礦井提升機制動控制系統的優化研究

郭 鑫

（山西陽泉華陽二礦機電工區維運四隊，山西 陽泉 045008）

引言

提升機是用于礦井人員和物料提升的專用設備，在提升的過程中需要根據各種情況進行制動操作，滿足物料和人員的運輸需求。由于提升機的制動系統為液壓控制，通過換向閥控制油液的運行方向和流量，在實際使用過程中存在著控制靈敏性差、制動速度慢、沖擊大的不足，不僅限制了提升效率的進一步提高，而且頻繁地制動沖擊給提升系統造成了較大的安全隱患，已經無法滿足提升機系統高效、安全制動的需求。因此，提出了一種新的礦井提升機制動控制系統，以提升狀態監測系統為基礎，以電磁比例溢流閥控制為核心，通過系統監測模塊對提升機的運行狀態進行監測，根據運量和運行速度自動匹配最佳的制動特性曲線，將控制信息傳遞給比例溢流閥模塊，通過精確控制閥口的大小，靈活地調整液壓油的流量和工作壓力，從而精確控制制動力矩，滿足不同情況下柔性制動的需求。

1 提升機制動系統需求分析

針對提升機制動時的實際情況，為了滿足柔性制動和快速制動的需要，提升機制動控制系統需要具備以下功能：

1）控制油液輸出量的閥體應具有極高的調節靈敏性，確保根據控制信號能夠快速進行換向和閥芯開度大小的精確調整。在系統中應設置兩個平級的控制回路，當一個系統出現故障后能夠快速的切換到另一個系統，實現無停頓切換。

2）系統能夠實現對提升機運行過程中的提升速度、提升重量、提升機電流、油液溫度、壓力等的實時監測，確保對提升系統運行狀態監測的準確性。

3）故障自動檢測、記錄和報警功能，系統能夠對監測結果自動進行匹配分析，及時識別出異常信號并進行故障報警和記錄，為維修人員提供故障定位和故障原因分析，實現故障的快速鎖定和排除。

2 提升機制動控制系統結構

根據現有礦井提升機控制系統的不足和對礦井提升機制動系統的需求分析，本文所提出的提升機制動控制系統結構如圖1 所示[1]。

圖1 提升機制動控制系統結構示意圖

由圖1 可知，該提升機制動控制系統主要包括了狀態監測模塊、數據分析模塊（主控單片機）、執行模塊和監測終端模塊（監控計算機）四個部分。在實際工作中，狀態監測模塊通過各類傳感器設備對提升機運行時的提升速度、提升重量、提升機電流、油液溫度、壓力等的實時監測，將監測結果傳輸數據分析模塊內進行數據分析處理，對提升機當前的實際運行狀態進行判斷，獲取最佳的制動特性曲線，然后將各類控制信號轉換為電信號實現對各制動單元的統一控制。通過對比例溢流閥開口狀態的調整來實現對制動閘瓦制動力的調整，在調整時通過加速度傳感器對制動加速度進行測量，將測量結果再返回到數據分析模塊內，實現對制動力的閉環反饋調整，最終實現對提升機的柔性制動，減少在制動過程中的沖擊。監測終端模塊主要是指監控中心內的監控終端，主要將監測結果實時顯示在控制中心內，便于監控人員實時掌握提升機運行狀態，在緊急情況下還可以直接下達控制指令，實現人工干預控制，確保特殊情況下的運行安全。

3 比例溢流閥控制邏輯

該制動控制系統的核心在于能否快速的對比例溢流閥的開口狀態進行調整，滿足快速、精確的調整要求，結合提升機制動的實際需求，本文所提出的比例溢流閥控制邏輯如圖2 所示。

圖2 比例溢流閥控制邏輯示意圖

由圖2 可知，當數據分析模塊發出調節指令后，指令以PWM（脈沖寬度調制）波[2]的形式傳輸到反接卸荷模塊內，由功率放大模塊對控制信號進行比例放大處理，然后將處理后的信息傳遞到比例溢流閥控制裝置內，電流采樣模塊會對比例溢流閥內的電流進行采樣分析，若電流大于系統保護電路斷開，避免過大的電流信號導致溢流閥開度過大，同時系統將采樣結構再傳遞給數據分析模塊，對控制信號進行閉環反饋處理，確保了對比例溢流閥開度調整的精確性。

4 調整控制模塊

在提升機制動過程中，系統接收到制動控制信號后需要及時控制液壓系系統調整供液模式，滿足快速制動控制的需求，其調整靈敏性和準確性直接決定了系統制動的速度和安全性，該制動控制系統中的調整控制邏輯如圖3 所示[3]。

由圖3 可知，該系統采用了降低輸出的PWM波占比的方式來降低作用在線圈上開啟電壓的目的，實現了既能夠控制換向閥可靠的換向，又能夠快速達到開啟電壓，提升換向靈敏性的目的。在工作的過程中系統首先給出控制信號，利用PWM 波來控制驅動芯片的工作狀態，當給出的為執行動作信號后，系統驅動電磁換向閥進行換向，系統中的狀態反饋電路將電磁換向閥的執行情況再次返回到控制中心，經過和執行信號的對比后判斷是否調整到位，并根據判斷結果實現對換向閥的二次調整，滿足快速、靈敏、可靠的換向調整目的。

圖3 調整控制邏輯示意圖

5 制動狀態監測模塊

系統在工作時，需要對制動狀態進行實時監測，并將監測結果返回到控制中心，確保整機的制動效果，為了確保對制動系統監測的可靠性、靈敏性，該制動狀態監測裝置的整體結構如圖4 所示[4]。

圖4 制動狀態監測模塊示意圖

由圖4 可知，該制動狀態監測模塊主要是通過對液壓站和磐石制動閘各處的動作狀態進行監控，從而對制動狀態進行雙重判斷，避免制動時因振動等因素導致的判斷失效，確保對制動狀態監測的準確性，同時當檢測到系統出現故障后能夠自動記錄故障位置并對故障原因進行快速判斷，提升故障排除速度。

通過對該提升機制動控制系統的實際應用，其制動時，從發出控制信號到執行制動指令，其實際時間約為0.12 s，比優化前的0.58 s 提升了約79.3%，在制動過程中的最大制動沖擊力由最初的4.6 kN降低到了目前的0.552 kN 降低了約88.5%，顯著提升了提升機制動系統在工作時的穩定性和靈敏性。

6 結論

1）提升機制動系統應具有監測準確性、調整靈敏性，故障自動檢測、記錄和報警功能；

2）提升機制動控制系統主要包括了狀態監測模塊、數據分析模塊、執行模塊和監測終端模塊四個部分，能夠實現對系統工作狀態的準確監測、快速調整、故障快速報警和識別，滿足制動安全性需求；

3）新的提升機制動控制系統，能夠將提升機制動時的反應速度提升79.3%，將在不同工況下的制動沖擊降低88.5%，有效地提升了礦井提升機的制動靈敏性和可靠性。