摘要：提升机是煤矿生产必不可少的重要机械设备。可以说，矿井提升机的应用水平直接代表了煤矿企业的发展水平。所以，煤矿技术人员应当深入研究提升机控制技术，改进矿井提升机，从而有效促进煤矿作业效率的提升。文章就此展开了讨论，先是介绍了矿井提升机的控制技术研究现状，然后详细阐述了提升机控制技术及其应用，最后就控制技术的创新提出了几点建议。
关键词：矿井提升机；控制技术；应用
随着我国社会经济的发展，矿井提升控制技术也有了很大的进步。尤其是控制技术的应用，使得矿井提升机的安全性、可靠性有了很大的进步。但是从实际来看，我国矿井提升控制技术仍有很大的进步空间。所以，相关技术人员应继续加大矿井提升机控制技术的研究力度，继续改进、优化矿井提升机，进一步提升矿井提升机的先进程度。
一、矿井提升机的控制技术研究现状
随着我国煤矿开采行业的不断发展，煤矿生产对矿井提升机的安全性、可靠性要求越来越高。这就意味着矿井提升机控制系统要更加安全、可靠。所用控制技术也要足够先进、高效。这样才能提高矿井提升机的安全性、可靠性。
我国矿井提升机的应用起始于1958年。但是当时的矿井提升控制系统非常复杂，且耗电量非常大。而后，随着科学技术的发展，矿井提升控制系统也在不断发展。七十年代后，矿井规模越来越大，矿井深度也越来越大，原有的控制方法已经无法适应煤矿行业发展。与此同时，直流电机控制方式受到了重视。当时直流电机控制系统主要采用的就是晶闸管变流器-电动机传动方式。这种传动方式具有响应快、调速平滑稳定等优点。但是它也具有较大的缺点。随后，德国学者提出了交流电机磁场定向理论，为交流传动的应用提供了可靠的理论支撑。尤其是随着微电子技术、电力电子技术的发展，矿井提升机的交流、直流传动控制有了很大的进步。现如今，在整个矿井提升机控制系统中，PLC、变频调速已经成为常见的调速方案，可以实现矿井提升机的平滑调速。最重要的是在数字技术的广泛应用下，PLC在矿井提升机控制系统中的应用得到了人们的广泛关注。与其相对应的交-直-交变频技术也已经成熟，且发挥出了显著的应用优势。
二、矿井提升机控制技术分析
1.直流拖动技术
以直流拖动技术为基础的矿井提升系统称之为直流电力拖动系统，其核心控制技术就是矿井提升及直流控制技术。结合直流电动机转速方程来看，若想改变直流电动机转速，就可采用以下提速方案：第一，发动机-电动机直流电力拖动系统。提升机的动力是由直流电动机拖动系统提供的，其中的直流电动机是独立供电，而直流主发电机则是同步电动机提供的。但是这种电力拖动控制系统存在运行效率低、可靠性不足、技术落后等缺点。第二，可控硅变流器-电动机直流电力拖动系统。该系统具有磁场换向、电枢换向的可逆直流调速系统，即可通过可控硅变流电路改变直流输出电压。但是就目前来看，随着数字技术的发展，可控硅变流器-电动机直流电力拖动系统的控制多是依靠数字调节系统。这样不仅能有效提升系统的安全性、可靠性，而且也能实现拖动系统的自由调速。
2.交流拖动技术
从交流异步调动机原理来看，评价交流拖调速控制系统效率的关键标准是转差功率的消耗或回收。所以，在应用交流拖动技术时，技术人员仍继续加大这一标准的研究。对此，可采取以下措施：
首先，运用金属电阻进行调速。以往的交流矿井提升机主要是由转子串电阻加强、动力制动、绕线异步电机等部分组成的，系统的调速功能则是由金属电阻实现的，主要就是应用控制器或磁力站进行电阻切除。就目前来说，金属电阻调速在交流电动机中的应用是比较普遍的。但是其中仍存在起动、减速运行会阶梯跳跃的缺点，这不仅会浪费电能，而且还会影响到提升效率。相信随着变频技术的发展，这种技术会逐渐被淘汰。
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图1 交-直-交变频器控制结构
其次，运用交-直-交变频技术进行调速。这是一种受到业界人士广泛关注的控制模式。以交-直-交变频技术为基础的控制系统主要包括交流电机、定子变频变压、全数字调速等结构。但是由于变频器的限制，所以这种系统都是用于400kW以下的交流电机。具体结构如图1所示。从中能够看出，这种变频器主要采用的是整流-逆变的电能转换方式，可以灵活控制供电频率。另外，这种控系统更适合应用在小功率传动控制领域中。因为在大功率传统控制领域中应用这一系统需要笨重、价格昂贵的变压器，且需要更加复杂的动态均压电路。所以，以交-直-交变频技术为基础的变频器在提升机传动控制系统中的应用并不多。但是它仍是未来的研究热点。
再者，高压大功率交-直-交变频。考虑到两电平逆变器存在缺陷，所以在有关学者提出三电平逆变器电路后，研究学者将三电平逆变器应用到了高电压、大功率逆变器中。相对来说，这种逆变器的输出波形有了很大的改变。
最后，交-交变频。这种变频器主要是由晶闸管全控整流电路组成而成的交流电路，可以进行输出电压大小、方向的综合控制，从而保证变频器能输出比较稳定的交流电。现如今，这种变频器已经被广泛应用到了大功率的电力拖动系统中。相对于其它结构的变频器来说，这种交-交变频器不仅可直接变换电压频率，减少其中的损耗，而且还能提高系统的稳定性、可靠性。但是这一变频器存在容易受到电源频率影响的缺点。所以只能在有限的领域内应用这一变频器。
三、矿井提升机控制技术的应用
文章选择了以异步电动机为核心的某型号矿井提升机为例，对其控制技术进行了分析。从本质上来说，其核心控制方式是矢量控制，而矢量控制的核心就是直流电动机调速原理，且矢量变换控制系统的实现主要就是依靠电流空间矢量进行坐标变化。另外，控制技术在矿井提升机其它部分中的应用如下：
1.主控系统
该主控系统应用的是PLC控制系统，能有效提升整个系统的稳定性、可靠性。
2.变频调速控制系统
变频调速控制系统的核心部件是变频器。其中变频器控制命令主要是由控制单元下达的，可以保证矿井提升机按照已定速度进行运行。相对来说，这种控制方式非常稳定、可靠。最重要的是运用这种变频调速系统可以替代以往的多段电阻调速系统，进一步提升矿井提升机的稳定性。另外，在实际运行中，控制人员还可根据实际需求灵活调整电源频率，提高电能利用率。
3.上位机监控系统
构建上位机监控系统的主要目的就是进行矿井提升机器的检测、故障诊断。一旦发现其中存在问题，就可采取针对性的维修、保养措施，保证矿井提升机能正常运行。另外，在该监控系统中还包含着人机交互界面及其配套的软件。这样在实施检测、故障诊断中，技术人员就可通过观看计算机显示屏了解矿井提升机的工作状态。最重要的是该系统应用了RS-232接口、PLC可以实现监测、控制工作的同步进行。
4.信号控制系统
矿井提升机信号控制系统包括深度指示器、液压站等部分。这一系统可以有效收集现场设备运行产生的信息。同时，借助旋转编码器、压力变送器等设备就可以将相关信息传送到主机中。随后，主机中的PLC 主机程序就会对数据进行处理，并将最终的结果展示在显示屏上。这时只要控制人员能认真查看屏幕，就能看到矿井提升机的运行信息，并以此为基础采取针对性的解决措施。
5.安全保护系统
安全保护系统可以对PLC编码器、自动限速、传动系统故障等部件进行防护。之所以能够实现这一功能是因为安全保护系统包括硬件、软件两个部分，可实现安全电路闭锁、冗余。若是其中一条安全电路断开，那么另一条安全电路也会断开。同时，软件安全回路也会作出反应，从而实现软件、硬件动作的一致。
矿井提升机控制技术的发展
虽然控制技术有了很大的应用，但是控制技术还有很大的进步控制。对此，可从以下三个方面入手，进行矿井提升机控制技术的创新。
首先，从高精度调速入手，优化控制技术。重点研究平滑调速。因为平滑调速可保证矿井提升机的平稳启动、运行，减少容器下落问题的发生。其次，高水平的监控。因为采用高效的监控系统可以保证矿井提升机的安全运行，减少安全事故的发生。所以，在现代化背景下，技术人员应当深入研究监控系统，积极引入各种新技术。最后，自动化控制。虽然PLC技术已经被应用到了控制系统中，但是智能技术、大数据技术的应用尚不够深入。若是能高效应用这些技术，改进矿井提升机控制系统，就能有效提升该控制系统的先进性。
综上所述，矿井提升机控制技术有着非常重要的应用。在现代化背景下，技术人员应当积极引入新技术、新方法，不断提升矿井提升机控制系统的自动化、智能化程度，从而有效促进煤矿作业的顺利开展。
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论文作者:孙东
论文发表刊物:《基层建设》2019年第27期
论文发表时间:2020/1/18
标签：矿井论文; 提升机论文; 技术论文; 控制系统论文; 系统论文; 变频器论文; 拖动论文; 《基层建设》2019年第27期论文;