于 暢

（西山煤電集團有限責(zé)任公司公用事業(yè)分公司， 山西 太原 030053）

引言

煤礦提升機是煤炭提升的重要設(shè)備，提升機電控系統(tǒng)關(guān)系著煤礦提升效率和工作人員的安全，為此，諸多學(xué)者進行了相關(guān)方面的研究。梁秀春通過對煤礦提升機的電控系統(tǒng)組成部分的介紹，對其形成整體認知；通過對提升機電控系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀介紹，明確了其諸多優(yōu)勢；針對基于PLC 應(yīng)用的現(xiàn)有問題，提出了改進煤礦提升機電控系統(tǒng)運行的措施，從而為煤礦提升機電控系統(tǒng)的發(fā)展提供一個新的方向[1]；李劍峰、魏宗楠仔細分析了變頻器在煤礦主、副井提升機中的使用與改造狀況，同時進行了實際應(yīng)用，效果可觀[2-3]；宋振海簡述了PLC 技術(shù)在煤礦提升機控制系統(tǒng)中的控制原理, 結(jié)合自身的工作經(jīng)驗對PLC技術(shù)在煤礦提升機控制系統(tǒng)進行了應(yīng)用設(shè)計, 基于PLC 技術(shù)的煤礦提升機控制系統(tǒng)大大提高了煤礦的生產(chǎn)效率[4]；孫振鵬、王建軍等詳細分析了煤礦提升機設(shè)備電氣控制系統(tǒng)的技術(shù)改造，通過實踐，提高了煤礦生產(chǎn)效率及生產(chǎn)質(zhì)量[5-6]。本文在已有的研究基礎(chǔ)上，進一步闡述了提升機電控系統(tǒng)改造思路，同時對電控系統(tǒng)進行了優(yōu)化，可供后續(xù)研究參考。

1 提升機電控系統(tǒng)的改造思路

礦井提升機是煤炭提升運輸?shù)闹匾獧C械設(shè)備，提升機電控系統(tǒng)的優(yōu)劣直接影響著煤炭提升速率，目前，礦井提升系統(tǒng)多采用繼電器與接觸器和串聯(lián)電阻調(diào)試相配合的方式進行控制。

此種調(diào)試方式調(diào)控精度低、保護措施不足且較單一、提升機運行速度不易控制，現(xiàn)場工作人員只能靠經(jīng)驗依據(jù)動力制動和轉(zhuǎn)子電阻的配合才能實現(xiàn)控制，但是也很難實現(xiàn)精確控制；在電氣控制系統(tǒng)中，電器元件間如繼電器以及接觸器等元件因為電磁場的影響以及觸電接觸反應(yīng)較慢等原因，導(dǎo)致電磁慣性大，機械反應(yīng)慢，因此系統(tǒng)的精度較低，也是因為上述原因，煤礦提升機電控系統(tǒng)的改造也顯得尤為重要。

根據(jù)礦井提升系統(tǒng)的改造要求，提升系統(tǒng)的基本設(shè)備中需包括電氣系統(tǒng)智能化控制臺、高壓饋電開關(guān)柜、高壓換向電制動切換柜、可控硅動力制動電源柜、智能型可控硅加速柜以及潤滑泵站等設(shè)備，圖1 為提升機電控系統(tǒng)的硬件配置示意簡圖。

圖1 提升機電控系統(tǒng)的硬件配置

煤礦電氣系統(tǒng)的控制中心核心由PLC 電氣系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)上位機構(gòu)成，相同，其軟件也是由PLC 控制軟件和電氣系統(tǒng)上位機軟件構(gòu)成。其中，PLC 軟件的主要功能是控制提升機的啟動、停止以及加速等動作，改善提升機電控系統(tǒng)需從PLC 軟件入手。

礦井根據(jù)自身產(chǎn)煤量以及提升控制系統(tǒng)的差異設(shè)計PLC 軟件結(jié)構(gòu)，而礦井的控制系統(tǒng)并不是一個單獨的大系統(tǒng)，而是由眾多提升控制的子系統(tǒng)構(gòu)成，因此再對各個子系統(tǒng)模塊進行設(shè)計。在對模塊的設(shè)計中，礦井多采用日本三菱FX2N 系列可編程控制器，通過安全雙線設(shè)計原則，結(jié)合多種檢測模塊完成設(shè)計運算，配以提升動作、控制實踐以及控制速度等完成設(shè)計計算。

在控制系統(tǒng)控制器中，PID 算法是最為常見的，該方法適用于簡單的控制過程設(shè)計計算中，但是如果基于提升系統(tǒng)整定PID 的話，礦井提升系統(tǒng)的建立和保護就變得非常麻煩了。在礦井電氣系統(tǒng)中，提升電氣控制系統(tǒng)往往需要給予補償信號，這就使得電氣過程擾動嚴重，因此電氣系統(tǒng)的參數(shù)調(diào)整就變得異常艱難。

基于此，需進行自整定PID 依據(jù)擾動過程中負載的動態(tài)特性，礦井電氣系統(tǒng)的控制器干涉效應(yīng)的難度變化則不需要調(diào)整，此外，因為電氣系統(tǒng)沒有成熟穩(wěn)定的規(guī)則標準，所以參數(shù)的變化設(shè)置也難以確定。

模糊控制考慮了礦井電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜性和不確定性，在煤礦電氣控制中必須保證提升機運動的精度，出于對系統(tǒng)的性能以及控制器穩(wěn)定因素的考慮，只能根據(jù)采集的數(shù)據(jù)結(jié)果對礦井電氣系統(tǒng)中的模糊關(guān)系進行驗證。

2 提升機電控系統(tǒng)的改造

1）礦井提升電氣系統(tǒng)控制方法從之前的交流系統(tǒng)改為直流系統(tǒng)，以保證礦山的安全，兩組驅(qū)動馬達用于驅(qū)動提升電氣系統(tǒng)的發(fā)動機，礦井提升電氣系統(tǒng)的整流器電動提升和速度控制電路用于6 脈沖電源。礦井提升電氣系統(tǒng)的可逆閥和主電機可以工作在4 個象限中，電樞可逆回路示意圖如圖2 所示。

圖2 電樞可逆回路示意圖

2）提升機電氣控制系統(tǒng)采用智能數(shù)字化的西門子控制設(shè)備，方便實現(xiàn)對電控系統(tǒng)的智能化控制，方便工人操作，也極大地改善了工作環(huán)境，系統(tǒng)出現(xiàn)差錯的時候也能快速的排查。

3）利用兩個PLC 控制并保護提升電氣系統(tǒng)的運動，同時，將軸代碼和PLC 連接實現(xiàn)實時監(jiān)控，通過實時曲線判斷系統(tǒng)的準確性。

4）兩套安全回路分別保證電氣提升系統(tǒng)和繼電器系統(tǒng)的安全。

5）在主機顯示屏上實時顯示提升數(shù)據(jù)參數(shù)、運行狀態(tài)以及系統(tǒng)故障信息。

礦井提升機電控系統(tǒng)中的恒減速液壓站閥門的動作受到PLC 編程程序的控制，一般來說，礦井提升電氣系統(tǒng)閥門的正常電壓為9 MPa，當提升機進行減速或者剎車動作時，壓力可降為5 MPa，可能導(dǎo)致閥門無法打開以及突然制動等現(xiàn)象；蓄電器內(nèi)油壓也得不到維持；礦井提升電氣系統(tǒng)的油泵起動后開車指令未發(fā)出，偶爾會發(fā)生毫安表自動升起開閘現(xiàn)象。

液壓站是礦井提升機機電控制系統(tǒng)改造的重要組成部分，液壓站、盤形制動器、電控系統(tǒng)共同組成了液壓控制系統(tǒng)，共同起到了保障安全制動的作用，液壓站動作原理圖如圖3 所示。

圖3 液壓站動作原理圖

對于提升機電控系統(tǒng)的改造，將井下主風(fēng)扇以及副風(fēng)扇的電機全部變換為變頻電機，且選用進口SKF 軸承。因為電控系統(tǒng)的風(fēng)扇發(fā)熱嚴重，所以需要在電控系統(tǒng)的變壓器上加上通風(fēng)機來加大散熱，保護機器設(shè)備的良好性。逐漸淘汰井下電控系統(tǒng)中的零序保護器。井下電控系統(tǒng)的變頻器為了防止漏電以及外界輻射的干擾需將變頻器的系統(tǒng)接地，所以電控系統(tǒng)接地的目的主要是降低設(shè)備的噪音，防止電磁的干擾，將井下提升電控系統(tǒng)變頻器電機負荷線與控制回路的電纜分開敷設(shè)，并將井下提升電控系統(tǒng)變頻器電機負荷線加裝合適的屏蔽套管。電控系統(tǒng)變頻器的電線需安裝合適的屏蔽套管，減少外界的干擾。將電控系統(tǒng)中監(jiān)控以及上位機等設(shè)備都用屏蔽電纜敷設(shè)，且設(shè)備與變頻器的距離不應(yīng)小于9 m，同時對井下振動變頻器加屏蔽護套。