矿用提升机控制系统优化研究

曹永爱 郭凯 崔世杰

[摘    要]研究矿用提升机控制系统优化策略的主要目的是提高矿用提升机系统的运行效率和控制系统应用成本，提高煤矿开采作业的经济效益。文章结合煤矿开采的作业现状提出了提升机控制系统优化设计的目标，并从系统软硬件组成、自动控制系统的主体结构和网络结构等方面提出了系统结构优化的措施。同时，提出了系统界面功能和设备监控管理功能的优化策略，希望能够进一步提高提升机系统的运行可靠性，为煤矿开采作业的高效开展奠定良好的基础。

[关键词]提升机;控制系统;优化设计

[中图分类号]TD532 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）10–000–02

Study on Optimization of Mine Hoist Control System

Cao Yong-ai，Guo Kai，Cui Shi-jie

[Abstract]The main purpose of studying the optimization strategy of mine hoist control system is to improve the operation efficiency of mine hoist system and the application cost of control system， and improve the economic benefits of coal mining operation. In the following， combined with the operation status of coal mining， the objectives of optimization design of hoist control system are put forward， and the measures of system structure optimization are put forward from the aspects of system software and hardware composition， main structure and network structure of automatic control system. Finally， the optimization strategies of system interface function and equipment monitoring and management function are put forward， It is hoped to further improve the operation reliability of the hoist system and lay a good foundation for the efficient development of coal mining operation.

[Keywords]hoist; control system; optimal design

在國家经济大力发展形势下，人们的生产活动中对煤炭资源的需求量不断增加，致使煤炭企业面临更大的开采压力，既要保障煤炭资源质量，又要保障煤矿开采安全。虽然现阶段的煤矿开采技术已经取得了一定的进展，但在煤矿开采过程中的井下提升控制系统还存在一定的不足，难以满足当前的高效开采需求。因此，迫切需要结合煤矿开采要求和现有的控制系统问题，对矿用提升机自动控制系统进行优化设计，使其能够尽快适应当前的煤矿开采作业需求，有效地提升煤矿开采效率，为社会经济发展创造基础。

1 明确矿用提升机自动控制系统的优化目标

（1）提高矿用提升机自动控制系统的经济性能。考虑到前期所使用的提升机自动控制系统不仅控制效率低下，还存在经济成本较高的问题。在针对其进行优化设计时，首先需要解决的问题便是如何控制好系统应用成本。因此，进行提升机自动控制系统优化的主要目的为尽量降低控制系统的开发和应用成本。同时，提高提升机系统的运行效率，尽可能减少人员成本投入。

（2）优化矿用提升机自动控制系统功能。结合当前的煤矿生产作业需求，对自动控制系统功能进行优化与补充。其主要功能应包括监控功能、系统平台管理功能、用户权限管理功能、提升过程管理、部件运行状态管理功能等。其中，提升过程管理功能主要是通过对提升机提升动作，如装载、提升、卸载、制动、升速、降速等系统运行参数进行集中获取与分析。同时，根据不同井下作业环境对提升机进行合理控制，为后续的提升机自动控制操作提供有利的借鉴。部件运行状态管理功能则是指，通过传感器获取各部件的运行状态，并利用专家算法明确各部件的运行状态。相关的用户可通过控制系统完成对各类数据参数的设计，使其能够满足不同的提升作业需求。监控功能则是指，对于提升机自动控制对象的运行状况进行实时监测，并对运行参数进行汇总。通过对功能模块的优化设计和细分可以有效强化提升机自动控制系统的可靠性，这也是进行系统优化的主要目的之一。

2 矿用提升机自动控制系统结构优化

矿用提升机自动控制系统主要包括传感器模块、数据采集模块、数据控制模块、量化系统模块以及矿用提升机监测系统实时监测模块等。这些系统模块均是依靠网络数字信号传输来实现数据信息交互和数控。在自动处理系统中，其通过对数据信息的集成分析来做出自动控制动作，可有效提升自动控制系统的控制可靠性（图1）。

2.1 系统软硬件组成

2.1.1 传感器装置

在井下作业空间内设置的传感器装置可以对煤矿开采现场的作业环境以及设备运行状况等相关信息进行全面获取，并且根据系统要求的标准以信号形式传输至自动控制系统，可以为系统的控制操作和管理工作提供可靠的数据参考。考虑到煤矿生产作业的环境十分复杂，在选用传感器装置时，应优先选用灵敏度较高的传感器设备。

2.1.2 数据采集系统

数据采集系统中采用FactorySuite 2000，主要用于生产信息的管理，可实现提升机提升过程中各类设备运行参数的集成分析与参数控制。该系统在自动控制系统中的应用很大程度上提升了提升机设备的提升能力。数据采集数据的传输过程如图2所示。

2.1.3 数据库服务器

在提升机自动控制系统中，设置了用于储存提升机运行状态参数的数据库。在数据库中涉及提升机系统运行的所有参数和数据处理的过程，从某一层面来讲，系统的数据处理能力直接关系自动控制系统的控制效率。只有保障对各类运行参数的高效集成与处理才能在短时间内分析提升机的运行效果，并做出可靠的控制指令。鉴于提升机自动控制过程中所产生的数据参数量较大，且数据类型较为复杂，在选用数据库服务器时，应优先选用高性能的服务器。

2.1.4 网站服务器

网站服务器是指为用户提供访问提升机自动控制系统的平台。在服务器中，根据提升机控制系统的功能和管理需求设置了多个访问端口，可以满足大部分情况下的提升机控制系统管理需求。通过访问该服务器可使管理者获取大部分提升机系统的运行参数，及时了解提升机的运行效果，为煤矿开采作业管理工作奠定了良好的基础。

2.2 自动控制系统的主体结构优化

在针对自动控制系统的主体结构进行优化设计时，需要考虑提升机系统控制过程中的相关控制要素，并结合自动控制理论提出可靠的自动控制结构优化方案。因自动控制系统中存在分支系统复杂和控制任务量较多的问题，为了保障自动控制结构的可靠性，需要根据矿井提升机的作业特点和作业要求，对各分支系统的任务状况进行细化分析，并明确各个分支任务之间存在的密切联系。在此基础上，形成结构合理的自动控制系统。经过优化设计后的自动控制系统，可对系统运行过程中的系统参数和环境参数进行实时获取，并传输至自动控制系统中，在对数据信息进行分析后，可下达正确的自动控制指令。这可有效提升提升机系统的运行效果，对于提高煤矿生产效率也具有积极作用。

2.3 网络结构优化

提升机自动控制系统对网络技术产生了较大的依赖，这主要是由于其在进行自动控制过程中，需要通过网络完成对各类数据的及时传递。因此，为了保障提升机控制系统的运行可靠性，需要全面提升网络系统的运行可靠性。但实际上，由于网络环境较为复杂，很容易受到外部因素影响，造成网络运行不畅的现象。为此，需要设置和应用高性能的防火墙技术，保障网络系统的安全运行，并对网络结构进行优化设计。网络结构如图3所示。

3 其他系统功能的开发

经优化设计后的矿井提升机自动控制系统由多个功能模块组成，主要包括提升过程管理、实施监控管理、系统平台管理、用户权限管理和部件运行状态管理等模块。主要目的是通过优化控制系统功能来提升提升机的运行效率。其中，提升过程分析主要是针对提升机的提升、卸载以及制动等主要作业环节进行系统分析，并且通过系统获取的环境参数和提升机承载量等参数将提升机的提升过程以图形或者数据的形式表现出来。在针对提升机设备进行管理时，可以参照这些数据信息，明确了解设备运行状况，并制定合理的设备管理方案。

此外，提升机自动控制系统还包括任务设置、权限设置、图表和录入查询等功能。用户可根据自身的管理需求和应用需求对页面进行合理设置。管理界面的功能分布和任务分组较为合理，用户还可根据自身需求对数据显示形式进行科学设置，访问系统时可以提取相应的数据信息，使设备管理任务更为便捷。

3.1 系统界面功能

系统界面是访问和管理自动控制系统的主要访问端口，在用户服务界面中支持任务统计接口和服务类型数据接口。在提升机运行过程中所产生的大部分数据信息均可通过上述接口传输至数据库。而任务管理器则可通过对数据信息的汇总处理形成自动控制系统要求的标准数据类型。系统界面功能可对自动控制系统运行中的各类数据信息进行有效展示。

3.2 设备监控管理功能

设备监控管理功能主要针对提升机自动控制系统运行中提升机提升和卸载的整个作业过程中涉及的设备进行监控管理。在自动控制系统的作业下，可对井下提升作业环境参数和提升机的提升作业参数进行全面获取，并根据系统分析结论对各类设备的运行状态进行及时了解。这可为设备管理工作提升可靠的参数，一旦发生运行参数异常现象时，也可及时做出响应，降低设备故障对提升机运行效率的影响。

4 结束语

在当前的煤矿事业发展背景下，对煤矿开采效率和煤矿产品的质量提出了全新的要求，这也意味着煤矿开采技术需要面临新的挑战。如何提高煤礦开采技术水平，推动煤矿事业的健康稳定发展成为当前需要研究的重点课题。其中，对煤矿开采效率具有重要影响技术的提升机技术，提升机的运行效率和运行安全直接关系煤矿开采的作业效率和作业安全。因此，文章围绕矿用提升机的自动控制系统优化方案展开研究，有望在今后的煤矿开采作业中不断总结作业经验，增强提升机控制系统的应用效果，提高煤矿生产作业的整体水平。

参考文献

[1] 陈超.PLC在矿井提升机控制系统中的应用[J].内燃机与配件，2020（6）：215-216.

[2] 马宁，刘阳，王立杰.矿井提升机系统的智能化的应用[J].中国金属通报，2020（2）：34-35.