Coal Mining Technology
矿井提升机电控系统的设计与改造分析
胡书华 邱宜天
（江苏省徐州市中矿大传动与自动化有限公司，221000）
【摘 要】煤矿开采中的一个重要设备便是矿井提升机，其安全性和可靠性既关系着矿井的正常生产，也关系着矿井人员的安全问题，矿井提升机的性能特别是其电控系统对矿井的安全运行有着很大的影响。因此矿井提升机电控系统的性能已成为工程技术人员必须重点研究的课题。本研究从矿井提升机电控系统基本概述出发，论述了矿井提升机电控系统的选择方案，并分析探讨了基于PLC的矿井提升机电控系统改造问题。
【关键词】矿井提升机；电控系统；设计；改造
中图分类号：TD821 文献标识码：A 文章编号：1006-8465（2015）12-0404-01
矿井提升机是矿井井下和地面的唯一输送通道，它是属于往复
运动的大型生产机械，承担着煤炭、物料、设备、人员等的输送，
其具有很高的载荷力和自身惯性，不仅运行速度快，调速范围也广。提升机的运行状况与矿井的正常生产有着密切的关系，它不仅影响
设备的安全，对矿工的人身安全也会产生一定的影响。随着对矿井
提升机安全性和生产工艺的提高，电气控制系统作为其一个重要的
组成部分，对它的研究已成为各国电气传动界和机械制造界的热门
课题。
1 矿井提升机电控系统基本概述 矿井电控系统主要由主控制系统、监视系统、信号系统、调速系统、行程控制系统、制动系统、安全回路等几部分组成。传统的老式矿井系统存在着很多问题，主要表现在以下几个方面：一是智能性差，无法明确故障的准确位置，通常需要大量维修工人采取一一排查方式来清除故障，效率很是低下；二是存在安全隐患，老式提升机电控系统采用的模拟控制系统实时性差、响应周期长、逻辑复杂，对需要快速响应的电控系统适应性差，在提升机频繁的动作中，继电器触点很容易老化，需要不断定期更换继电器；三是无法
满足现代化矿井的管理要求，老式的矿井提升机无通信功能，难以
把通信情况实时详细地传达给调度室或其它生产管理部门，不利于
管理和生产效率的提高[1]
。针对以上这些问题，为此对矿井提升机
电控系统进行新的设计与改造已成为必然趋势。
2 矿井提升机电控系统的选择方案
要想选择好矿井提升机的电控系统方案，就要考虑两个因素：
一是提升机工作的条件，这是最为重要的因素；二是了解并掌握我
国目前的提升机电控方案技术，以扬长避短。由此可得出两种可供
选择的方案：一种是通过交流电供电，改变其频率，调整其速度，
以满足提升机的工作要求，由于此方案中调整速度的交流力矩很大，所以它一般适用于大功率的情况，但有运行不稳的一个明显缺点；
另一种是通过直流电供电，只调整速度来满足提升机的工作要求，
该方案一般适用于1000kW以下的电机功率。这两种方案虽然在维护
电机方面所耗费的资源相差无几，但在当前的现有技术下，第二种
方案对速度的调整更加稳定，技术更加成熟，相对而言也更加安全，因此现在普遍采用由直流电供电，来调整速度的方案[2]
。
随着技术的不断更新，对提升机电控系统要求的提高，微机控
制系统也逐渐发展起来，大大提高了电控系统的技术含量。其主要
分为两部分：(1)上位机控制，具有完备的自我诊断和智能监控技术，是采用计算机来实现对提升机各项情况的智能控制，实现对矿井作
业的远程监督和控制。（2）下位机控制，即PLC，是一种有效的信
号采集方式，可具体显示提升机运作时的各种数据参数，使操作者
可及时全面掌握提升机的运行状况，其在矿井中的应用对节约人力
投入具有积极的作用。实现电机和运行频率之间的协调操作，可利
用PLC的逻辑编程特点，对变频器实施编程，具体为：电机转速过
低时，通过事先的编程来实现变频器频率的升高，以满足机械平稳
高效的运作要求；电机转速过快时，要使机器平稳运行就应降低频
率。由于PLC在投入实际运行时会受到许多不定因素的影响，这时
它就要同时兼顾故障检测功能，在故障发生时控制变频器自动切断
操作，以避免损伤机械[3]
。
3 矿井提升机电控系统的改造分析
早前在我国的提升机设备中普遍采用TKD系统，存在着可靠性
差、故障显示不直观、排除难度大等问题，此外，调节控制环节由
于采用磁放大器，导致线性度和稳定性都较差，对调速精度产生了
︱404︱华东科技
一定影响。而利用可编程逻辑控制器（PLC）对提升机电控系统进行改造可较好地解决这些问题[4]
。其具体改造方案为：保留原TKD系统中传感器元件，在控制系统和操作台、传感器等器件间加设信号
切换器，联结PLC控制系统，这样改造后，将TKD系统原有的继电器设备作为备用，以防PLC系统出现意外故障不能正常工作，构成两套相互的可通过切换口进行切换的电控系统，系统组成框图如图1所示。实行该改造后，不仅保留了继电器所有的功能显示，还可将许多单个信号及接点的显示增加到PLC系统中，这样PLC在正常或故障运行时都有相应的指示或报警，相比原先纯继电器控制
的情况下更能确保矿井提升机的安全和稳定运行。 图1 系统组成框图 为了提高主令控制器的可靠性，在改造中，应采用具有密封结构、无摩擦、寿命长、可靠性高、光电耦合、不需维修的光电编码器来代替原有主令控制器，以配合机械结构实现无触点分级给定。而为了提高系统可靠性、降低故障率，PLC软件的设计应以实现行程计算和保护、安全回路控制、逻辑运算控制、PID运算、速度运算和监控为目的。 由于矿山现场特殊的环境，虽然PLC本身就有良好的抗干扰能力和电磁兼容性，但为了进一步确保可靠性，应将滤波和隔离措施
应用到PLC电源中，将继电器隔离应用到长距离输入输出点中。另外，还应采用高分辨率脉冲编码器来代替测速发电机，以通过程序处理提高测速的精度和反馈性能。 大量实践研究已证明将PLC应用到矿井提升机电控系统中，实现对提升机运行状态的实时监控，不仅可有效提高矿井生产的经济
效益，对推动煤矿企业的现代化，提升其管理水平也具有重要的意义。因此未来发展中，我国应加强对基于PLC的矿井提升机电控系统的研究和推广，不断促进其向自动化和数字化控制方向的发展。 4 结束语
矿井提升机是矿井正常生产的一个重要环节，其具有的特殊性对安全方面有着更高的要求。利用PLC对其电控系统进行技术改造将大大提高其可靠性和稳定性，不仅有利于降低故障率，其日常的维护操作也更加简便快捷，为矿井的安全生产提供了重要保障，对经济效益的提高产生了积极的促进作用。 参考文献： [1]韩国庆.矿井提升机电控系统改造的综合分析[J].中国煤炭,2012 (07). [2]刘永亮,时永玲,孔宪勇.矿井提升机电控系统的现状与发展趋势[J].科技传播,2012(17). [3]刘辉,倪文婧.大型矿井提升机电控系统设计研究[J].煤炭科学技术,2013(07). [4]王建庆.基于PLC的矿井提升机电控系统分析[J].科技视界,2015(07).