基于PLC的矿井提升机电控系统的研究

张 磊，李 旭，张军德

（金川集团股份有限公司二矿区主井提升工区，甘肃 金昌 737100）

在矿产资源开采作业中，矿井提升机电气控制系统作为其中关键要素，提升机工作效率在很大程度上关系到矿产开采效率，关系到开采人员、设备、材料运输的安全。不断提升提升机电气控制系统安全稳定性，有利于提高矿井整体的生产效率。

目前，针对矿井提升机电气控制系统运行中存在的诸多隐患，必须给予足够的重视，加强对电控系统的研究，落实实时远程监控，为设备安全运行提供保障。

1 矿井提升机结构及工作原理

从实质上来说，矿井提升机作为一种简易的升降机，结构组成包括电气设备、主机、减速器、电动机、装卸设备、操作设备、钢丝绳等。目前，市面中存在的提升机种类有很多，矿产企业需要根据矿井开采实际情况、用途等不同，合理选择提升机设备。

我国当前矿产企业所选择的提升机包括两种，即单绳缠绕式提升机、多绳摩擦式提升机，这两类提升机具有较高的稳定性、安全性，且调速功能强大，在矿产开采作业中具有广泛的运用。其中，多绳摩擦式提升机运行原理，是借助于钢丝绳在主导轮中运动，其两端都悬挂一个提升容器，利用电动机驱动提供动力，使主导轮进行运作，钢丝绳和主导轮之间就会产生较大的摩擦力，在摩擦力的带动下将装载物进行提升、下放。

在矿产工程施工中所选择的提升机整体质量较轻，在功能方面较为简易，但整体提升能力较高，在1700米以内的矿井下较为适用。而单绳缠绕式提升机工作原理为：将提升机滚筒连接到钢丝绳的其中一端，而另一端绕过天轮，并悬挂提升装置，借助于滚筒转动产生的相反方向的力，能够对钢丝绳松紧度进行轻松调节，顺利的完成提升与下放任务。

2 矿井提升机工作过程中注意事项

在矿井开采作业中，利用提升机运输矿产资源，必须对提升机运行速度进行有效控制，保证提升机运输符合稳定、安全的特点，借助于电气控制系统满足提升机速度控制，按照速度图开展作业。实际矿井开采作业过程中，都是利用电气控制系统PLC技术完成一系列的提升机设备操作。具体工作中需要注意的事项体现在：第一，电气控制系统需要控制提升机的启动速度。提升机箕斗内装有矿时，必须保证其具有足够的负载能力，便于控制；第二，对提升机运行速度进行有效操控。通常来说，设备、开采人员主要是利用副井提升，其运行速度应该控制在≤0.75m/s2；而矿产资源运输的提升机运行速度则需要控制在≤1.2m/s2，同时，在运输过程中需要注重加速度，保证装载物安全性，提高整体的运输效率；第三，若装载物质量不标准，则可以适当提升提升机的速度；而如果装载物重量过大，则为了保证安全，能够自动将主电源切断，还能及时的发出警报，有效的避免出现超载问题，为矿井开采作业提供安全保障；第四，通过电气控制实时调整提升机运行速度，提高提升机械的爬坡能力，主要是根据矿井位置进行实际调整，确保提升机运输中整体安全性；第五，电气控制系统需要能够配合多种提升机操控系统，实现矿井提升机能够同时具备手动、半自动、全自动操作模式，能够根据矿山开采实际情况，及时的调整运输模式。

3 矿井提升机电气控制系统发展方向

3.1 传动方式更加多元化

为了能够满足矿井提升机电气控制系统工作需求，通常需要采用多种提升方案。传送方案多元化发展必须借助于交流变频技术，在交流变频器技术下，实现自由转化传送方案的效果。

SCR-M作为直流传动系统，是当前矿山企业重要的传动系统，其整体性价比较高，能够确保传送货物的安全稳定性，运输成本相对较低；G-M直流调速、转子回路串电阻方案较为滞后，对一些先进的矿井开发作业来说不够实用，逐渐被市场所淘汰。

3.2 调速精读不断提高

矿井提升机实际开展工作中，由于运输过程中矿产资源、工作人员以及设备的实际质量不一，负载也不均衡，以至于矿井提升机装载不同物品时调速变化也相对较大，对提升机运输可靠性造成一定的影响，长期如此还会对设备带来一定的损害，会导致设备使用寿命降低。因此，利用PLC技术电控系统对其调速精读进行高度控制，在装载物质量发生较大的变化时，则需要对提升机提升中减速距离误差进行减少，整体提升时间被缩短，调速精准程度高，还能为提升机整体提升力提供保障。

3.3 电气控制系统网络化发展

目前，矿井提升机电气控制系统基本上实现了全自动，主要是利用PLC技术，姐终于与远程I/O技术辅助，在开采现场与控制中心进行有效连接起来，能够及时将开采方案等命令传输到井下，利用互联网技术，推动整个电气控制系统向着网络化的方向发展。

3.4 监测体系智能化发展

矿产开采需要将安全放在第一位，很多安全事故发生都与提升机运输过程故障有关。因此，必须强化对提升机电气控制系统的监控、维护，及时监测运行状态，及时消除故障。将智能化监测设备和技术运用到提升机电气控制系统当中，为整体矿产资源运输过程提供安全保障。

3.5 可靠性与抗干扰性更强

为了能够满足专业工业环境下的应用需求，PLC控制系统引入了光电耦合离合R-c滤波器，能够避免信号干扰；同时在系统内部利用电磁屏蔽系统，避免辐射干扰问题出现。在开关电源方面，选择优良开关电源系统，避免电源线干扰问题。另外，PLC控制系统具有较为完善的自我诊断功能，对系统内部电路能够进行自我诊断，一旦检测出问题则会立即报警，便于相关人员进行及时维护处理。

4 基于PLC的矿井电气控制方案设计

4.1 主控系统

矿井提升机电气控制系统主控系统，其主要作用在于能够对提升机速度、加速度以及启停进行控制。利用固定用PLC技术，并配置相类似的PLC，两者在参数设置、固定性能方面具有相似性，避免系统选择PLC发生故障而导致系统瘫痪的问题，为提升机运输效率提供保障。另外，对主控系统软件、硬件进行升级改造，其中在硬件设施方面加入高速计数模块，能够对提升机运行状态进行实时监测，对设备运行中数据信息进行大量采集；而在软件方面则加入了多层子程序，确保能够在提升机运输速度转换中实现对设备的有效保护。

4.2 监控系统

高质量的监控是保证矿井提升机工作效率与安全的基础，借助于完善的监控系统，对矿井提升机运行速度、故障情况、参数设置情况、维修信息等进行记录，借助于两级微机处理系统，实施相关信号的采集、监测与控制，保证矿井提升机运行效率的提升。同时，在监控系统中还包括了打印设备、显示设备等，将运行状态参数实时的通过中控屏幕显示出来，便于相关工作人员能够直观的看到相关检测数据，对提升机系统变化有直观了解。

4.3 变频调速系统

为了保证矿井提升机运行速度调整精确度，通常需要借助于变频调速系统，对电源频率进行控制实现电机转速提升目的，继而达到对提升机速度调节的效果。目前，主要是借助于正玄波矢量控制、HIVERT-YVF高压变频器控制，促进提升机系统整体运行的可靠性，利用过热、过压以及过流保护，为设备安全运行提供保障。另外，矿井提升机电气控制系统一般会选择变频器对提升机转速进行调节，保证其具有足够的提升力以及运输速度。

5 总结

通过上述分析可知，PLC技术作为矿井提升机电气控制系统中关键的内容，对提升矿井提升机整体性能具有重要帮助。在科学技术不断发展过程中，电气控制系统正在向着传动方案多元化、调速高精度化、控制系统网络化、监测系统智能化等方向发展，同时在现有PLC技术基础之上，对相关功能进行有效扩充，实现我国矿井提升机电控系统现代化发展改革。相信随着我国科学技术的发展，矿井提升机电控系统会引入更多先进的技术，在切实保证安全运输前提下，实现运输效率提升、运输成本降低，为矿产资源开发事业做出贡献。