造了較好的安全經濟效益。

4 結語

設計了煤礦用提升機直流控制系統、超速報警方法及殘留檢測方法，該直流控制系統包括測速機、PLC 控制器和直流調速裝置，測速機連接有阻容吸收電路，阻容吸收電路分別與PLC 控制器和直流調速裝置電連接，直流調速裝置與PLC 控制器電連接，PLC 控制器連接有超速報警器和殘留報警器。阻容吸收電路作用是吸收浪涌和尖峰，以減小對控制系統的沖擊和負荷。提出了新的超速報警方法，當檢測的實際速度大于設定速度的次數超過5 次，則在提升機完成工作停下后進行報警。提出了殘留檢測方法，通過對提升機運行時電流的變化，判斷箕斗內是否有殘留，預防超載提升，極大地保障了煤炭生產的安全穩定。該煤礦用提升機直流控制系統在山西汾西瑞泰正中煤業井下KMD-3.5×4（III）E 型提升機上進行了實踐應用，效果理想。