关于PLC矿井提升机电气控制系统改造探讨与研究

关于PLC矿井提升机电气控制系统改造探讨与研究

王东

华晋焦煤有限责任公司沙曲一号煤矿  山西省  033300

摘要：能源生产过程中的安全问题不可忽视。对矿井提升机原电气控制系统的改造已成为一种必然趋势，PLC技术的应用使提升机作业更加自动化、智能化。分析了矿井提升机结构及其电气控制系统，探讨了基于PLC的矿井提升机电气控制系统的优化改造。

关键词：PLC;矿井提升机;电气控制;系统改造

就目前而言，中国煤矿中使用的矿井提升机仍存在一系列弊端，尤其是其电气控制系统，对企业的经济效益和技术人员的生命安全都有着较大的影响。基于PLC对原有的电气控制系统进行优化改进，可有效提升矿井提升机运行过程中的安全稳定性，延长设备使用寿命，这对中国的可持续发展起着推动性作用。

1 矿井提升机结构及电气控制系统结构

矿井提升机是煤矿开采过程中的大型机电设备，其主要由控制部分和机械部分构成。可依据功能的差异将矿井提升机的零件分为测速系统、限速系统、制动系统、减速器等。矿井中所用的提升机多种多样，根据结构及作用原理的差异可将其大致分为两类：缠绕式和摩擦式。以缠绕式矿井提升机为研究对象，其主要由主轴、润滑、制动、自我保护、机械传动及电气控制等几部分构成。其中，主轴部分由主轴承和卷轴等组成，机械传动部分由减速器和联轴器等组成，制动系统由制动器和液压传动部分等组成。

在矿产开采作业中，矿井作为重要的通道，借助于提升机运输材料设备、工作人员，能够提升矿井作业的工作效率。然而，在矿井实际工作过程中，提升机使用频率过大，过量使用会导致其长期处于负载状态。由于长期超负荷运行，会导致矿井提升机容易发生故障，疲劳过度也容易埋下安全隐患，导致严重的安全事故发生。

2 提升机结构及对机电一体化控制系统要求

煤矿提升机械属于相对大型的机电一体化机械设备, 该设备包含机械部分和电气部分, 具体分为:电动机装置、减速器装置、制动装置以及测速限速装置。机电一体化控制系统应用于煤矿用提升设备之中需要满足下列要求:

(1) 加速及减速等均应当满足我国颁布实施的相关安全规程与标准, 同时, 要符合提升设备减速器装置规定的相应动力矩范围之中。

(2) 应当拥有较为优良的启动性能。提升设备启动基本上都是在重载工况下启动的, 同时还要求机电一体化控制系统应当拥有相对优良的过载性能。

(3) 拥有更好的速度调节性能。提升设备运行过程中, 需要确保运行速率保持稳定, 调试过程要简洁, 便于操作, 调试范围广。才能够达到各种运行工况的需求。

(4) 不同工作方式转换相对便捷。在自动、手动以及半自动等不同运行方式转变时, 要求操作便捷, 易于调控, 在运行方式转变过程中对于提升设备的正常运转不会造成影响。

(5) 为更好的达到自动化控制目标, 确保系统效率进一步提升, 要充分应用新技术新装置, 要设置连锁以及安保程序, 保证系统能够可靠且安全的运转, 并且达到节能降耗的目标。

3 矿井提升机电气控制系统存在的问题

(1) 原煤矿提升设备所采用的机电控制装置为20世纪70年代所生产的继电器装置, 该装置的逻辑控制程序较为复杂, 控制响应的周期相对较长, 无法实现实时控制。加上很多元件老化, 导致整个控制系统运行不稳定, 保护功能有所缺失。继电器设备长期、频繁的启动和停止转换, 极易发生老化, 必须定期更换继电器装置。

(2) 缺乏较强的智能性。原电控系统不能准确的诊断提升设备的故障部位, 故障排查存在困难, 导致维修检查工作无法有效开展, 修改过程需要消耗较长时间, 维修效率偏低。

(3) 不符合煤矿现代化管理要求。原煤矿机电控制系统没有通信装置, 没有通信功能, 无法将现场的实际情况实时传输至调度室, 使提升设备管理工作滞后, 严重影响了煤矿生产效率进一步提升。

(4) 对于不同阶段提升设备的运行参数设计速率无法调节。

(5) 原机电控制系统的很多部件目前市场中很难配备, 如果出现故障, 对煤矿正常生产造成较大影响。

4 矿井提升机电气控制系统改造措施

4.1 贮备设计技术改造措施

在矿井提升机电气控制系统改造过程中，通过对贮备设计技术的改造升级，有利于全面提高矿井提升机电气控制系统的性能。

具体实施过程中，需要在矿井提升机电气控制系统中增设贮备单元，达到的效果是一旦原有的电气控制系统有个别工作单元实效，则通过增设的外部单元，具有和工作单元相同功能，可以实现检测，并暂时替代其进行工作，避免故障发生对矿井运输作业带来的干扰，有效的提高了矿井提升运输的工作效率，维护了矿采开展工作的整体效能。

4.2 深度指示器的改造措施

以往矿井提升机机械式深度指示器使用过程中较为笨重，难免会出现测量误差。而新形势的深度指示器为数字式指示器、电子式指示器，具有较高的自动化性能，能够对相关信号进行实时的采集、效验、计算与显示，能够辅助主控PLC系统完成对整体电气控制的监控和保护。其中，电子式指示器可以将矿井提升机运行状态实时的展示出来，还能够对矿井提升机运行状态图进行模拟绘制，提升了电气控制的可视化能力，能够为相关人员使用提供帮助，且具有较好的静态、动态特性。另外，全数控晶闸管利用人工、计算机结合的方式，对电流调节器、速度调节器的参数进行优化处理，实现对矿井提升机速度的有效控制，还能够有效的保护磁场圈路，具有多方面优势，包括可以提供更加丰富灵活的指令，具有很强的信号处理能力，能够对相关事件做出快速的处理和反应，对矿井内信号进行同步校正工作，促进地面和井下的实时沟通和监控。

4.3 变频控制方式改造

对于目前国内很多小型矿井中提升机运行效果来说，对其变频控制方式进行改造，是提升矿井提升机运行效率和稳定性的关键所在。如今，大多数矿井提升机电气控制系统中变频器都是利用交流——直流——交流回路拓扑结构。具体来说，是利用整流器将工频交流电电源直接转换为直流电源，之后通过相应的转换技术，将其变为电压、频率可调控的交流电源。通过这种变频控制技术，变频器电路主要包括三个部分，即三相桥式不可控整流器、逆变及控制部分、三相桥式逆变器作为直流环节。这种电路控制形式具有电路简单的特点，能够减少接触器、电阻器等元件消耗量，还能够促进电路故障发生机率减少，能够提升整体的节能效果。在矿井提升机电气控制系统改造过程中，运用变频器技术，是未来提升机电气控制系统改造的重要方向之一，随着科学技术的发展，越来越多先进的变频控制技术会运用到提升机电气控制系统中，为矿井提升机工作效率、运行安全和问题提供保证。

4.4 交流提升机加速改造措施

SCR功率相对较大，具有重量轻、体积小、使用寿命长、效率高等优势，同时操作较为简单，利于维护，因此也具有较为广阔的应用范围。在八段电阻元件接触器装置当中，有八组可控硅装置，其中一组接通知后，则系统就会自动断开。在具体操作中能够给予相关人员提示，保证操作的精致女性。提升机设备加速中，事先设置好的程序进行调控，并发出相应的指令，将八段电阻成功提出，事先设备提速效果；而设备减速时，则利用相应程序，将对应电阻接入其中，即可以实现设备减速的效果。

结束语

通过上述分析可知，矿井提升机作为井下人员求生通道，是地面和井下实施有效沟通的渠道，也是作业人员、材料上下矿井的重要途径。电气控制系统在矿井提升机中的有效应用，能够提高提升机运行安全稳定性，减少提升机出现故障的几率，还能够节约相关的人力资源，节约成本。通过有效的技术改造工作，还能够消除原有电气控制系统中存在的相关隐患，为矿工人身安全提供保障，保证矿井安全生产顺利开展。

参考文献

[1]马腾蛟.矿井提升机电气自动化控制系统优化改造与应用[J].机械管理开发.2019,15(8):102-103.

[2]石凯强.矿井提升机电气控制系统应用及优化[J].中国化工贸易.2019,24(8):32-35.