摘要：矿井提升机是煤矿井上、井下联系的纽带，用于运输煤炭、矸石、物料、设备、人员，是煤矿高效安全生产的重要保障。传统继电器—接触器控制系统，受元件发展限制，硬件线路复杂，可靠性差，故障率高，能耗大，不能满足现代化企业高效节能的控制要求，对其实施改造具有现实意义。基于此，本文首先分析矿井提升机电系统的总体结构，提出了矿井提升机电系统的改造方案，以此对机电系统的改造进行设计，保障矿井提升机电控系统控制功能更完善，更安全可靠，从而确保提升机的安全运行。
关键词：矿山机电设备；运输系统；复杂性；改善措施
1矿井提升机电控系统总体结构
1.1矿井提升系统的组成
矿井提升设备主要由提升容器、提升钢丝绳、提升机、井架、天轮、装卸载设备及电气设备等组成。提升设备由于用途、选用的提升容器和提升机类型的不同，井筒倾角的差异，可从不同角度进行分类（如图1所示）。
1.2矿井提升系统机电控制结构
基于PLC的矿井提升机控制系统构成框图，如图2所示。PLC作为主控系统的控制核心，确定系统的工作方式和控制方式，承担系统的各种控制命令发布任务，以完成提升机启动、加速、等速、减速、爬行到停车整个过程的逻辑控制。辅控系统主要完成对可调闸速度闭环、动力制动速度闭环环节、包络线的速度保护环节和测速环节的控制。监控系统对提升机整个运行过程中的关键参数，包括提升机运行速度、加速度、容器位置、故障情况等进行监控显示，还可进行运行过程的动画模拟仿真，直观形象的观摩提升机运行过程。制动电源是指用于提升机减速的动力制动或低频制动电源。执行器件是指高压换向器和低压接触器等。
2矿井提升机电控系统改造方案
2.1主控系统
系统的主控系统主要完成提升机从加速、等速、减速、爬行到停车整个过程的开关量逻辑控制。主控系统选用三菱FX2N系列的可编程控制器，双机热备，两台PLC参数、性能完全一样。运行过程中当主控PLC发生故障，可以迅速切换至备用PLC，不影响生产。软件方面，主程序由若干个子程序组成，各个子程序分别完成提升机手动、半自动、自动、验绳、调绳等工作方式的控制功能、保护功能。硬件方面，选用高速计数模块，采集来自滚筒主轴的光电编码器数据，完成提升机运行过程中的位置信号检测，同时判断松绳和过卷情况；模拟量输入模块、A/D转换模块采集润滑站、液压站的油压、油温等信号；井筒中不同位置的行程开关与计数模块相互校验，精确确定容器位置，实现准确停车。
2.2变频调速系统
调速系统选用HIVERT-YVF高压变频器，矢量控制正弦波PWM调制技术，调速性能优越、可靠性高、操作简便且能够满足四象限运行。运行过程中变频驱动装置确保提升机按照设定的速度曲线运行，满足不同提升阶段对运行速度的控制要求。变频调速装置本身具有过载、过流保护、缺相保护、过压保护、过热保护、限流等保护功能，对于提升机运行过程中出现的过卷、超速情况，变频装置可与现场的各种传感器相配合，实施保护，以达到煤矿安全生产规程要求。
2.3上位机监控系统
随着计算机技术的发展以及PLC功能的增强和网络的发展，越来越多的需要得到矿井提升机系统运行的实际参数、工作状态、运行故障显示等具体、直观的表现形式，以期更好的保障控制系统的安全运行。因此就需要利用计算机控制技术，实现人机交互界面管理计算机站，集中管理系统运行过程中的各类数据。整个系统由两级微机组成，上位机是工业控制计算机，完成提升机工作过程全程监控及动态参数显示、运行数据查询、故障报警诊断功能；下位机采集现场数据，执行用户程序，输出结果，及时完成控制任务。监控系统硬件配置有CRT显示器和打印机，通过显示器可以实时动画模拟提升过程，直观即时掌握提升速度、加速度、容器位置等参数，还可实时显示系统故障信息，并支持多种形式的报表打印。
3矿山机电系统改造实施措施
3.1提升机主控系统PLC选型
PLC是专为在工业环境下的应用而设计。它将执行逻辑运算、算术运算、定时、顺序控制、计数等操作的命令存储在可编程序的存储器芯片中，现场采集信号类型为数字信号或模拟信号，作为PLC的输入和输出信号，用以控制各种类型的机械设备或生产过程。PLC及其相关设备采用模块化结构，这种结构容易与工业控制系统联成一个整体，一方面维护方便，另一方面当产品升级后，便于实现功能扩充。为保证PLC控制系统在这样的环境中少受或免受干扰，必须采取强有力的抗干扰措施。首先从PLC的选型上一定要保证所选设备自身具有较高的抗干扰能力；选用性能良好的电源，抑制电网引入的干扰；减少动力电缆辐射的电磁干扰，选用铜带铠装屏蔽电力电缆；控制系统软件设计中进行抗干扰处理。
3.2提升机调速系统
为提高安全系数，本调速系统保留原有的电控设备，更改主控台PLC的部分程序，使之能够满足新、老系统互为备用的运行模式。现场增加一套6KV的双路供电的高压开关柜，为变频器提高电源；一套6KV/1800KW的高压变频器，采用一拖二的连接方式，并在电动机轴端和减速机轴端分别安装两个高精度编码器；同时增加两个手动工频、变频切换柜，用于新老系统的切换。针对矿井提升机电控系统的改造方案，变频调速系统核心设备选择高性能专用型变频器，该矿井主电动机为2jk-4X1.8/11.5A异步电机，其额定电压6000V，额定功率630KW，定子额定电流90.5A。
3.3提升机上位机系统
计算机作为提升机电气控制系统的上位机，通过监控软件实现对整个提升系统运行过程的实时监控。系统设计时，在井口处设置一台PLC，接收并处理提升机电控系统的各种提升信号，信号来自安装在不同位置行程开关、限位开关、按钮等。PLC对这些信号进行实时处理，处理的结果通过点亮信号指示灯的方式反馈给提升机司机，同时把闭锁节点提供给提升机主控制系统和操车控制系统，实现闭锁关系。计算机在监控运行过程的同时，可进行故障查询，对所保存的故障情况、提升运行的次数、日报表、月报表等进行打印输出。
3.3.1上位机监控系统的功能
上位机管理系统是使用一台工控机作监视和管理，配置高分辨率彩色显示器及彩色打印机，通过与主控PLC通讯，采用文字、趋势图、光字牌阵列、图表等多种显示方式，直观全面事实时地监控提升机运行过程。
3.3.2PLC与上位机之间的通讯实现
上位机管理系统和下位机PLC之间数据的交换至关重要。PC机在工程管理站中的作用决定了系统之间的联接方式，其连接方式主要有以下几种：直接连接，即两台设备点对点直接连接；多点连接，即同一通讯线路资源被多台设备分享，采用主从方式实现连接。局域网络是一种专用的、并行存取、有限距离的高速通讯网络；全局网是一种全局以太网，无主从方式。
结束语
煤炭行业是关乎国计民生的重要行业，确保煤矿安全生产关系到国家、企业、个人的利益。目前还有相当一部分煤矿提升机电控系统采用传统的继电器—接触器控制的转子回路串电阻的调速方式，由传统老旧的模拟深度指示器指示提升容器位置，这些系统可靠性差，能耗大，运行效率低，安全保护设施不完善，时常发生过卷和超速等事故，已经不再适合当前矿山企业的发展要求。采用先进控制技术改造落后控制系统势在必行。
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论文作者:王娟娟
论文发表刊物:《基层建设》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/11
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