浅谈竖井提升机控制系统的设计与发展

甘雪琼

（广西壮族自治区工业建筑设计研究院，广西 南宁 530031）

在竖井类型的矿产挖掘过程中，挖掘人员和设备等需要用竖井提升机进入井下，挖掘出矿物后，矿物、设备和下井的人员也需要用竖井提升机运输到井上。所以，竖井提升机是连接井上和井下的重要工具，对生产效率、经济利益以及挖掘人员的生命安全有重要影响。传统的竖井提升机采用转子回路串电阻分段控制交流绕线式异步电动机继电器接触器系统，设备陈旧、技术落后，这种控制系统存在可靠性差、操作复杂、故障率高、电能浪费大、效率低等缺点，基于提升机控制系统存在的问题及竖井提升机如此重要的影响，所以研究它的设计改造和发展尤为重要，如何使竖井提升机可靠安全运行，操作方便，节能效果明显。本文就竖井提升机控制系统的设计改造和发展进行详细探讨。

一、应用可编程序控制器进行设计改造

可编程序控制器可以通过数字、模拟式输入或输出来控制各种类型的机械。应用可编程序控制器来对竖井提升机控制系统进行改造，从技术性和可靠性来说都是可行的，可编程序控制器具有以下优点：

（一）可编程序控制器编程简单

可编程序控制器不需要采用计算机，而是采用简单的梯形图、逻辑图等编程语言，系统开发周期比较短，现场调试也比较容易。此外，可编程序控制器在线修改程序比较方便，可以在不拆动硬件的基础上改变控制方案。

（二）可编程序控制器配套齐全，适用性强

可编程序控制器具有标准化、系列化、模块化等优点，配套的各种硬件装置可供用户使用，这样用户就可以灵活方便地进行系统配置，组成适合自己使用的不同功能、规模的系统，适用性强，用户用起来也方便。

（三）可编程序控制器功能强，性价比比较高

可编程序控制器中有千百个供用户选择的编程元件，即使非常复杂的功能也能轻松控制。它还可以通过联网实现分散控制、集中管理的功能，性价比比较高。

（四）可编程序控制器抗干扰能力强

传统继电器的控制系统使用了很多时间继电器等，容易出现触点接触不良的后果，进而导致故障。可编程序控制器用软件替代了时间继电器，这样就避免触点接触不良导致的故障。

（五）可编程序控制器维修方便

可编程序控制器不仅故障发生率比较低，而且有很好的自我诊断的功能，在发生故障的时候，工作人员可以根据发光二极管或者编程器提供的信息找出故障的原因，这样用更换模块的方法能更快地排除故障。

二、应用变频器进行设计改造

目前国内大多数企业中的竖井提升机多采用交流绕线式的电机串电阻调速系统，然后用继电器-交流接触器来控制。这种控制因为接触器动作频繁，会导致交流接触器的主触头老化，容易引起设备故障。同时，这种设备在提升机的减速和爬行段的速度控制性能较差，容易出现停车位置不准确的缺点。

由于交流绕线式的电机串电阻调速系统存在电流冲击大、能耗高、振动大、安全性差以及磨损大和设备维护量大的缺点。所以，随着科技的日益进步，变频器系统更多的被应用在竖井提升机上。相对老的控制系统而言，应用变频器的竖井提升机控制系统具有以下优点：

（一）采用变频器的控制系统更安全

变频器专门用于起重提升控制中，解决了起动力矩和开闸的顺序控制问题，如果电机的起动力矩不足，就不能打开制动闸瓦，这样就比原有的旧的控制系统更安全，使用起来更放心。

（二）采用变频器的控制系统更节能

在原有的绕线式电机转子串电阻的调速中，所用的电阻会消耗大量的转差功率，这样的速度越低，消耗的转差功率就越大。而变频器的调速是一种不会耗能的高效调速方式。竖井提升机大部分时间都处在电动状态，经过测算后发现利用变频器节能效果非常显著，大约可以节约25%以上。同时运行的时间越长，节约的电能就越多。这样，就能有效降低工作中的运行成本，对提高经济效益有很大的帮助。

（三）采用变频器的控制系统更易操作

工作人员在使用原有的控制系统的时候，开车操作非常繁琐，而且要求严格。一定要严格配合制动手柄和换挡手柄的操作，而且提升和下降的操作程序一旦不规范，还容易造成飞车或者急起、急停的情况，偶尔也会出现跳轨、掉道、弹绳等情况，更有甚者可能会出现重大事故，给工作人员的安全造成威胁。此外，如果在负荷不同的时候，起步停车减速段要每次都达到慢起、慢停、准确停车是非常不容易的。以上这些问题，在使用变频器之后都会得到解决，相应的操作都会变得简单。所以，采用变频器的控制系统降低了提升机工作人员的操作难度。难度降低了也就同时降低了发生事故的几率。所以，从工作人员的安全角度来说，易操作的变频器是非常有用的。

（四）采用变频器的控制系统可以自动变速

采用变频器之后，竖井提升机的控制系统可以设置多段速度，这样就使多段变坡点的时候也能平稳运行。

（五）采用变频器的控制系统所需的维护较少

采用变频器之后，变频器的无极变速会帮助竖井提升机平稳运行。运行平稳就可以减少机械各部件之间的磨损和冲击，从而使各部件使用寿命延长。这样，既减少了维护人员的工作量，又降低了维护机械所需的成本，同时节省了人力、物力和财力，对于生产力的提高功不可没，对于经济利益的提高也非常有用。

竖井提升机采用变频器之后，不仅仅具有以上几大优点，还具有低干扰、低噪音、低冲击等优点，对电网其他设备的影响也较小。总而言之，变频器应用在提升机的控制系统中，较原有的控制系统有着极大的改善和进步。

三、用可编程序控制器或变频器需要注意的问题

采用可编程序控制器或变频器来改造竖井提升机的控制系统虽然有很多的优点，但是在发挥这些优点的同时，我们还需要注意一些问题，这样能够更好地发挥它们的优势。

（一）采用可编程序控制器需要注意的问题

1因为可编程序控制器有不同的类型，所以在选择类型的时候，既要满足所用提升机系统的要求，也要综合经济条件来考虑。一般都选择设计所用接口数量是所需装备数量的85%为好。

2采用可编程序控制器代替原有的继电控制系统时，仍然需要经外部中间继电器控制，只是所需的继电器较少。此外，如果经济条件允许，可以将高压正反转开关等更换为真空接触器。竖井提升机控制系统中所用的行程开关等也可以换成非接触开关，如感应开关等。

3可编程控制系统确保有自动和手动两种工作方式，这样更能灵活地控制系统。

（二）采用变频器需要注意的问题

1注意工作和环境的温度。因为变频器内部是大功率的电子元件，容易受到工作温度的影响，如果温度太高或者温度变化较大的话，会导致变频器内部出现结露现象，导致绝缘性降低，严重的话会出现短路，所以温度最好控制在40℃以下，同时备好加热器和干燥剂。

2注意腐蚀性气体，防止电磁波干扰。在使用的时候，如果腐蚀性气体浓度过大，会腐蚀变频器的元件，加速元件老化，降低绝缘性等。为了避免这些情况，可以把控制箱制作成封闭式结构，并且注意换气。同时，在使用变频器的时候，周围会出现很多干扰电磁波，这些电磁波对仪器有一定的干扰，容易导致控制失灵或损坏等。而解决这种情况的方法就是仪器和电子系统等选择金属外壳的，这样就能屏蔽变频器对仪器等的干扰。

四、竖井提升机电控系统的发展

矿井提升机及其电控系统是矿山生产的大型关键设备，对其提升工艺及安全保护均有特殊要求，因此提升机的电控系统一直是国内外电气自动装置领域重点关注和研究的内容。

目前矿井提升机的主要电控系统有：交流绕线式异步电动机转子串电阻调速方案、直流可逆调速方案、交流变频调速方案。交流绕线式异步电动机转子串电阻调速方案由于存在调速性能差、能耗高、维护工作量大等问题，虽具有初期成本优势，但随着时间的推移必将被逐步淘汰。直流可逆调速方案虽获得了连续的调速性能，机械、电气冲击小，低速转矩大，机械特性优良等特点，但无论是电动机本身还是电气控制方案，都较交流电动机复杂得多，组成电气传动部分的设备数量多，控制设备复杂，维护量大，成本高，因此，不会成为提升机调速的发展方向。随着变频技术的日益成熟，尤其是大功率高压变频技术的快速发展，使用变频器调速技术采用鼠笼式异步电动机拖动的方案，将会成为将来矿井提升机调速的主流方案。

从国际上的主流技术来看，矿井提升机电控设备的技术创新将在今后很长时间内都是产品技术的主要发展点，矿井提升电控设备应作为高度一体化的节能新产品重点开发。大功率可控硅装置、交-交变频调速系统、微电子技术应用、可编程序PLC控制系统，未来的电控系统将趋向于高的数字化、自动化、网络化、智能化系统。

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