煤矿提升机电控系统技术方案优化与实施

王映平

(汾西矿业集团公司基建处，山西介休032000)

0 引言

提升机运输设备在煤矿生产过程中发挥着重要作用，如煤矿井下、井上的生产过程，都需要通过提升机来实现货物的运输。煤矿开采是一个施工环境较复杂，安全事故率高的过程，因此煤矿企业对提升机电控系统的安全性、可靠性提出了更高的要求，但提升机电控系统结构设计较复杂，优化提升机电控系统技术方案存在一定的困难。

1 煤矿提升机电控系统技术性能分析

第一，煤矿提升机采用PLC(可编程控制器)来构成电子行程监控器，因此，提升机具有对行程的监控功能，其主要由编码器、主PLC两部分组成，通常两台编码器、主监控PLC安装在减速器的高速输出端、滚筒输出端，对于提升机行程监控的编码器，通过将获取的脉冲信号输入到PLC的计算单元，可编程控制器将处理后的计算数据、全程标准数据转换PSD指令，这样PSD计算的速度就可以作为提升机的提升速度;第二，电控系统的提升控制功能，保护信号、控制信号输入到PLC后，通过可编程控制器对提升机的处理，进而完成对提升机运作方式的控制，为了提高提升机电控系统的控制功能，通常设置四套可编程控制器，并且四套可编程控制器通过FX2N－BD通信连接来读取提升机运行的控制指令，可编程控制器可以准确读取提升机的控制指令;第三，提升机电控系统的保护功能，提升机电控系统主要由监控机的可编程控制器和主控机的可编程控制器等两套安全回路组成，而可编程控制器可以形成保护动作信号，并且煤矿开采需要大量的机械设备来进行施工，开采的机械设备都需要相应的保护设备，因此，提升机电控系统可以提供等速段超速保护、制动油过压保护、润滑油欠压保护、电源断电保护和提升机卷筒过卷保护等。

2 煤矿提升机电控系统技术方案优化与实施

2．1 煤矿提升机电控系统结构组成

对于煤矿提升机电控系统技术方案优化，某煤矿厂采用S7－300可编程控制器，选用JK－3．5×2．2P型号的提升机、行星减速器和YP系列电动机来优化电控系统技术方案，提升机电控系统主要由5台6～10 kV高压电源、高压馈电开关柜、高压变频调速柜、绕线型电动机、低压控制电源、制动润滑泵站、滚筒和主控台组成，如图1所示，表示提升机电控系统的组成结构，由于每个设备上都安装了相应的系统，如高压变频调速柜安装全数字高压变频调速系统、高压电源和低压控制电源安装高低压配电系统，提升机电控系统不仅包括高低压配电系统和全数字高压变频调速系统，也包括PLC控制系统、提升信号控制系统、闸瓦在线检测系统、上位机监控系统和视频监控系统等。

图1 提升机电控系统组成结构图

2．2 提升机电控系统技术方案优化实施

1)提升机电控系统中的高压配电系统优化，应选用10 kV高压配电系统，并且采用两回进线相互闭锁、单母线不分段的运行方式。

2)全数字变频调速系统，应选用优质的变频器，当选择变频调速器时，应充分考虑提升机所需要的电机容量，如选择额定输出电流为192 A、功率小于700 kW的高压变频器，对于提升机变频调速器的控制原理，如图2所示，通过高压异步电动机提供电源，采用串联的电流方式来实现各个单元的控制，其中，高压变频器属于一次输入及保护功能，全数字变频调速系统采用三相交流电源的方式，通过隔离高压变频器来实现各个单元的三相电源输入，隔离高压变频器的主要目的是通过变压器的副边绕组产生相位差来消除PWM控制单元形成的谐波电流，通过改善电动机电感的滤波性能，从而提高高压变频器的输出性能。

图2 高压变频器控制原理图

对于高压变频器的功率单元，其主要经过滤波环节、快熔、缓冲环节、整流逆变输出、直流环节、单元输出等步骤流程，如图3所示，通常采用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)来实现功率单元的同步整流，利用IGBT对功率单元的输入电压进行实时检测，采用锁相控制技术将缓冲环节中产生的整流电压转换成直流电压，在整流逆变输出环节中，当脉冲直流电压发生变化后，即转换成平滑直流电压，整流逆变输出将产生变频交流电来供交流电动机使用。

图3 功率单元电流输出流程图

3)低压电源控制系统，主要由一台低压电源控制柜构成，电压电源控制系统主要为煤矿开采过程中所需要的照明、空调、室内照明及检修等提供电源供应，并且需要设置双回路进线，双回路进线需要预留21%左右的备用回路。

4)上位监控系统和信号系统优化实施，采用PLC可编程控制器和监控软件，如某煤矿采用双核2．5G、内存大小为4G、硬盘大小为500G的PLC工控机，采用通信协议实现煤矿开采管理系统联网的功能，PLC可编程控制器可以提供远程编程、诊断功能，由于上位监控系统中安装了液晶显示器和A4幅面彩色打印机，而液晶显示器可以将可编程控制器装换的提升机速度显示出来，并且也可以显示提升机在运行过程中出现的故障。另外，由于上位监控系统主要是通过监控软件来实现的，监控软件可以对提升机做出故障诊断，并及时将出现故障的信息输入到显示器上，从而起到提升机保护的功能，当上位监控系统中的打印机出现故障时，监控系统将打印机出现故障的位置、发生故障的原因及相关参数显示出来，并做好保存记录，为操作人员提供有效的信息，进而及时排除故障。由于液晶显示器可以显示十余幅画面，如提升机电控系统界面介绍、提升机深度与信号监视、计算机硬件监测及通信监视图及低压供电系统图等，通过记录煤矿开采提升机使用次数，并做好提升机故障诊断信息的记录，以供今后使用。提升机电控系统中的信号系统，主要由计算机机房信号柜、液晶显示屏、可编程控制系统、井口信号台和上车场信号箱、下车场信号箱组成。

5)提升机电控系统的智能型网络化操作系统，利用双可编程控制器(PLC)来实现电子行程的监控管理，为了提高提升机的安全性，一般需要将操作系统细分化，即明确各个设备的监控管理工作，当双可编程控制器出现故障时，需要将继电器安装在操作系统中，从而实现应急操作功能，智能型网络化操作系统应配置相应的设备，如温度巡检仪、三相绕组电动机等。

3 结语

提升机是煤矿开采过程中的主要运输设备，由于煤矿开采是一项施工复杂，具有危险性的工程，因此，提高提升机的工作性能，通过优化提升机电控系统技术，采用优质的提升机，如JK－3．5x2．2P型的提升机，提高提升机的性能，进而促进煤矿开采的顺利开展。

［1］刘成全．矿井提升机电控系统升级的安全技术研究及应用［D］．青岛:青岛科技大学，2012．

［2］李善林．PLC技术在煤矿提升机电控系统中的应用［J］．煤炭技术，2013(5):18－20．

［3］黄炳义，孟红秀，李立君．煤矿提升机电气控制系统的技术改造［J］．煤矿机械，2013(5):198－199．

［4］王鹏飞．煤矿主提升机电控系统的优化设计与实施［J］．内蒙古煤炭经济，2013(10):123－124．