全数字直流调速系统在矿井提升机的应用

马 刚

（晋煤集团赵庄二号井安全监察部，山西 晋城 046600）

1 矿井提升机的分类

矿井提升机按照井道结构，有竖井与斜井之分；按照电动机拖动形式，有交流拖动与直流提升机；按容器不同功能，有箕斗与罐笼，罐笼也有单罐笼与双罐笼，箕斗又分为单箕斗和双箕斗；按钢丝绳结构，有单绳缠绕式和多绳摩擦轮式提升机。

2 提升机的电气传动系统

2.1 电气传动综述

电气传动是以各类电机为动力的传动装置和系统。根据电机的种类，分为直流电动机传动、交流电动机传动，简称直流传动、交流传动。

交流电动机结构简单，坚固，紧凑，容量大，价格低，直接使用交流三相电源，交流驱动提升机应用广泛。但由于调速性能较差，很难适用于调速性能要求较高的场合。

直流电动机有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，调速性能远优于交流电动机。随着大功率可控硅的使用，首先，实现了整流器件的更新换代，以晶闸管整流装置取代了沿用已久的直流发电机—电动机系统。同时，控制电路高度集成化、小型化、高可靠性及低成本是直流调速系统的一大优点，直流调速逐渐在大中型矿山驱动场合占据主导地位。

2.2 全数字直流调速系统功能分析

如图1所示为采用数字控制的可控硅-电动机直流驱动提升机的结构图。

主控系统、驱动控制系统、制动控制系统、监控系统和井筒信号系统等组成了数控直流提升机的电控系统。

提升机主控系统接收操作台、监测系统、驱动控制系统、制动系统、监控系统、井筒信号系统和外部各个监测元件的信息，具有运行逻辑、顺序和行程等控制功能和监测保护等功能，是控制系统的核心，如图1。接收到的信息经过主控程序处理，将相应信息、指令返回各个系统中，由此来控制提升机运行。

提升机运行顺序控制、逻辑比较、计算、监测和通讯保护、行程控制和通讯功能由主控系统软件执行。硬件为PLC可编程控制器。

驱动控制系统用来实现速度、电流闭环控制及与传动有关的监测保护功能。该部分接收主控系统指令和参数，也包括一些其自己检测的信号，程序通过速度PID调节和位置控制，向电流、励磁控制环节发送电枢、励磁电流基准值。

图1 数控直流提升机结构框图

监控系统通过采集联到主轴的脉冲编码器信号、井筒开关信号及其他重要运行状态信号，对提升机的位置、速度等运行参数进行检测和计算，并提供保护功能，起到主控和驱控保护功能的后备冗余保护作用。另一种监控系统功能是由监控系统执行不同于主控和驱控系统的特定监控功能，如定点速度检测、全程运行速度保护、运行位置检测、运行状态同步检测等重要运行参数的检测，是一个必不可少的系统。

安全回路有软件和硬件两条路线，即主控系统和继电器回路。它们以硬件安全回路为主，之间相互作用。凡与主控系统有联系或者有通讯关系的系统，如驱动控制系统、制动控制系统、井筒信号系统及关键状态信号等在需要使安全回路跳闸时，主控系统的软件安全回路就会动作，并且会向继电器安回发出跳闸指令。

在摩擦式提升机运行控制中，精确行程控制和确保设备安全运行的关键是准确的位置测量。系统配置有同步检查开关分别用于位置同步状况检查，运行同步开关和停车开关用于位置测量的同步校正操作，停车开关和过卷开关用于准确停车和过卷检测。利用具体位置确定的井筒开关来校正通过脉冲编码器测量计算出的位置值实现同步化操作，达到位置准确测量的目的。

在数控提升机中，安全保护功能强大，存在于主控、驱动控制、监控等系统中，重要保护采用多重保护方式，设置简单，精度高，工作可靠。

3 总结

（1）采用全数字直流调速系统，可靠性高，技术性能好，控制系统可靠性大大提高，无故障时间变长，控制性能加强。而且调节、维护比较方便、处理故障用时短。

（2）调速性能提高，在很宽的范围进行高精度调速，扩大了调速范围，提高了控制精度。由于采用了软件来完成调速功能，所以采用微机控制系统可靠性得到提高，对系统的运行状态进行检测、诊断和记录。

（3）采用全数字调节系统，系统运行可靠稳定。克服了系统非线性以及工况的不同造成的影响，使直流提升机具有更大的适应性。