浅谈全数字煤矿主井直流提升机的自动化控制技术

陈春林

【摘 要】直流提升机调速系统是对提升机实施电力拖动控制的具体执行系统，它接收来自PI，C控制系统的操作指令和速度参考信号，并根据系统设定的各种运行指标，通过速度和电流双闭环PI调节控制，最后产生整流器中可控硅的触发信号，使整流器输出直流电压，从而达到控制提升机拖动电机运转的目的。本文主要探讨煤矿主井直流提升机自动化控制与信息化管理。

【关键词】煤矿；直流提升机；自动化控制；信息化

矿井提升机主要承担矿物的提升、人员的上下和材料的运送等任务，它应能按照预定的力图和速度图，在四象限实现平稳启动、等速运行、减速运行、爬行和停车，而且在运行过程中要有极高的可靠性[1]。原系统已经严重地制约了矿山的生产安全，急切需要制造出一种安全可靠，性能优良且又节电的新型驱动系统。 由于存在着以上不足， 使得继电器-接触器电控系统提升机随着现代科学技术的进步而不断的处于被淘汰的位置。

1.煤矿主井直流提升机的自动化控制

1.1主回路

主回路由高压配电系统、整流变压器、可控硅整流装置、快开、电抗器等构成，采用电枢电流换向（电枢可逆），磁场电流单向的方式；也可采用电枢电梳单向。磁场电流换向的方式。为减少电网的无功冲击和高次谐波的干扰，电枢回路配置成串联12脉动顺控。

1.2全数字调节部分

全数字调节部分以高性能单片机为核心，主要功能有：

（1）完成提升机速度和电流双闭环调节，如：①预设速度基准值；②限制加、减速过程的冲击；⑧速度自动调节；④电枢电流自动调节；⑤磁场电流自动调节；⑥预设电流限制值。

（2）实现电枢回路和磁场回路的各种故障保护，如：①磁场变压器超温；②磁场整流桥快熔熔断；③磁场过电流；④磁场回路对地漏电；？⑤磁场可控硅交流阻尼熔丝断；⑥磁场可控硅过热；⑦电枢变压器超温；⑧电枢整流桥快熔熔断；⑨电枢过电流；⑩电枢回路对地漏电；⑩电枢可控硅交流阻尼熔丝断；⑩电枢可控硅过热[2]。

1.3多PLC冗余控制部分

多PLC冗余控制部分用来完成提升机系统操作保护、行程监控和装、卸载控制等功能。（1）操作保护部分采用一台PLC，其主要功能是执行操作程序，并实现各种故障保护及闭锁。来自系统各部分的保护信号直接引入到PLC中，PLC将其处理后分为立即施闸、井口施闸、电气制动和报警四类，送监视器显示故障类型并控制声光报警系统报警并施闸。系统的安全回路有两套，一套由PLC构成，另一套为继电器直动回路。（2）行程监控部分由一台PLC、两个轴编码器（一个装在传动控制器上，另一个装在导向轮上）和井筒开关构成，两台轴编码器将提升机钢丝绳在线速度和行程位置转换成脉冲信号送人PLC，经PLC中的软件计算后处理成罐笼在井筒中的位置和在线速度，送到操作台监视器显示。这种以软件处理为主的行程跟踪方法在灵活性、可靠性及精度等方面都很高，只要选择分辨率较高的轴编码器，就可保证定位精度<2cm，因打滑及钢丝绳伸长等行程误差可通过井筒开关加以校正。此外，PLC还将部分操作信号、轴编码器信号、部分保护信号以及设定的一些行程参数结合起来进行逻辑运算处理，自动产生提升机所需的速度给定信号。（3）PLC控制的装、卸载系统由提升机车房PLC监控站、井口PLC卸载控制站和井底PLC装载控制站三部分构成，各部分PLC之间的信息传输采用RS485数据通讯与I/O传输并用的方式。I/O传输用于闭锁、控制、保护、信号的信息传输。RS485数据通讯只用于模拟信号、状态、故障信息的传输，不参与闭锁、控制、保护、信号的传输。这样，一旦通讯发生故障，也不影响井筒信号及装卸载控制系统的正常运行[3]。

1.4操作台和监视器

操作台由左操作台、右操作台和指示台三部分构成。左操作台上有制动手柄、高压送电按钮、磁场送电按钮、快开控制按钮、安全复位按钮、紧停按钮、灯试验按钮、闸试验按钮、过卷旁通按钮等；右操作台上有主令操作手柄、工作方式选择开关、控制方式选择开关和信号联络按钮等；指示台左侧为监视器，指示台上有深度指示器（发光管柱状图）、重要操作信号和故障信号指示灯以及运行参数（如：闸压、电枢电流、磁场电流、速度等）显示仪表。监视器可实现人—机对话，它可显示主回路、低压配电回路、提升系统、液压制动系统、装卸载系统和故障信息等画面。

操作控制系统采用西门子PLC 组成，具有以下特点：①检修、验绳、手动、半自动、全自动等操作方式；②根据提升种类进行最高速度限制；③提升机工艺控制下必要的闭锁；④ 安全回路由 PLC 控制软件与外部硬件实现2 套冗余，当 PLC 故障时，提升机能低速运行（应急开车）；⑤安全制动过程实现恒减速控制，使安全制动过程中的减速度不受提升、下放、载荷大小影响，在给定范围内保持恒定， 并且不超过防滑极限减速度，确保提升机安全运行（当选恒减速液压系统时具有的功能）；⑥具有提升机位置闭环控制功能，准确停车；⑦具有完善的保护功能，如：超速、过卷、钢丝绳滑动、闸瓦磨损、弹簧疲劳、过流、过压、变流装置故障等保护，对于重要的保护，一般都设有两到三重，确保提升机的安全运行。

2.煤矿主井直流提升机的信息化管理

关于软件设计，即选择控制规律和控制参数，与模拟连续系统综合校正方法的步骤基本相似。在对连续系统进行综合时，设计者根据对控制系统稳态和动态性能提出的要求，在时域中即是对动态误差（或误差系数）、阶跃响应的调节时间、超调量和振荡次数等的要求，在已知不可变部分的情况下，设计出系统的校正，使系统的实际性能指标达到预期的要求。对于计算机控制系统，模拟校正装置由数字计算机代替，模拟校正装置担负的计算和控制任务将由计算机来完成。因此，选择校正装置的结构和参数的工作就转变为设计由计算机实现的控制算法和控制程序。在用模拟调节器对直流提升机进行控制时，各项控制是同时进行的。在用数字计算机实现上述控制时，由于计算机在任一时刻只能做一项工作，所以各项控制是分时进行的[4]。为了尽量减少启动、制动过程中的机械冲击及提升机控制精度，速度给定信号的加速、减速段为“S”形曲线，减速段行程通过PLC实际运算来调节减速度以保证其为一固定值，从而保证了停车点不变和停车点的精度。

计算机控制系统实际上是一个混合系统，既可以在一定的条件下近似看成一个模拟系统，用模拟系统的分析方法进行分析和综合，再将设计结果离散化，转变为数字计算机的控制算法，也可以把系统经过适当的变换，变为纯粹的离散系统，用z变换等工具进行分析和综合，直接设计出控制算法。全数字直流提升机电控系统既可用于新装系统使用，也可用于老系统改造的配套使用，如单绳、双绳，直井、斜井等各种工作场地。从应用运行的情况来看， 提高了矿井提升机运行的安全可靠性，而且操作简单。利用了机内计算机、PLC 接口可以方便地实现各种控制、监控功能，大大提高提升机运行的自动化程度。

3.结论

全数字直流提升机电控系统充分考虑了提升机实际运行中的各种要求，采用各种措施保证系统的安全运行，又因为它具有传统调速系统所无可比拟的调速和控制性能，其取代传统调速系统将成为必然趋势。

【参考文献】

[1]刘超，孟艳君，尚廷义等.基于PLC的矿井提升机变频调速控制系统[J].牡丹江师范学院学报（自然科学版），2009（03）.

[2]赵鹏.基于PLC技术的煤矿皮带运输系统的控制改造[J].科技情报开发与经济，2011（10）.

[3]张炳良.PLC技术在带式输送机自动控制系统中的应用研究[J].黑龙江科技信息，2010（02）.

[4]贺志芳.浅谈PLC在矿井提升机上的应用[J].科技信息，2010（08）.