矿井提升机制动闸的数字控制研究

2018-03-27张彦博

中国设备工程 2018年6期

张彦博

（兖州煤业股份有限公司济宁二号煤矿，山东济宁 272072）

矿井提升机在工作时，想要保证工作安全，首先要完善分析矿井提升机制动闸的工作，而数字化控制技术，不仅能够实现对矿井提升机的制动闸力度进行适当调整，并且还能通过这样的技术手段实现矿井提升机开闸、闭闸等，最终实现对制动闸的保护。

1 矿井提升机制动闸的数字控制研究现状

当前，我矿主要采用了TKD-A电控系统。这项系统在工作过程中主要是通过自整角机、磁放大器等组成的模拟量，实现对矿井提升机制动闸的闭合控制工作，而对于减速段工作而言，则是段速度给定由深指凸轮板带动自整角机来实现。但是在工作中，由于磁放大器的惯性大，而工作范围相对有限，因此工作中的回路控制往往受到许多因素的影响，无法对其工作进行有效调整，从而导致可调闸闭环不能正常运作。对于济宁2号煤矿所采用的TKD-A交流电控，主要是为了能够以提升电控系统安全为中心，在通过编码器等技术措施，对矿井提升机制动闸进行数字化控制，不仅提升了对制动闸的控制效果，还能保证工作效率与工作人员的安全。以济宁2号煤矿为例，该煤矿是国家“八五”重点建设项目，隶属于兖州煤业股份有限公司，井田面积90km2，地质储量8.55亿t，目前可采储量3.47亿t，为适应高产高效矿井的需要，因此，矿井提升机制动闸实现数字控制，更能提升整体的工作效率，保证安全生产。

2 矿井提升机制动系统的工作原理

由于矿井提升机在工作过程中主要是以地面方式工作的机械系统，同时还是一种相对较大的绞车。工作中采用钢丝绳带动的方式，从而实现所运输货物在矿井中的升降，极大提升了我国矿物的开采效率和工作质量。

例如：该煤矿所采用制动系统的硬件设施主要包括了手把、编码器以及刹车板等设备进行工作；而在整个制动系统的设计原则中，还能实现对外围工作的控制，从而提升系统的可靠性。在工作时，则是由工作人员优先启动矿井总控制台的把手，然后带动制动闸编码器进行信号接收，然后再将编码器所接受的信号传入接受器，而工作处于制动器的控制下，对编码器信号进行解读，最后才能通过信号传输口实现数据执行，并且这项数据在通过制动闸刹车设备时，还能对自身进行放大，最终提升制动闸的液压控制，完成制动。

对于提升机制动而言，这种系统主要是采用了位置控制原则，然后再将矿井提升机的工作过程分成4个步骤进行工作，分别是加速、减速、等速与爬行。而在当前4项速度中，对整体工作安全影响主要出现在减速与爬行阶段，只有控制好这2个阶段的运行速度，才能实现矿井提升机准确停车；同时，想要实现对提升机减速阶段的控制，提升机减速与爬行阶段的闭闸工作显得尤为重要。工作中对提升机进行控制时，还能将编码器产生的数据进行适当调整，从而实现对其速度的控制，为了能够方便对当前速度的控制，还可以使提升机运行至当前最大速度，并将其速度测量值标注为S，设置值为1000；即：提升机运行过程中，矿井提升机速度阶段在当前最大为8.07m/s时，S值为1000。见图 1。

图1 提升机运行速度控制图

3 提升机制动闸控制开关的工作原理

在工作前，首先要将总控制台手把放在归零位置，并且还要保证在归零出处，闭合开关，然后再将编码器生成的数据信号传入到PLC中，对数据信号进行处理后，输出到终端设备；当矿井总控制室把手处在零位时，还要能够保证油压处于零压状态。这时，如果线路中出现的各项接点处于吸合状态时，就要工作人员推动总控制室的制动把手，实现数据提升，再将所提升的数据乘以当前转换系数，从而控制制动闸开关，实现对当前提升机的速度控制。在保证提升机速度不超速时，制动油压将把手进行控制，从而实现对制动闸的整体约束，将其输出方式进行转换，同时再根据刹车板，将控制油压进行增强。

3.1 闭环条件

通过工作人员对PLC信号数据接收传输器进行监控可知，速度归整值为D110，当提升机在等速最大速度运行时，其值为1000。通过给定速度曲线值送D570作为给定数据，那么说明当前的运行速度要大于给定速度，这时矿井提升机才能够有效满足闭闸的条件，使制动闭闸系统参与到控制提升机的速度中去。

3.2 PID控制系统

在提升机速度下降而不大于给定值时，制动闸才能参与到提升机的速度控制工作中去，但是在对这项速度进行检测的过程中，由于编码器的连接方法和提升机速度的起伏出现不同之处，但是在制动中，如果制动闸自身的油压出现不适当下降问题，那么就会直接影响到提升机的正常稳定工作，进而出现机械振动等不稳定因素；同时，牵引提升机进行工作的钢丝绳，也会由于机械振幅过大等原因，加剧了当前不稳定因素的提升，并且也给提升机的工作带来安全隐患。因此，提升机在工作过程中，可以根据当前提升机运作的整体情况，采用PID技术来稳定提升机的整体工作，从而保证提升机安全运行。

4 制动闸斜坡与减速贴闸

4.1 斜坡控制

如果提升机在运行时，到达了终端，并且安装在矿井内部的接近开关和数据都已完善到位，这时就需要制动系统能够做到自动切除电源进行安全制动，最终实现提升机的自动停车。在提升机的工作过程中，当工作人员发出了停车命令信号后，PLC就能根据自身对停车信号的接受，从而直接切断电源，使提升机停车。但是在当前环境下，如果出现了制动油压从最大值降到为零的现象时，还会出现相当大的机械冲击，尤其是油压突然降低，电机侧轴编码器经过了多次转动后，才能实现完全停止，这时还会出现为运行制动的故障警示。此外，还需要考虑到提前发出制动命令。例如：当提升机在工作过程中，当距离停车终端还有1m最终距离的时候，就需要工作人员能够通过总控制台发出命令，并且还要对制动油压进行斜坡控制、逐步下降，从而确保实现提升机停车平稳。

4.2 预贴闸控制

对于交流电控制而言，当该系统提升自身容量到一定减速点时，系统中高压转向接触器出现释放，从而停止提升机的电机电源，同时也是为了防止出现高压电气故障，对工作人员安全构成的威胁。此外，如果高压电流进入了低频率后，还会直接对器件造成严重损坏，还需要工作人员对其进行熄弧工作进行延时，才能采用吸合低频换向传感器进行工作，并进入低频系统后，实施低频制动工作，这时提升机的速度就会下降0.5m/s，实现低频拖动。

相对直流电路而言，提升机在当前工作中的交流变电系统存在着时间失控等问题，而失控时间在提升机工作的过程中，出现的时间越久，那么对提升机自身构成的安全隐患也就越大。尤其是在系统中出现负力提升时，可以在过了当前减速点之后，高压切除提升机还会出现失控运行等故障，这时提升机在工作时，不仅不会出现减速运行，还会在提升物品的重力作用下，提高了不稳定因素的发生概率和可能性。因此，提升机在制动时，要进行提前减速，降低油压并采取预贴闸的方式，判断出现场现状与调试修正。