自动化控制技术在矿山提升机中的应用分析

李彦江

（山西霍尔辛赫煤业有限责任公司， 山西 长治 046699）

引言

矿山提升机作为煤矿开采中的关键设备，在煤矿输送、人员输送等方面起到了关键作用。而传统的矿山提升机的操作控制主要为手动或半自动的方式，自动化程度相对较低，严重影响着企业的煤矿开采量及经济效益。而随着科学技术的不断发展，将自动化控制技术不断应用到提升机设备中，成为当前的主要发展趋势。本文以KB-2×1.5P型矿用提升机为例，在确定提升机自动化控制建设目标基础上，分析其自动化控制系统的总体设计及其应用效果。

1 矿山提升机自动化控制建设目标

1）对煤矿的生产进行优化运作、提升管理和提升控制。主要对提升机设备中的物料输送、自动加料等方面进行优化改进，以此提高设备的开采效率及作业安全。

2）在提升机设备作业过程中，对其设备的关键参数进行实时监控，并对设备的作业位置进行精准定位，及时地了解整个生产过程的安全、顺序、质量，最后再进行自动化控制调度。

3）通过自动化控制将消耗和成本控制在最低，并且减少废物的排放，保护环境。降低管理公司的成本，改善工人的工作环境。

2 主提升机自动化控制系统的分析

矿产提升的任务一般是由主井提升机承担。因此，它的可靠性、安全性、实用性必须要得到充分的保障。由此，选用了KB-2×1.5P型矿用提升机为分析对象[1]。该提升机的自动化控制系统需要实现对设备在启动、停车、减速、爬行等不同状态的有效控制，以此实现设备的自动化控制。下面就该控系统中的全数字调节控制系统、通讯数据处理模块及软件系统等方面进行重点分析。

2.1 全数字调节控制系统的设计

其中，全数字调节部分则是整个自动化控制中的关键。全数字调节部分的核心采用了西门子的SIMOREGDC-MASTER6RA70调速系统，并结合了C164和C166两个微处理器，最终实现对电路中励磁回路、电枢等模块的不同功能控制[2]。而其系统结构包括功能控制键输入、报警及故障信号输入、PLC控制器、执行机构控制输出、磁场电源控制输出、过程显示输出等部分，其结构框架图如图1所示。外部的控制命令及故障信号传输至PLC中，经过信号处理后，再传输至终端的执行机构及显示界面，以此实现对整个过程的调速控制。在该控制系统的软件程序编辑中，采用了参数化模块控制方式，可通过稳定的控制速度和转矩来实现对设备的精确调速，大大提高了调速的稳定性及调速精度。另外，在该调速系统设计中，允许电压在±10%范围内波动，针对循序在脉冲编码器上的反馈数据，允许其在±0.04%范围内波动[3-4]；通讯接口采用了成熟的R282和RS489，并通过网络方式进行通讯。

图1 全数字调节控制系统框架结构图

2.2 通讯数据处理模块的设计

通讯数据处理程序是PLC控制程序中的一部分。该程序采用了STEP7编程软件中梯形图语言对其进行程序编写，之后编好的程序可向上机位发出按规律变化的电信号数值，上机位软件通过内部的识别判断程序，将该数值与设定值进行周期性判断，若两数值相同，则允许运行系统的通讯连接，否则将中断通讯。通讯数据处理模块的控制程序如图2所示。而PLC控制器中其他功能程序基本采用统一编程方法进行编写，这里就不一一赘述。

图2 PLC通讯数据处理模块的控制程序图

2.3 信号调节反馈模块的设计

PLC技术是矿山提升机自动化控制运用最多的技术。在PLC对矿山提升机的控制中，需要对机器多种影响因素以及核心的数据进行统计和分析。由于矿井中周边环境相对恶劣，且煤层中金属元素相对较大，导致控制系统易受外部的干扰影响，这就需要设计一套有针对性信号调节反馈系统，以此来合理调节及防治外部的干扰，其信号调节反馈系统结构图如图3所示[5]。

图3 信号调节反馈示意图

2.4 系统软件的开发设计

该系统主要采用基于LabVIEW7 Express平台，对提升机械装置状态监测及故障诊断软件部分进行了设计。利用模块化层次化的思想进行编写，除了能满足分析与监控的功能外，还具有操作简单、界面友好直观、运行可靠、维护方便等优点。其软件系统的结构框架主要由信号采集模块、参数设置模块、数据处理模块、比较报警模块、内存管理模块、数据库模块等，如图4所示。由此，通过对几大模块分别进行模块内部硬件设计、程序编写及通讯接口设计，汇总实现对整个提升机机械装置的监测及诊断作用，并通过编辑的相关程序软件，将最终结果在显示屏上进行实时显示。

3 PLC技术在矿山提升机上应用效果分析

在完成对基于PLC自动化提升机控制系统设计基础上，为进一步验证所设计的基于自动化控制的提升机综合性能，将其在煤矿生产现场进行了6个月的实际应用。在应用过程中，整套控制系统运行正常，能稳定、精准地实现对提升机各类操作功能进行控制，并将提升机的关键参数及运行状态信息在显示界面中进行实时显示。当提升机出现了故障时，通过系统中的故障报警模块发出相应的报警提示，整个运行状态较为稳定可靠。据现场经验人员评价，此提升机具有更高的控制精度和智能化程度，设备故障率与现有其他设备相比，具有更低的故障概率和更高的运转效率，且具有更低耗电量。据初步估算，每年可给企业在设备维修费用及用电费用方面节约将近100万元左右[6]。

图4 监测系统软件构成框图

4 结语

不断将当前先进的控制技术应用到矿用提升机中，逐步实现煤矿自动化、智能化开采的快速发展，是提高煤矿开采效率及作业安全的关键方向。而有针对性地采用成熟技术对提升机进行升级改造设计，更是提高设备使用寿命的核心。应用可编程逻辑控制器和计算机编程可使系统在设定条件下进行计算和反馈，并执行相应的指令。这一应用可使矿山提升机自动控制系统能够准确反应设备的运行情况，从而使得矿山提升机在整个运行过程中得到有效的控制。