煤矿提升机电气控制系统的技术优化研究

魏 琳

（河南工业和信息化职业学院，河南 焦作 454150）

0 引 言

改革开放以来，煤矿事业为我国经济社会的快速发展起到了重要的推动作用。新时代背景下，国家对煤矿开采的要求越来越高，需要不断探索、创新并更新开采技术，满足我国社会发展的需求。随着PLC技术的快速发展和其自身具有的明显优势，它逐渐被应用在煤矿开采工作中。这不仅可以提高煤炭开采效率，而且可以推动煤炭企业的快速发展，为企业创造经济效益。当前，煤矿提升机电气控制系统一般是由主控系统、上位机监控系统以及速度控制系统等构成。主控系统主要是控制煤矿提升机开启与停止、速度的增加与降低、坡度爬行；能够实时监控运行中提升机的电流变化、运行速度，并在其他子控制系统的配合下实现对煤矿提升机运行状况的全面控制与实时监控[1]。上位监控系统主要是展示提升机工作中的每一个状态，能够将运行中出现的问题反映在展示内容中，同时发出预警信号，本质上起到了显示作用，并没有真正参与实际控制，如电流的安全回路展示、液压站压力展示以及风机运行状态展示等。

随着煤矿开采的不断深入，煤矿开采难度越来越大。煤矿提升机作为矿山机械与电气自动化的综合体，对煤矿的生产效率和煤矿的安全生产具有重要作用[2]。因此，要不断探索与创新提升机电气控制系统，进行全方位的技术改造，提升系统稳定性和自动化水平。对于加快煤矿企业自动化方向转型、提升煤矿企业的安全生产、提高煤矿企业设备的安全性和可靠性，PLC技术发挥着重要作用。

1 基于PLC的煤矿提升机电气控制系统优化

PLC技术是随着计算机技术快速发展而产生的，是一种以数字计算为依托的电子操作系统，本质是一种计算机编程技术。简单来说，就是技术人员通过数字代码的形式将数字程序植入到操作系统，进而对设备的运行进行自动化控制[3]。PCL数字程序一般比较简单，具有很强的抗干扰能力，减少了人工工作强度，提高了工作效率，降低了安全事故。具体地，基于PLC的煤矿提升机电气控制系统可从以下几个方面进行优化。

1.1 优化提升机电气控制系统软件设计

通过采用PLC技术，煤矿提升机电气控制系统主要实现了中断子程序单元和故障处理单元，实现了对电气控制系统主程序中断、故障处理预警等功能。中断子程序单元实现对煤矿提升机电气控制系统超速监控、松绳状态下的监控功能[4]。故障处理单元实现对电气控制系统的故障分析，同时具备无线监控的故障处理预警功能，且可制定不同措施消除故障。

1.2 动力制动柜优化为低频全数字控制电源柜

通过优化为低频全数字控制电源柜，传统的动力制动柜更新为低频全数字控制电源柜，采用全数字的低频电源柜作为电力装置的关键设备。开关管设备实现元件的整流功能，具备实现闭环监控功能。基于PLC的煤矿提升机电气控制系统采用多重保护特性，可以减小提升机故障，特别适合于机电气控制系统低频监控特性[5]。因此，基于PLC煤矿提升机电气控制系统设备工作过程比较平稳，波动较小，稳定性高，保证了提升机良好的工作特性和可靠性。

1.3 采用网络结构，实现结构优化

通过优化重组，基于PLC的煤矿提升机电气控制系统形成了网络拓扑结构形式。因此，煤矿提升机电气控制系统对传统设备进行了精简，优化了系统结构，减少了冗余环节。这些设备包括复杂的电磁放大器元件和其他特性电子元件。利用设备节点之间的紧密连接，通过监控提升保护与预警能力，以提升煤矿提升机电气控制系统的效益和运行的安全性。

2 煤矿提升机变频控制系统结构

针对传统调速系统设计系统的问题，需要对煤矿提升机控制结构进行改进与优化。在此采用变频调速方法，实现对提升机的优化控制和性能改进。与传统调速系统设计系统相比，变频调速方法有许多优点。煤矿提升机控制结构采用变频方法，可以实现调速功能，可以根据变频变压转差功率实现固定调速性能。对于正常运转情况，为降低煤矿提升机耗点，节约成本，可以关闭大功率调速电阻群。同时，煤矿提升机控制结构采用变频方法，可以不使用接触器装置，减少了结构复杂程度，可以有效防止电气方面故障或机械方面问题[6]。在此根据电压与工作频率的相互关系，可以为有效减少煤矿提升机转矩冲击提供支撑，避免钢丝绳拉伸过程的机械缺陷。煤矿提升机控制结构采用变频方法，可以减少提升机的提升循环使用过程，提高提升机运行效率，保证其稳定性能。

为实现变频器驱动性能稳定，需要首先对提升机的转子串电阻实行短接，并且在提升机正常运转情况下，可以在底部、井口安装位置传感器。提升机得到位置信号后，才进行下一步动作。采用变频器设计方法，通过使用液压机械制动设备实现装置的有效衔接。在此使用测量编码器设备，提高结构稳定性和准确性，并实现及时的闭环反馈特性，保证提升机的可靠性能。煤矿提升机控制结构采用变频方法，其变频控制系统结构如图1所示。

图1 煤矿提升机变频控制系统结构

在煤矿提升机变频控制系统结构中，通过采用PLC实现逻辑联锁作用和保护作用，同时管理提升机变频控制结构中的使用设备，保证装置的开关控制；采集与检测装置的运行状态，并汇总与分析保存[7]；煤矿提升机控制结构获得提升机操作台动作消息，保证与矿井提升机信息、相关通信的同步传输，并且实现信号在操作台上的同步通信与共享，将收集与处理的危险信息进行检测与展示，并保存在数据库中；收集与处理的信息在数字信号显示屏显示、井口信号显示屏显示以及候罐室信号显示屏显示。通过收集与处理提升机运行过程中的运行信息，获得提升机位置信息与性能信息；通过信息的加工处理，合理控制与优化分析煤矿提升机控制结构运行过程；通过上位机显示单元将提升位置、打点信息、提升状态进行全方位显示。闸控设备主要实现煤矿提升机控制结构的过程控制。当煤矿提升机控制结构在闸盘动作时，煤矿提升机控制结构的油压通过液压作用于闸盘，从而有不同方面的制动力矩；在特殊环境下，液压站通过快速回油、闸盘通过抱闸达到安全制动。

3 结 论

在煤矿提升机控制结构采用变频方法后，煤矿提升机的稳定性明显提高；在变频特性推动下，煤矿提升机具有自动减速特性，操作员不干预施闸的情况下，可以实现有效控制，性能稳定；煤矿提升机可以有效避免出现超速动作或者运行失速情况，可以有效防止人为失误造成的问题。同时，提高煤矿提升机控制结构功率因数，提升机装置使用率明显提高，减少了提升机控制系统的能耗问题，有效提高了提升机设备的运行可靠性与效率。

[1] 王致杰，王崇林，卢文海，等.煤矿提升机综合安全智能控制策略研究[C].全国煤矿自动化学术年会，中国煤炭学会自动化专业委员会学术会议，2005：18-21.

[2] 李剑峰.煤矿立井提升控制系统应用变频调速技术[J].变频器世界，2015，（9）：55-60.

[3] 张 辉.煤矿矿井提升机电控系统中PLC控制技术的研究与应用[J].工程技术（文摘版），2016，（2）：265.

[4] 张 愚，郝继飞，陈腾飞，等.基于矿井提升机的大功率电气传动系统控制策略研究[J].煤矿机械，2012，33（5）：89-92.

[5] 徐 帅.PLC技术在煤矿提升机控制系统的应用[J].煤炭技术，2013，32（3）：84-85.

[6] 陈德航.煤矿提升机电气控制系统的技术改造[J].煤炭技术，2013，32（7）：56-58.

[7] 李善林.PLC技术在煤矿提升机电控系统中的应用[J].煤炭技术，2013，32（5）：18-20.