陳春林

【摘 要】直流提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是對(duì)提升機(jī)實(shí)施電力拖動(dòng)控制的具體執(zhí)行系統(tǒng)，它接收來(lái)自PI，C控制系統(tǒng)的操作指令和速度參考信號(hào)，并根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的各種運(yùn)行指標(biāo)，通過(guò)速度和電流雙閉環(huán)PI調(diào)節(jié)控制，最后產(chǎn)生整流器中可控硅的觸發(fā)信號(hào)，使整流器輸出直流電壓，從而達(dá)到控制提升機(jī)拖動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。本文主要探討煤礦主井直流提升機(jī)自動(dòng)化控制與信息化管理。

【關(guān)鍵詞】煤礦；直流提升機(jī)；自動(dòng)化控制；信息化

礦井提升機(jī)主要承擔(dān)礦物的提升、人員的上下和材料的運(yùn)送等任務(wù)，它應(yīng)能按照預(yù)定的力圖和速度圖，在四象限實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)啟動(dòng)、等速運(yùn)行、減速運(yùn)行、爬行和停車，而且在運(yùn)行過(guò)程中要有極高的可靠性[1]。原系統(tǒng)已經(jīng)嚴(yán)重地制約了礦山的生產(chǎn)安全，急切需要制造出一種安全可靠，性能優(yōu)良且又節(jié)電的新型驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 由于存在著以上不足， 使得繼電器-接觸器電控系統(tǒng)提升機(jī)隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而不斷的處于被淘汰的位置。

1.煤礦主井直流提升機(jī)的自動(dòng)化控制

1.1主回路

主回路由高壓配電系統(tǒng)、整流變壓器、可控硅整流裝置、快開、電抗器等構(gòu)成，采用電樞電流換向（電樞可逆），磁場(chǎng)電流單向的方式；也可采用電樞電梳單向。磁場(chǎng)電流換向的方式。為減少電網(wǎng)的無(wú)功沖擊和高次諧波的干擾，電樞回路配置成串聯(lián)12脈動(dòng)順控。

1.2全數(shù)字調(diào)節(jié)部分

全數(shù)字調(diào)節(jié)部分以高性能單片機(jī)為核心，主要功能有：

（1）完成提升機(jī)速度和電流雙閉環(huán)調(diào)節(jié)，如：①預(yù)設(shè)速度基準(zhǔn)值；②限制加、減速過(guò)程的沖擊；⑧速度自動(dòng)調(diào)節(jié)；④電樞電流自動(dòng)調(diào)節(jié)；⑤磁場(chǎng)電流自動(dòng)調(diào)節(jié)；⑥預(yù)設(shè)電流限制值。

（2）實(shí)現(xiàn)電樞回路和磁場(chǎng)回路的各種故障保護(hù)，如：①磁場(chǎng)變壓器超溫；②磁場(chǎng)整流橋快熔熔斷；③磁場(chǎng)過(guò)電流；④磁場(chǎng)回路對(duì)地漏電；？⑤磁場(chǎng)可控硅交流阻尼熔絲斷；⑥磁場(chǎng)可控硅過(guò)熱；⑦電樞變壓器超溫；⑧電樞整流橋快熔熔斷；⑨電樞過(guò)電流；⑩電樞回路對(duì)地漏電；⑩電樞可控硅交流阻尼熔絲斷；⑩電樞可控硅過(guò)熱[2]。

1.3多PLC冗余控制部分

多PLC冗余控制部分用來(lái)完成提升機(jī)系統(tǒng)操作保護(hù)、行程監(jiān)控和裝、卸載控制等功能。（1）操作保護(hù)部分采用一臺(tái)PLC，其主要功能是執(zhí)行操作程序，并實(shí)現(xiàn)各種故障保護(hù)及閉鎖。來(lái)自系統(tǒng)各部分的保護(hù)信號(hào)直接引入到PLC中，PLC將其處理后分為立即施閘、井口施閘、電氣制動(dòng)和報(bào)警四類，送監(jiān)視器顯示故障類型并控制聲光報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警并施閘。系統(tǒng)的安全回路有兩套，一套由PLC構(gòu)成，另一套為繼電器直動(dòng)回路。（2）行程監(jiān)控部分由一臺(tái)PLC、兩個(gè)軸編碼器（一個(gè)裝在傳動(dòng)控制器上，另一個(gè)裝在導(dǎo)向輪上）和井筒開關(guān)構(gòu)成，兩臺(tái)軸編碼器將提升機(jī)鋼絲繩在線速度和行程位置轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)送人PLC，經(jīng)PLC中的軟件計(jì)算后處理成罐籠在井筒中的位置和在線速度，送到操作臺(tái)監(jiān)視器顯示。這種以軟件處理為主的行程跟蹤方法在靈活性、可靠性及精度等方面都很高，只要選擇分辨率較高的軸編碼器，就可保證定位精度<2cm，因打滑及鋼絲繩伸長(zhǎng)等行程誤差可通過(guò)井筒開關(guān)加以校正。此外，PLC還將部分操作信號(hào)、軸編碼器信號(hào)、部分保護(hù)信號(hào)以及設(shè)定的一些行程參數(shù)結(jié)合起來(lái)進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理，自動(dòng)產(chǎn)生提升機(jī)所需的速度給定信號(hào)。（3）PLC控制的裝、卸載系統(tǒng)由提升機(jī)車房PLC監(jiān)控站、井口PLC卸載控制站和井底PLC裝載控制站三部分構(gòu)成，各部分PLC之間的信息傳輸采用RS485數(shù)據(jù)通訊與I/O傳輸并用的方式。I/O傳輸用于閉鎖、控制、保護(hù)、信號(hào)的信息傳輸。RS485數(shù)據(jù)通訊只用于模擬信號(hào)、狀態(tài)、故障信息的傳輸，不參與閉鎖、控制、保護(hù)、信號(hào)的傳輸。這樣，一旦通訊發(fā)生故障，也不影響井筒信號(hào)及裝卸載控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行[3]。

1.4操作臺(tái)和監(jiān)視器

操作臺(tái)由左操作臺(tái)、右操作臺(tái)和指示臺(tái)三部分構(gòu)成。左操作臺(tái)上有制動(dòng)手柄、高壓送電按鈕、磁場(chǎng)送電按鈕、快開控制按鈕、安全復(fù)位按鈕、緊停按鈕、燈試驗(yàn)按鈕、閘試驗(yàn)按鈕、過(guò)卷旁通按鈕等；右操作臺(tái)上有主令操作手柄、工作方式選擇開關(guān)、控制方式選擇開關(guān)和信號(hào)聯(lián)絡(luò)按鈕等；指示臺(tái)左側(cè)為監(jiān)視器，指示臺(tái)上有深度指示器（發(fā)光管柱狀圖）、重要操作信號(hào)和故障信號(hào)指示燈以及運(yùn)行參數(shù)（如：閘壓、電樞電流、磁場(chǎng)電流、速度等）顯示儀表。監(jiān)視器可實(shí)現(xiàn)人—機(jī)對(duì)話，它可顯示主回路、低壓配電回路、提升系統(tǒng)、液壓制動(dòng)系統(tǒng)、裝卸載系統(tǒng)和故障信息等畫面。

操作控制系統(tǒng)采用西門子PLC 組成，具有以下特點(diǎn)：①檢修、驗(yàn)繩、手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)等操作方式；②根據(jù)提升種類進(jìn)行最高速度限制；③提升機(jī)工藝控制下必要的閉鎖；④ 安全回路由 PLC 控制軟件與外部硬件實(shí)現(xiàn)2 套冗余，當(dāng) PLC 故障時(shí)，提升機(jī)能低速運(yùn)行（應(yīng)急開車）；⑤安全制動(dòng)過(guò)程實(shí)現(xiàn)恒減速控制，使安全制動(dòng)過(guò)程中的減速度不受提升、下放、載荷大小影響，在給定范圍內(nèi)保持恒定， 并且不超過(guò)防滑極限減速度，確保提升機(jī)安全運(yùn)行（當(dāng)選恒減速液壓系統(tǒng)時(shí)具有的功能）；⑥具有提升機(jī)位置閉環(huán)控制功能，準(zhǔn)確停車；⑦具有完善的保護(hù)功能，如：超速、過(guò)卷、鋼絲繩滑動(dòng)、閘瓦磨損、彈簧疲勞、過(guò)流、過(guò)壓、變流裝置故障等保護(hù)，對(duì)于重要的保護(hù)，一般都設(shè)有兩到三重，確保提升機(jī)的安全運(yùn)行。

2.煤礦主井直流提升機(jī)的信息化管理

關(guān)于軟件設(shè)計(jì)，即選擇控制規(guī)律和控制參數(shù)，與模擬連續(xù)系統(tǒng)綜合校正方法的步驟基本相似。在對(duì)連續(xù)系統(tǒng)進(jìn)行綜合時(shí)，設(shè)計(jì)者根據(jù)對(duì)控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能提出的要求，在時(shí)域中即是對(duì)動(dòng)態(tài)誤差（或誤差系數(shù)）、階躍響應(yīng)的調(diào)節(jié)時(shí)間、超調(diào)量和振蕩次數(shù)等的要求，在已知不可變部分的情況下，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的校正，使系統(tǒng)的實(shí)際性能指標(biāo)達(dá)到預(yù)期的要求。對(duì)于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，模擬校正裝置由數(shù)字計(jì)算機(jī)代替，模擬校正裝置擔(dān)負(fù)的計(jì)算和控制任務(wù)將由計(jì)算機(jī)來(lái)完成。因此，選擇校正裝置的結(jié)構(gòu)和參數(shù)的工作就轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)計(jì)由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的控制算法和控制程序。在用模擬調(diào)節(jié)器對(duì)直流提升機(jī)進(jìn)行控制時(shí)，各項(xiàng)控制是同時(shí)進(jìn)行的。在用數(shù)字計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)上述控制時(shí)，由于計(jì)算機(jī)在任一時(shí)刻只能做一項(xiàng)工作，所以各項(xiàng)控制是分時(shí)進(jìn)行的[4]。為了盡量減少啟動(dòng)、制動(dòng)過(guò)程中的機(jī)械沖擊及提升機(jī)控制精度，速度給定信號(hào)的加速、減速段為“S”形曲線，減速段行程通過(guò)PLC實(shí)際運(yùn)算來(lái)調(diào)節(jié)減速度以保證其為一固定值，從而保證了停車點(diǎn)不變和停車點(diǎn)的精度。

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)混合系統(tǒng)，既可以在一定的條件下近似看成一個(gè)模擬系統(tǒng)，用模擬系統(tǒng)的分析方法進(jìn)行分析和綜合，再將設(shè)計(jì)結(jié)果離散化，轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字計(jì)算機(jī)的控制算法，也可以把系統(tǒng)經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)淖儞Q，變?yōu)榧兇獾碾x散系統(tǒng)，用z變換等工具進(jìn)行分析和綜合，直接設(shè)計(jì)出控制算法。全數(shù)字直流提升機(jī)電控系統(tǒng)既可用于新裝系統(tǒng)使用，也可用于老系統(tǒng)改造的配套使用，如單繩、雙繩，直井、斜井等各種工作場(chǎng)地。從應(yīng)用運(yùn)行的情況來(lái)看， 提高了礦井提升機(jī)運(yùn)行的安全可靠性，而且操作簡(jiǎn)單。利用了機(jī)內(nèi)計(jì)算機(jī)、PLC 接口可以方便地實(shí)現(xiàn)各種控制、監(jiān)控功能，大大提高提升機(jī)運(yùn)行的自動(dòng)化程度。

3.結(jié)論

全數(shù)字直流提升機(jī)電控系統(tǒng)充分考慮了提升機(jī)實(shí)際運(yùn)行中的各種要求，采用各種措施保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行，又因?yàn)樗哂袀鹘y(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)所無(wú)可比擬的調(diào)速和控制性能，其取代傳統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)將成為必然趨勢(shì)。

【參考文獻(xiàn)】

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