煤矿提升机的自动化控制探讨

摘要：煤矿矿井提升机是矿产资源开发的关键设备之一，交流矿井提升机自动化节能控制系统将逐渐取代以往传统的直流调速控制系统，其采用先进的变频矢量控制技术、双PLC完全控制技术、通讯网络技术，大大提高了设备的可靠性、安全性和实用性，不仅实现了提升机软启动、软停车、连续平滑调速，而且能够适应不同的提升工况要求。

关键词：煤矿提升机；自动化控制；矿产资源开发；计算机控制技术；变频调速技术 文献标识码：A

中图分类号：TD534 文章编号：1009-2374（2015）08- DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.

煤矿矿井提升机是自动化一体的大型机械，如今广泛应用于各类矿产资源的开采，在实际应用中多作为提升开采矿物、升降工作人员以及必备大型器材，是煤矿等矿产资源开采的重要设备。目前在矿产资源开采领域应用最为广泛的便是交直交变频电动机的提升机，随着数字矢量控制技术的技术日渐完善成熟，交流式的提升机逐步取代了传统的直流式调速提升机，成为矿产资源开采领域的主流应用方案。本文将针对矿产资源开发的提升机的自动化控制进行全面介绍与分析。

1 提升机自动化的研究目的与意义

经调查发现，目前我国矿产资源开发所应用的提升机控制系统大多为转子串电阻的调速方案，能源消耗与空间占用都比较大，已经不能很好地适应矿业资源的可持续发展的理念与应用需要，因此研究开发出适应可持续发展的提升机控制系统很有必要。

矿产资源开发提升机自动化控制系统运用可变频的可编程控制起来实现控制，其特点是安全可靠性高，在电机的变频传动模块，可以使用交流变频的数字矢量控制，可以提升效率、保障安全、节约效能，该控制系统技术将是现代化矿采提升机的主要研究方向和目的。

2 矿产资源提升机的分类

矿产开采提升机的组成部分有变频电动机、调速减速器、摩擦轮（卷筒）、传感指示网络、自动控制系统等。按照提升机的工作方式分类可分为缠绕式提升机和摩擦式提升机两大类别，如下图1所示：

图1

2.1 缠绕式提升机

矿产资源开采中缠绕式提升机可依据卷数的不同分双卷筒提升机和单卷筒提升机。双卷筒式的提升机顾名思义是由两钩做提升，有两根钢丝绳组分别固定在两个卷筒上，两个卷筒工作时，一个转筒可以提升容器，另一个则是下降容器；而单卷筒是以单钩作为提升物，一组钢丝绳一段连接转筒，另一端则与提升容器连接，转筒工作时，钢丝绳依靠转筒的方向而控制容器的提升与下放。

根据卷筒的外形也可以将缠绕式提升机分为等直径与变直径两种形状。等直径卷筒缠绕式提升机由于制造结构简单，制造成本相对较低，被广泛应用于实际生产当中。等直径卷筒的提升机也有其弊端，在矿井深处作业的时候，可能会因为钢丝绳组两侧长度承压不一，力矩很难形成平衡，因此等直径的卷筒提升机逐渐被淘汰，如今的实际生产多运用尾绳进行平衡处理。

2.2 摩擦式提升机

多绳式缠绕提升机，在超深井矿采作业中，提升机的钢丝绳组需要承受较大的力矩变化，从而影响钢丝绳组的使用寿命，同时尾绳在超深井中悬垂的长度很大，在井筒中很容易旋转扭曲，对正常安全的作业带来影响，而多绳组的摩擦式提升机很好解决了相应的问题，其安全保障性能高，绳组的直径细小，主动轮的直径小，电机设备轻量化，耗能较少，成本较低，不仅适用于超深井的相关作业，同样可运用与浅立井、斜井提升等领域。

3 提升机的PLC自动化控制

PLC可编程自动化控制系统被广泛用于矿产开发以及各大工业生产领域，其凭借着技术优势以及灵活可靠的控制模式长久引领自动化市场。如今随着时代进步经济增长，现代化生产对设备体系提出了更高更多的功能需求，传统的控制系统往往不能很好地适应现代化的进程，煤矿提升机的自动化控制同样需要集成程度高、自控能力强的系统体系，因此在PLC系统的基础上，需要建立更为完善的基础设施，力图打造综合性强、可靠性高的自控系统。

3.1 PLC自动化提升机程序设计

根据系统的控制要求，采用合适的设计方法来设计PLC程序。程序要以满足系统控制要求为主线，逐一编写实现提升机各控制功能或各子任务的程序，逐步完善系统指定的功能。除此之外，程序通常还应包括以下

内容：

3.1.1 在PLC上电后，一般都要做一些初始化的操作，避免提升机在控制系统测试中发生误操作。自动化控制程序的初始化步骤大致有：对提升机控制系统原有的数据区、计数单位进行清零操作，对数据区的重要参数数据进行备份，检测中如有缺失或遗漏需要进行针对性的数据恢复，为提升机的主控电动机、摩擦轮等设备进行现场置位。

3.1.2 针对煤矿提升机的整体系统以及相关主控部位进行检测、故障诊断排修等相关操作流程的设计。

3.1.3 煤矿提升机工作的系统安全保护以及逻辑程序是系统正常运行的重要部分，合理化的逻辑流程一定程度上减少了人员的控制操作，增加系统设备的自动化率，有效避免了由于人员非法操可能引起的系统控制的逻辑混乱。

3.2 自动化控制的模拟调试以及联机调试

PLC自动化控制程序的测试根据现场信号的不同产生方式可以分为软件模拟法以及硬件模拟测试法。

3.2.1 自动化程序检测软件模拟法是基于原有的PLC控制系统编写的一套仿真系统程序，可以形象逼真地模拟出煤矿提升机现场的工作信号，利用这种测试方法简单易行，为调试设计提供了便利，但是对于煤矿现场的实效感控有所欠缺。

3.2.2 硬件模拟测试法是将传感设备（如用另一台PLC或一些输入器件等）模拟煤矿提升机的现场工作信号，并能够将信号以硬接线的方式连到PLC系统的输入端，这种测试方式具有较强的时效性。

4 自动化提升机中的物联网应用

提升机的自动化控制被更高的要求在实际生产当中，随着科学与经济的快速发展，物联网技术也被更多地应用到矿产资源开采当中。带有物联网传感器的提升机能够通过编码器检测感知电机的速度、位置信息以及实时视频，并且同步到主控装置，它通过信号控制器组件，将并行的信号转换为可长距传输的高速串行信号，对速度、位置、安全等信息进行实时管控。物联网的数字矢量变频技术拥有精度高、调速范围广、启动转矩大等特点，完全能够满足提升机的四象限运行要求。同时具有安全回路采用继电器直动安全回路和PLC程序安全回路的多重冗余，有行程和速度多路监控与保护功能，场传感器、接近开关断线、松绳故障侦测与保护。系统自动优化的控制程序，为用户解决的适合现场工况的最优化控制模型。充分考虑了设备安全性能、提升效率、降低损耗、延长使用寿命等各种因素。

5 结语

在未来的煤矿提升机自控系统领域，PLC控制系统仍将发挥着主导作用。随着工业生产的进步以及对系统设备的需求提高，自动化控制系统应用计算机控制技术和变频调速技术，结合物联网传感体统，煤矿提升机控制系统的安全性与可靠性将得到更为有力的保障。可编程控制器（PLC）是矿产资源开采产业应用最为广泛的新兴技术，其拥有人性化的人机交互界面，简洁方便的操作，兼容性灵活性都很强，后期维护简便，目前已经作为提升机控制系统的技术主流。PLC系统拥有提升机专用电子模块组成的提升机控制设备以及自动化控制体系，为制造产业树立了工程性标杆，为提升机的大功率、低能耗、高保障的系统研制奠定了坚实可靠的

基础。

参考文献

[1] 陈春林.浅谈全数字煤矿主井直流提升机的自动化控制技术[J].科技致富向导，2013，（18）.

[2] 曾志伟.对矿山提升机自动化控制趋势的探讨[J].建材与装饰，2012，（24）.

[3] 孙鹏.对矿山提升机自动化控制趋势的探讨[J].中小企业管理与科技，2014，（31）.

作者简介：乔道新（1984-），男，山西山阴人，山西省大同煤矿集团四老沟矿助理工程师，研究方向：煤矿机电。

（责任编辑：蒋建华）