【摘要】在煤礦和有色金屬礦等生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)用到很多的機(jī)械設(shè)備，其中的重要設(shè)備就是礦井提升機(jī)，我們要求它能做到安全性，可靠性，高效性的運(yùn)行。從而保證礦井工作環(huán)境的安全可靠。所以我們研制了礦井提升系統(tǒng)，它要求能夠在控制系統(tǒng)的環(huán)節(jié)多，控制過(guò)程非常復(fù)雜的環(huán)境下，能高速平穩(wěn)的運(yùn)行。我們的礦井提升機(jī)質(zhì)量大導(dǎo)致其慣性很大、運(yùn)行性能復(fù)雜等特點(diǎn)，并且?guī)缀醵际窃诠ぷ鳡顩r很差的條件下進(jìn)行的多樣化。電氣控制方式的控制比較精確，它能使提升機(jī)實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、安全的運(yùn)行，可靠的起動(dòng)與制動(dòng)運(yùn)行，這樣不僅使機(jī)械磨損大大減輕了，而且大大減少了礦難的發(fā)生?，F(xiàn)在礦井的全自動(dòng)化的控制，對(duì)生產(chǎn)礦井提升系統(tǒng)的要求更加的高了，比如設(shè)備的提升能力是系統(tǒng)中的關(guān)鍵部位，要求極高。同樣在電氣傳動(dòng)方式方面的要求也提高了。調(diào)速性能要好，調(diào)速精度要高，能在四象限穩(wěn)定運(yùn)行，正、反轉(zhuǎn)切換要快，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度要快，制動(dòng)和定位功能要非常準(zhǔn)確等等是電氣傳動(dòng)系統(tǒng)在礦井提升機(jī)系統(tǒng)中的要求。

【關(guān)鍵詞】提升機(jī)；PLC控制技術(shù)；改造；變頻調(diào)速

一、電氣控制系統(tǒng)在提升機(jī)系統(tǒng)中的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著微計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，礦井提升機(jī)的工作要求使它己逐步應(yīng)用于礦井提升機(jī)中，其應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）提升工藝過(guò)程控制

（2）提升行程控制

位置控制是提升機(jī)的控制的本質(zhì)，在工作中的預(yù)定地點(diǎn)要保證提升容器準(zhǔn)確停車(chē)，不能出現(xiàn)誤差要求準(zhǔn)確度很高。利用微計(jì)算機(jī)控制結(jié)合傳感器控制信號(hào)。傳感器將接收到的信號(hào)進(jìn)行精確感知，進(jìn)行處理，據(jù)此來(lái)確定出系統(tǒng)的準(zhǔn)確的位置，進(jìn)而施以控制和保護(hù)。

（3）提升過(guò)程監(jiān)視

安全可靠性是第一位的，所以提升過(guò)程監(jiān)視與安全回路一樣，是現(xiàn)代提升機(jī)控制的重要環(huán)節(jié)，是安全可靠的保障。

（4）安全回路

作為礦井保護(hù)的最后環(huán)節(jié)之一安全回路環(huán)節(jié)極為重要，準(zhǔn)確地實(shí)施安全制動(dòng)，使安全回路具有完善的故障監(jiān)視功能，這樣在安全回路本身故障時(shí)，在提升機(jī)本身故障時(shí)都可以檢測(cè)到來(lái)避免危險(xiǎn)的發(fā)生。

（5）系統(tǒng)調(diào)速控制實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化

二、本文研究的任務(wù)

本課題主要的研究是控制策略的研究，而礦山生產(chǎn)中研究就是要通過(guò)電液控實(shí)時(shí)地、準(zhǔn)確地使的關(guān)鍵設(shè)備是提升機(jī)，大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是提升機(jī)的控制系統(tǒng)，因?yàn)閺?qiáng)大的慣性力使這樣的系統(tǒng)很難并應(yīng)用于礦山實(shí)際生產(chǎn)中使在規(guī)定的要求的速度運(yùn)行，長(zhǎng)期這樣將會(huì)縮短機(jī)器的使用壽命，嚴(yán)重的將產(chǎn)生脫軌等惡性事故。本文可編程控制器（PLC）與變頻器相結(jié)合主要解決系統(tǒng)控制策略，使提升機(jī)按給定的速度來(lái)運(yùn)行，滿足提升機(jī)運(yùn)行的要求使控制系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。簡(jiǎn)化了控制線路來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的大型交流接觸器是本文的目標(biāo)，考慮到采用提升機(jī)電控系統(tǒng)保護(hù)系統(tǒng)惡劣的使用環(huán)境，采用控制功能強(qiáng)大的PLC，并應(yīng)用中斷模塊及各種現(xiàn)場(chǎng)抗干擾措施。

三、調(diào)速控制系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)

良好的控制性能為了選擇不同的提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)能夠取得，應(yīng)根據(jù)具體要求不同類(lèi)型的負(fù)載的控制方案，使用性能的關(guān)鍵所在是控制方式來(lái)決定提升機(jī)。所以常用的控制方式主要有：轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速、在以達(dá)到經(jīng)濟(jì)、實(shí)用為準(zhǔn)選用調(diào)速控制系統(tǒng)時(shí)結(jié)合礦井的生產(chǎn)規(guī)模要按負(fù)載的特性要求模糊控制等。

（1）轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速

在速度提升的過(guò)程中，交流接觸器依次逐步閉合，使得轉(zhuǎn)子回路中的電阻逐步減小，從而保證了加速力矩的平均值不變。本文采用動(dòng)力制動(dòng)方案解決了減速時(shí)的負(fù)力問(wèn)題，電動(dòng)機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)，此時(shí)定子側(cè)的高壓電源被切除，加上直流電壓，或在定子側(cè)加上低頻電源。這種拖動(dòng)方案系統(tǒng)的缺陷是開(kāi)環(huán)控制而且有級(jí)調(diào)速，很難準(zhǔn)確地控制加速度，導(dǎo)致調(diào)速精度低；本系統(tǒng)采用觸點(diǎn)控制，使用的開(kāi)關(guān)數(shù)量多，而且開(kāi)關(guān)的容量也極大導(dǎo)致了系統(tǒng)維護(hù)工作量大，得不到高的可靠性；本系統(tǒng)低速時(shí)大部分功率都消耗在電阻上使得運(yùn)行效率低；電機(jī)的機(jī)械特性偏軟。雖然這種調(diào)速方案存在諸多不足，但簡(jiǎn)單的控制方式、小的初期設(shè)備投資，使許多中小礦井的提升機(jī)仍采用這種調(diào)速方案。

（2）模糊控制調(diào)速系統(tǒng)

模糊控制的基本思想是通過(guò)模糊作用集，把人類(lèi)專(zhuān)家作用于控制策略總結(jié)成被控對(duì)象或過(guò)程控制，表達(dá)式的對(duì)特定形式表示的被控對(duì)象推理處理或過(guò)程得到控制一系列條件語(yǔ)句以IF（條件）THEN（作用）控制規(guī)則作用集為一組，如模糊語(yǔ)言集“正大”、“負(fù)大”、“高”、“低”、狀態(tài)條件和控制作用均為一組被量化了的。

（3）礦用提升機(jī)系統(tǒng)的模糊控制原理圖

在采用二維的輸入變量對(duì)提升機(jī)的控制中，即使用轉(zhuǎn)速誤差。實(shí)現(xiàn)的誤差的變化率的模糊控制系統(tǒng)的原理框圖如下圖所示：

PLC通過(guò)采樣獲取被控量的值與從變頻器反饋給提升機(jī)的信號(hào)通過(guò)旋轉(zhuǎn)編碼器檢測(cè)完畢后送到輸入端比較后再作為輸入，分成了兩部分誤差信號(hào)e和誤差變化率de/dt，兩者被模糊化后分別輸出模糊量E、Ec，模糊量E、Ec同時(shí)進(jìn)入模糊推理階段，經(jīng)過(guò)推理后得到了模糊推制量U，模糊推制量U再經(jīng)過(guò)解模糊得到控制信號(hào)u，控制信號(hào)u送入變頻器來(lái)控制它的運(yùn)行。這種閉環(huán)控制的信息簡(jiǎn)單，使這種控制方式尤為適合非線性系統(tǒng)控制。

本文的設(shè)計(jì)是在考察了煤礦生產(chǎn)的實(shí)際情況下進(jìn)行的，根據(jù)研究分析其工作過(guò)程及特點(diǎn)，并給出提升機(jī)機(jī)械調(diào)速和交流調(diào)速的調(diào)速性能傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖，使提升機(jī)的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)做比較，這些工作對(duì)確定工作原理更加清晰。傳電控系統(tǒng)采用什么控制方案更加合理，采用交流還是的幾種高精控制系統(tǒng)進(jìn)行直流調(diào)速，到底哪種調(diào)速方法調(diào)速性能更好。針對(duì)這種種疑問(wèn)，文中分別對(duì)統(tǒng)提升機(jī)電控系統(tǒng)急需改進(jìn)。改進(jìn)后的提升機(jī)直流進(jìn)行分析，并就目前存在分析，并與目前技術(shù)已經(jīng)成熟的提升機(jī)提升機(jī)控制方案提供了很大幫助。

四、總結(jié)

本文所作的主要研究工作是圍繞提升機(jī)調(diào)速性能差、高的故障率、超高的能耗等問(wèn)題展開(kāi)的。利用變頻調(diào)速技術(shù)，并將可編程控制器（PLC）強(qiáng)大的控制功能與變頻技術(shù)相結(jié)合。在本文中主要探討了極為重要的提升機(jī)速度控制理論與實(shí)現(xiàn)PLC所要完成的保護(hù)控制功能。雖然經(jīng)過(guò)以上的設(shè)計(jì)和研究本調(diào)速控制系統(tǒng)能用于礦山的實(shí)際生產(chǎn)，但同類(lèi)先進(jìn)產(chǎn)品還有一定的差距在功能上及控制的精度上，在后續(xù)工作中還需要進(jìn)一步完善。

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作者簡(jiǎn)介

楊榮秀，女，山東濟(jì)寧人，青島科技大學(xué)工程碩士 研究方向：控制工程。