矿井提升机控制技术及应用

罗伟刚

（山西潞安集团蒲县伊田煤业有限公司， 山西 临汾 041000）

1 矿井提升机控制技术应用现状

矿井提升机控制技术在煤炭开采领域应用较晚，通过地表与井下往返运行，达到运输目的，一旦设备系统出现故障，很容易造成设备的损坏。同时，矿井提升机控制系统具备能耗高、系统结构复杂的特点[1]，在实际应用的过程中，一旦出现故障，后期维修时间较长，会影响煤矿开采进度和效率，进而造成不可逆的经济损失。现阶段，TKD型提升机电控装置和继电器组成的提升机电控装置已经被禁止。由于电机启动和调速中以切换电阻方式为主，调速效果差，能耗较大，很容易在实际操作中出现故障，进而被禁止使用。在科学技术不断进步的今天，提升设备和控制系统不断完善，各种新型技术应用在矿井提升设备中，并具备以下几点特点：第一，矿井提升机可以在四象限内运行，在各个煤矿开采阶段，矿井提升机存在正力和负力，使其可以同时存在正转和负转，将制动和电动有效地结合在一起，提高运行效果，降低故障的发生几率。第二，矿井提升机运行速度比较精确，属于位置控制系统，可以在实际应用中不断下放或提升到任何位置，并在移动过程中等速运行，满足工作运输要求。第三，矿井提升机控制技术可以直接显示矿井提升机的实际位置，矿井提升机在进行下放或是提升运动时，设备操作人员可以借助深度指示器和显示器显示矿井提升机的实际位置，进而根据工作需要加以调整，保证煤矿开采效果。第四，矿井提升机控制系统内部故障监控系统较为完善，一旦发生设备故障，控制系统会及时发出警报，显示故障位置，尽快排除故障，进而提高工作效率[2-3]。

2 矿井提升机控制技术在煤矿领域的应用

矢量控制的核心是依照直流电动机调速方式和调速特点，安设两个独立的直流磁场控制和调节异步电动机转速，异步电动机定子绕组流到三相平衡正弦电流，形成旋转磁场。而此时直流电动机转动，正是由于定子绕组和转子导体连接直流电流，形成两个相互垂直的磁场，作用下形成旋转磁动势，达到运行效果[4]。将三相交流电磁场等分成两个相互垂直的交流电磁场，并与两组直流绕组磁场进行等效，二者只间隔一个5°的相位角。三相电流分别是iA、iB、iC，异步电动机输出是转速X，如图1所示，通过3/2坐标和同步矢量旋转V/R等坐标的实时变换，形成一台im1与it1输入、X输出的直流电动机。由此可见，异步电动机通过坐标变换生成等效直流电动机，可以模拟直流电动机进行控制，而通过坐标反向变换即可控制异步电动机。在此过程中，主要依靠电流空间矢量实现坐标的变换，形成矢量变换控制系统。

2.1 主控系统

主控系统选择三菱FX2N系列PLC代替传统继电接触器控制系统，提高系统的稳定性和可靠性。

2.2 变频调速控制系统

变频调速控制系统选择西门子工程型变频器，适用于提升机运行环境。控制单元下达给变频器控制命令，可以控制矿井提升机根据既定速度曲线运行，进而提高矿井提升机的稳定性。安设变频调速后，替代系统内部多段电阻调速系统，提高矿井提升机的平稳性。同时，在实际运行中，变频器可以直接根据工作需要求调整电源频率，实现电机无级调速，节省不必要能耗，最终符合降耗低碳的政策要求。

2.3 上位机监控系统

上位机监控系统可以对矿井提升机进行实时监测和故障诊断，以此提高矿井提升机的可维护性与可靠性，这对煤矿安全生产和生产效率的提升具有非常重要的促进意义。在实际应用中，人机交互界面使用专门组态软件，在计算机界面上可以显示出矿井提升机工作状态和工作流程。该监控系统主要借助RS-232接口和PLC进行实时通信，实现监视和控制的有效同步[5]。

图1 三相电流在等效直流电机中的转换

2.4 信号控制系统

在实际应用中，矿井提升机信号主要来源于系统工作现场设置的天轮、井筒、深度指示器、润滑站以及液压站，系统自动收集这些现场设备的工作信息，借助旋转编码器、限位开关以及压力变送器等设备发送到PLC主机中，PLC主机程序会自动处理输入信号，并将处理结果传送到触摸显示屏和声光报警中，警示工作人员注意查看，并选择有效的措施进行处理，以保证矿井提升机的有效运行。

2.5 安全保护系统

安全保护系统可以对过卷、定点超速、等速、PLC编码器断线、传动系统故障、自动限速、错向等部分进行保护，安全保护系统主要将硬件和软件有效地结合在一起，实现安全电路相对闭锁和冗余，当一条安全电路处于断开状态时，另一条电路也会随之断开，而硬件安全回路会借助硬件回路达到运行目标，软件安全回路会在硬件安全回路运行的同时在PLC软件中进行同步搭建，实现和硬件安全回路保持同一动作，进而发挥出安全保护系统的安全功能和保护功能。

3 矿井提升机控制技术创新的建议

3.1 高精度调速

为了发挥出矿井提升机控制技术的应用价值，矿井提升机控制技术要进一步提高系统调速的精确性，将创新重点落在平滑调速方面，这样不仅可以防止矿井提升机启动中可能发生的提升机容器下落情况，也可以保证框架提升机在安全环境下准确停车，缩短爬行段距离，进而实现矿井提升机的高效、稳定运行。

3.2 高监控水平

矿井提升机控制系统一旦出现故障，不仅会影响工作进度和工作效率，还会由于矿井提升机的失控造成设备破坏，无法根据故障性质对矿井提升机进行维护。对此，为了促进矿井提升机控制技术的广泛应用，要进一步加强监控系统，提高监控水平和故障排除能力，帮助工作人员及时排除故障，保证矿井提升机正常工作。

3.3 自动化控制

未来的矿井提升机控制系统将逐渐朝着自动化方向发展，要求相关研究人员加大对矿井提升机控制系统智能化和自动化的研究，引入PLC和智能仪表等数字控制技术，进而提高矿井提升机控制系统的自动化水平。

4 结语

随着矿井提升机控制技术逐步向高精度调速和高监控水平发展，其控制系统各模块功能将不断得到强化，其控制系统也将会不断得到完善和优化，从而使得提升机运行效率和运行质量得以大幅提升。

[1] 刘国峰.矿井提升机控制技术发展简介[J].煤矿机电，2015（2）：108-110.

[2] 董有祥.PLC变频控制技术在矿井提升机控制系统中的应用[J].科学之友，2015（23）：52-53.

[3] 王栋林，童川.矿井提升机控制技术研究现状与发展[J].城市建设理论研究，2017（21）：102-103.

[4] 张绍飞.矿井提升机控制技术研究现状与发展[J].山东工业技术，2017（7）：83.

[5] 刘海清，杨玲玲，孙林艳.矿井提升机（500 kW以下）控制技术的应用[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2016（11）：238-239.