矿井主提升机电控系统优化

矿井主提升机电控系统优化

赵明豪

中煤能源大屯煤电公司孔庄煤矿风井队江苏徐州221600

摘要：在矿井生产中矿井提升机起到了关键作用，同时作为井面与井下重要通道，由于矿井水平日渐延伸以及开采条件复杂性，愈来愈重视提升机所发挥的重要作用，为了确保矿井主提升机可以安全高效运作，现把系统优化理论和计算机技术应用于矿井主提升机控制系统中，对该系统进行优化，最终得出该数字电控系统可以有效提高矿井安全生产，避免系统故障以及提高经济社会效益，可以广泛推广该点提升机电控系统。

关键词：主提升机；电控系统；系统优化

1前言

对于矿井运输而言，提升机发挥着重要作用。但由于矿井地质条件恶劣，运输环境复杂，若不能充分了解提升机，科学、合理的操作提升机，极易引发各类安全事故。为有效避免各类提升机安全事故的发生，同时提高提升机的运能，了解提升机电控系统的基本功能，并根据实际情况不断优化提升机电控系统也显得越来越重要。

2主井提升机电控系统的基本功能

2.1数字行程监控功能

主控监控PLC与两台轴编码器是主井提升机实现数字行程监控功能的主要设备，其中主控监控PLC主要安装于滚筒输出端，两台轴编码器主要安装于减速器高速输出端。脉冲信号先送入编码器进编码处理后，再送入PLC高速计数单元，经大量的PLC逻辑运算分析处理，计数器计数数据会与全行程标准数据对照比较，得到容器实际行程距离，依据距离与时间计算出运行速度，同时可从M8251读出运行方向。

2.2提升控制功能

在PLC中输入控制信号与保护信号后，可借助相关软件来控制提升机的运行，促使提升机依据工艺需求动作。可用485通讯连接4套可编程控制器与FX2N-BD通讯模块，来实现它们各自彼此数据的读取，此外去除转子电阻可有效缩减控制接线，让系统的运行性能更可靠。

2.3安全保护功能

整个提升系统有两套回路可保障系统安全，主控机PLC回路与监控机PLC回路，借助这两个回路可使PLC控制实现相互冗余。这两套系统完成的保护主要有：防止提升作业发生过卷、防止减速段过速、防止等速段超速、高低压电源发生断电后的保护、进行松绳保护与错向保护；煤位满仓保护等。

3电控系统的结构优化

3.1控制系统

控制系统组成模块为：MPI总线、Profibus-DP以及S7-300PLC站。MPI是将所需数据存入一个配置表然后以组态配置来确保系统信息通讯；Profibus-DP通过调用通讯模块来编程通讯，调用模块依据主从协议进行；将3个PLC中的保护PLC定为主站，将另外2个定为从站，采集信号主要由数字量和模拟量以及编码器计数模块，同时指挥操作提升机信号由程序编码来进行。测算箕斗的速度和行程的主要通过记录轴并量化处理轴编码器产生的脉冲，测算出的结果录入调节系统可以监视和保护提升机。STEP7软件由控制系统给予，为了实现提升机自动和手动以及检修，同时使加速、等速、爬减速和停车以及各种各样保护功能生效，主要是利用结构化和模块化等思想来完成。

通过处理矿井提升机的各种信号和指令，然后输出相应保护信号。主控PLC首先得电是通过程序来作用于高压换向器所实现的，然后把信号输入主电动机定子绕组中，该电动机在启动之后按顺序切断8段电阻，完成自动加速功能，最终应用于自然机械特性中。

在交流提升机运作的同时，旋转编码器随着主电动机转动，然后把A相脉冲和B相脉冲输出，然后把A相脉冲接到主控PLC的HSCO对应的A相脉冲输入端，把B相脉冲接入与之对应的B相脉冲输入端，主控PLC通过这2个脉冲的相位联系来得出HSCO计数方法。

3.2变频调速系统

DSP+FPGA结构作为变频调速器，为了控制单位功率因数、速度闭环、矢量和电流闭环以及诊断故障功能，一般处理器采用32bit数字信号。

二极管箝位双三电平拓扑结构作为系统主回路，逆变结构和整流一样，4个功率器件串联于每相进线侧，出线侧于进线侧相同，钳位与续流功能主要由二极管实现，3种电平由直流母线输出。三电平结构同两电平结构功率器相比时，该器件能够使变频系统的干扰明显减弱，使功率器和电动机电压有效减小，两电平结构的开关频率为三电平的2倍，明显使系统开关损耗降低，同时拓扑结构可以有效增强系统共可靠性，对其维护性也有显著作用，并且可以起到设计系统模块化作用。

在系统控制这一方面，系统开关频率较低和进线电抗相对较小情况下的运行同时能量可以双向流动等功能主要通过高性能的矢量控制方法来实现，该方法具体为通过完成电动机和功率变化装置的调速，控制电动机定子以及网测功率因数等系统指标，最终可以避免电网受到变频器的污染。输入电流接近正弦波以及功率因数接近1的情况是通过控制PWM电路来实现的。控制目标位位于整流侧，可以确保直流母线电压恒定同时保持输入电压与电流的同、反相位，电流的有功与无功控制通常需要有源前端技术来实现。给定无功与有功电流一般通过输入JIANG给定的直流母线电压以及实际直流母线电压控制器，同时进线电流于测量进线侧，然后将实际有功电流与给定有功电流做对比，将实际无功电流与给定无功电流做对比，实际有功电流与无功电流是通过三相到两相变化的旋转变换以及坐标变换产生的。通过比例控制器和积分控制器以及比较环节，所需直流母线电压通常是通过调制PWM以及导通关断IGBT产生。由电动机所产生的能量通常自网侧流到了电动机侧，能量自电动机侧流到网侧情况是在电动机系统机制运作之后，直流母线电压随着升高时产生，使其符合四象限运行。

3.3上位机监控系统

用监控软件与PLC可编程控制器来优化信号系统与上位监控系统。如某矿井采用了双核2.5G、500G硬盘、4G内存来装备PLC工程机，选用的PLC应能够远程编程并进行分析诊断，并把A4幅面彩色打印机与液晶显示器设置在了上位监控系统。借助相关监控软件，可使上位监控系统顺利实现其功能，应用的监控软件不但可诊断出提升机运行故障，同时还可把故障信息及时显示在显示器上，这样可更好地提示司机和保护提升机。若装设于上位监控系统的打印机不能正常运行，监控系统便可显示出打印机故障情况，同时会把相应记录保存好，给操作人员处理故障提供参考，这样有助于及时解决故障。此外系统装设的液晶显示器除具有普通显示功能外，还应能同时显示多幅画面，如提升机电控系统概况显示、高、低压供电系统概况显示等，通过记录煤矿提升机实际运行次数与一些日常故障诊断信息，可有效指导今后类似故障的处理。

4结束语

矿井提升控制系统通过引入可编辑程序控制器，一方面提高了系统判断故障的能力，另一方面使系统的安全可靠性以及生产效率得到进一步提高。该矿提升机电控系统在完成上述改进之后，提升电流、周期和速度等各项指标均得到了较大的改善，提高了生产效率，同时完善了保护和监控操作等功能，提高了该矿提升机的可靠性，进而可以避免由于变频驱动系统和控制系统出现的故障而影响提升机效率，推进了矿井持续生产，提高了经济和社会效益，为该方案的推广提供了可靠依据。

参考文献：

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[2]邓小盾.基于西门子变频PLC的矿井提升机控制系统[J].煤炭技术.2012（10）

[3]索楠.基于PLC的矿井提升机控制系统的设计[J].机械工程与自动化.2012（02）

[4]高俊祥高孝亮.矿井提升机控制系统的设计及应用探讨[J].低压电器.2011（22）