副井多中段提升系统智能数车装置的研发与应用

金川集团股份有限公司二矿区 甘肃金昌 737100

目前，国内副井提升系统的矿车计数方式主要有两种：一是人工计数，在井口设置独立岗位，人工数车；二是自动计数，在井口安装超声波或红外线检测装置，利用非接触式检测开关，结合 PLC自动计数。与人工计数相比，自动计数既节省了劳动力，又提高了计数的准确性，但也有瑕疵：第一，增加了相关投资和后期维护成本；第二，无法识别混在重车中的空车，偶发统计失真；第三，对多中段提升系统而言，无法确定矿车始发地。

为了解决上述问题，笔者提出了一种新的矿车计数方式。通过研究提升机的电枢电流和提升载荷之间的关系，实现准确的废石车数统计，并自动生成生产报表。

1 研发构思

提升系统动力方程式为

式中：F为提升机主轴的拖动力，N；k为矿井阻力系数；Q为单次提升载荷，kg；g为重力加速度，m/s2；p为钢丝绳质量，kg；H为提升高度，m；x为罐笼距离井口的距离，m；∑m为系统的变位质量之和，kg；a为提升容器的加减速度，m/s2。

对于采用等重尾绳的提升系统而言，罐笼处于井筒中间时，H=x，主绳尾绳质量相同，忽略主尾绳影响，公式可简化为

电动机拖动力矩M与提升机主轴拖动力F的关系为

式中：R为卷筒半径，m；i为减速器减速比；η为减速机效率。

对于卷筒直联形式，可简化为

电动机的拖动力矩M与电流I成正比，

结合式 (2)、(4)和 (5)，得出电枢电流和提升载荷之间的关系为

综上所述，罐笼在井筒中间位置时，提升载荷和电动机电枢电流成正比。基于以上数学模型和提升机的 PLC 控制系统，测出此时的电枢电流，即可直接得到罐笼载荷。

2 关键参数

某副井提升机采用罐笼平衡锤的提升方式，罐笼及悬挂装置质量为 11.98 t，平衡锤及悬挂装置质量为16.98 t，矿车质量为 0.73 t，装入毛石后每辆矿车质量为 2.56 t。当罐笼运行至 1 250 m 时与平衡锤相遇，此时主绳和尾绳在罐笼和平衡锤两侧的长度相同，质量差可忽略。提升作业时，负载工况有以下 4 种，不同工况下提升机电枢电流值如表 1 所列。

表1 不同工况下提升机电枢电流值

(1)提升 4 车废石时，负载为 5.24 t (2.56×4 +11.98 -16.98=5.24)，此时电动机在第一象限工作，控制台的电枢电流值为 600～900 A；

(2)提升 2 车废石时，负载为 0.12 t (2.56×2 +11.98 -16.98=0.12)，此时电动机也在第一象限工作，控制台的电枢电流值为 50～450 A；

(3)提升空罐笼时，负载为 -5 t (11.98 -16.98=-5)，此时电动机在第四象限工作，控制台的电枢电流值为 -800～-600 A；

(4)提升人员时，负载在 -5～-1.25 t 之间 (0～50 人，75 kg/人，75×10-3×50+11.98 -16.98=-1.25)，此时电动机也在第四象限工作，控制台的电枢电流值为 -300～-100 A。

由表 1 可知，在提升模式下，当罐笼运行至中间水平位置时，若电动机的电流大于等于 50 A，可作为废石车数计量的条件；若电流大于等于 600 A，为 4车计数条件；在 50～450 A 之间，为 2 车计数条件。提升废石时提升机只在提升模式下工作，因此下放模式的工况无需考虑。

3 软件设计

本装置在软件设计上分为 3 个部分，分别是车数计数条件的判断、车数统计区间的确立以及统计界面的开发。

3.1 车数计数条件的判断

如图 1 所示，用 2 个比较器判断罐笼标高是否在1 249.5～1 250.5 m 之间，如果是，判断电枢电流的实际值是大于等于 600 A 还是在 50～450 A 之间，若电动机电枢电流大于等于 600 A，则为 4 车计数条件；若在 50～450 A 之间，则为 2 车计数条件。

图1 废石车数计数条件流程

对于多中段提升系统，把各中段发罐信号作为判断条件，自动计入发罐中段即可。

3.2 车数统计区间的确立

因生产时间分为班 (一班、二班)、日、月和年 4类，为了提高生产系统管理能力，计数程序通过 PLC内部时钟确定以下 4 类生产时间类别，如表 2 所列。

表2 各类别生产时间

3.3 数车装置统计界面的开发

结合车数计数条件和生产班次，即可得到全年提升废石车数统计报表。在 WINCC 中导入 DB 数据块，开发智能数车装置界面，如图 2 所示。

图2 智能数车装置界面

4 结语

该装置是基于提升机 PLC 的软件设计，不需要额外设备投入及维护。自投入使用以来，车数统计准确率高，消除了计数过程中的人为因素，实现了废石提升车数的智能统计并自动生成生产报表，为设备维修提供了参考数据。