矿井提升机直流控制系统的研究

王践伟

（山西汾西瑞泰正中煤业有限公司， 山西 晋中 031300）

1 项目背景

现有的煤矿提升机超速报警的方式一般为：利用测速机对滚筒的实际速度进行测量，与设定速度进行比较，一旦实际速度超出额度速度的15%就进行故障停机，停机后处理起来非常慢，短则半小时，长至1～2 h，严重影响煤矿生产效率。煤矿提升机在提升煤炭时，由于煤质问题，箕斗内经常有残留，当残留较多时，再次装载必然会引起超载，导致提车机无法提升箕斗，有时甚至提升到中间才发生无法提升的问题，处理起来非常困难，对煤矿生产和安全产生极大影响。

2 矿井提升机直流控制系统的设计

2.1 整体结构分析

针对现有的煤矿提升机超速报警处理不当，无超载报警的问题，设计了一种新的煤矿用提升机直流控制系统，控制系统原理如图1 所示[1-2]，提升机提升作业原理如图2 所示[3-4]。

图1 控制系统原理示意图

2.2 控制系统实施分析

煤矿用提升机控制系统，提升机包括电机、滚筒、第一箕斗和第二箕斗，控制系统包括测速机、PLC 控制器和直流调速装置，测速机安装在滚筒上，对滚筒的速度进行测试，直流调速装置的型号为6AR80，直流调速装置输出直流电供给电机，电机带动滚筒旋转，滚筒提升第一箕斗和第二箕斗。

图2 提升机提升作业原理示意图

测速机连接有阻容吸收电路，阻容吸收电路分别与PLC 控制器和直流调速装置电连接，直流调速装置与PLC 控制器电连接，PLC 控制器连接有超速报警器和残留报警器；直流调速装置内设置有电流检测器。阻容吸收电路包括三路并联的阻容路，阻容路包括相互串联的电容和电阻。阻容吸收电路作用是吸收浪涌和尖峰，以减小对控制系统的冲击和负荷。阻容吸收电路使得测速机送至PLC 控制器和直流调速装置的电压信号更加稳定和准确[5-6]。

2.3 煤矿用提升机超速报警方法的实施

现有提升机滚筒的额定速度为8.8 m/s，据此提出设定速度为9.3 m/s，采用以上所述的煤矿用提升机控制系统，超速报警方法包括以下步骤：

步骤1：在PLC 控制器内设置滚筒的设定速度为9.3 m/s，测速机测得的滚筒的实际速度为Y。

步骤2：实际速度Y 送至PLC 控制器内，与设定速度9.3 m/s 进行比较。

步骤3：当检测的实际速度Y 大于设定速度9.3 m/s 的次数超过5 次，则在提升机完成工作停下后，PLC 控制器控制超速报警器进行报警，提醒现场人员提升机存在超速隐患，需要及时处理。

该超速报警方法不直接对提升机进行停机，不需要面临停机后长时间处理的情况。

2.4 煤矿用提升机残留检测方法

煤矿用提升机残留检测方法，采用以上所述的煤矿用提升机控制系统，残留检测方法包括以下步骤：

步骤1：第一箕斗装额定8 t 的煤，第二箕斗无煤，滚筒提升第一箕斗，下放第二箕斗，此为一钩；当滚筒匀速运行时，电流检测器检测到的电流值为M，M 为 1 000～1 100 A，电流值送至 PLC 控制器，此时M 为第二箕斗无残留时的电流值。

步骤2：下一钩提升第二箕斗，下放第一箕斗，当第一箕斗内有残留煤，滚筒匀速运行时，电流检测器检测到的电流值会变小。

步骤3：重复进行煤的提升，当滚筒匀速运行时，PLC 控制器内判断电流检测器检测到的电流值相比M 减少200～300 A，则PLC 控制器控制残留报警器进行报警，证明第一箕斗和第二箕斗内残留量过多，有超载风险。

2.5 特点分析

1）测速机输出的电压先经过阻容吸收电路，阻容吸收电路作用是吸收浪涌和尖峰，以减小对控制系统的冲击和负荷。

2）提出了新的超速报警方法，当检测的实际速度大于设定速度的次数超过5 次，则在提升机完成工作停下后进行报警，不会造成直接停机的情况，不仅保障了提升机安全稳定的运行，也能实现超前报警，及早发现提升机的问题。

3）提出了残留检测方法，通过对提升机运行时电流的变化，判断箕斗内是否有残留，预防超载提升，避免了超载提升带来的严重影响，极大地保障了煤炭生产的安全稳定。

3 实践应用及效果分析

矿井提升机直流控制系统设计完成后，在山西汾西瑞泰正中煤业井下KMD-3.5×4（III）E 型提升机上进行了安装调试，并投入到实践应用当中。经直流控制系统改造后的KMD-3.5×4（III）E 型提升机从2019 年5 月运行至今，提升机运行稳定，直流控制系统控制可靠，新的报警预警办法和残留检测方法准确可靠，为保障该提升机的安全运行奠定了基础。该矿井提升机直流控制系统设计应用后，提升机无一起安全事故发生，工作效率极高，有效保障了煤矿的运输，为企业创造了较好的安全经济效益。

4 结语

设计了煤矿用提升机直流控制系统、超速报警方法及残留检测方法，该直流控制系统包括测速机、PLC 控制器和直流调速装置，测速机连接有阻容吸收电路，阻容吸收电路分别与PLC 控制器和直流调速装置电连接，直流调速装置与PLC 控制器电连接，PLC 控制器连接有超速报警器和残留报警器。阻容吸收电路作用是吸收浪涌和尖峰，以减小对控制系统的冲击和负荷。提出了新的超速报警方法，当检测的实际速度大于设定速度的次数超过5 次，则在提升机完成工作停下后进行报警。提出了残留检测方法，通过对提升机运行时电流的变化，判断箕斗内是否有残留，预防超载提升，极大地保障了煤炭生产的安全稳定。该煤矿用提升机直流控制系统在山西汾西瑞泰正中煤业井下KMD-3.5×4（III）E 型提升机上进行了实践应用，效果理想。