电气自动化控制技术在矿山生产中的应用

张虎

（湖北大峪口化工有限责任公司 湖北省钟祥市 431911）

1 电气自动化控制技术在矿山生产中的应用重要性

近年来，电气自动化控制技术在矿山生产领域得到了较为广泛的应用，极大的提升了矿山的生产规模和效率，为矿山企业经济效益的提升提供了可靠的技术支持。其中，斜井绞车提升是自动化控制技术在矿山生产应用中的典型技术成果代表，该技术采用交流绕线式电机串电阻调速系统的结构设计，通过继电器接触器来实现对电阻投切的稳定控制。

该技术类型的控制系统可以每日保持超过20小时的调速状态，能够频繁的完成接触器动作，这样提升机交流接触器的主触头就会容易加速氧化过程，从而频繁出现损坏；当提升机处于爬行状态下，其需要低速电动控制才能正常运行，这时电动机的转子电路的电阻数量就会明显增多，从而让其保持非常柔软的机械特性；提升机在工作状态下表现出的情况非常复杂，其负载性能时大时小，运行速度时快时慢，因此需要采用多次通电或投切电阻的方式来对其的提升速度进行稳定有效的控制，但是这反而加剧了提升速度的不稳定现象，操作控制难度较大。串电阻调速属于有级调速，平滑性、静差率等都不符合要求，在启动和变速过程中会产生较大的电流冲击，而在中高速状态下则会产生强烈的震动，从而使的运行安全得不到有效保证。由于在低速运行状态下，转子电阻数量的明显增多，从而造成了巨大的能量消耗，控制保护回路装置采用简单的继电器设计，需要频繁的接线，从而导致设备的运行的稳定性较差，容易发生损坏，并且这种调速方法设计有着较高的经济成本。

而基于自动化控制技术下的变频调速系统可以有效的解决上述的问题和不足，主要具备以下优点：

（1）故障诊断性能先进高效，操作维护便捷；

（2）运行更加稳定可靠；

（3）调速平滑性优越，运行效率更高；

（4）启动电流低，不会对系统和电网造成较大的影响，并且用电量较小；

（5）自动化控制效果非常非常理想，在斜井提升机的应用中非常重要的组成部分。

2 PLC控制变频器斜井提升机在矿山生产中的应用路径

2.1 设备名称

本文所介绍的PLC控制变频器设备主要包括两种类型，设备名称分别为：主斜井提升机和副斜井提升机，该两款设备系统的设备位号分别为R83022和R85007，型号分别为：2JK-3.5×1.7/20和JK-2×1.5/20。

2.2 主要技术参数

2.2.1 主斜井提升机技术参数

该设备可以达到310日/年，5.5×3小时/日的工作标准，一般安装在室内的地上位置。该设备的卷筒直径为3500，卷筒宽度为1700mm，减速器传动比为20，钢丝绳最大静张力为170kN，最大静张力差为115kN，最大提升速度为6.84 m/s，调速控制系统采用交流变频设计，钢丝绳层数为1层，配备的电机型号为变频电机YPT560-8，电机功率和转速分别为630 kW和r/min738，采用6kV的电压设计，防护等级为IP54，绝缘等级为F，最大提升高度为315m，最多同时提升2个水平，提升机采用的钢丝绳直径为43mm，天轮采用固定式设计，该装置的绳槽底圆直径为ø3500mm，可以一次性满足2个供货数量，液压采用具有电器延时二级制动液压油站，润滑站的型号为XYZ-100，深度指示器为TXP4.0，提升机卷筒结构形式采用带PVC树脂衬垫式的结构设计，减速器规格型号为ZZL1000，电控方式为交流电控，高压变频回馈制动。另外，该设备还要具备矿用安全标志。

2.2.2 副斜井提升机技术参数

该设备的全称为单绳缠绕式矿井提升机，可以满足310日/年，5.5×3小时/日的生产运行需求，主要在室内的地面位置进行安装。该设备的卷筒直径和宽度分别为2000mm和1500mm，减速器传动比为20，钢丝绳最大静张力和最大静张力差均为60kN，最大提升速度为3.87m/s，调速控制系统采用交流变频设计，钢丝绳层数为1层，配用电机型号为变频电机YPT450-8，电机功率为250kW，电机转速为733 r/min，电压为380V，防护等级为IP54，绝缘等级为F，最大提升高度为229m，最多同时提升3个水平，提升机用钢丝绳直径为33mm，天轮采用固定式设计，液压站为具有电器延时二级制动液压油站，润滑站的参数为XYZ-63，深度指示器则是由商家按标准配置，附带牌坊式；提升机卷筒采用带PVC树脂衬垫的结构设计，减速器规格型号为ZZL710，电控方式为交流电控，带动力制动，该设备须具有矿用安全标志。

2.3 电控设计

2.3.1 2JK-3.5×1.7/20型号

2.3.1.1 设计依据

（1）主电机部分的运行相关数据。配备交流变频电动机为630KW，6KV；

（2）电控运行条件和电网条件：最高温度应当达到≥50℃的标准，最低温度应当达到＜10℃的标准。

（3）设备供应商提供两路交流6kV高压主电源供电回路至提升机高压进线柜，一路来保障设备的正常运行，一路则备用。

（4）低压电源为380/220V，采用双回路进线设计，一路用于保障正常运行，另一路则备用。

2.3.1.2 提升任务与要求

该型号设备的传统装置能够在各种提升系统的各种工作场景下得到正常的运行，依据预先设计的速度图和提升要求来对确保提升机的启动运行，从而根据生产需要来完成加速、等速、减速爬行、停车、制动和换向等功能的操控。

2.3.1.3 PLC控制系统

第一，全数字控制系统。该类型系统采用双PLC系统设计，实现“双线制”控制保护效果。诸如安全电路，减速回路等关键电路部分采用软硬件冗余设计和多样化设计。如果在具体操控过程中出现等速超速，减速超速、过卷等故障，可以通过软硬件冗余设计来对设备系统进行二重或三重保护。第二，主要技术参数。在主控PLC操作系统中，安装配备了配置不同的SIEMENS公司的S7-300系列可编程序控制器，能够对提升机的运行中的关键信号部分进行二重或三重保护，并且各个功能的控制也已实现相互的监视。主控PLC操作系统能够根据具体的生产作业情况来自由灵活的完成提升机手动、半自动、自动、检修及故障开车等各种控制功能。监控系统采用工控机，可以完成对多个画面的实时监控，可以实时的掌握系统设备的运行状况，如果系统设备出现故障，将能够第一时间发现并报警；监控系统能够在WINDOWS操作系统的应用下进行编程，相关信息可以在工控机上实现全汉化显示。整个电控系统的操作功能非常人性化，考虑到了多个安装场景，从而为后期的操作维护提供了充分便利。第五，设计配备了软硬件抗干扰措施，防止系统受到外部电磁、供电电源等因素的干扰，确保对电网电压波形的影响达到GB/T14549的标准。

2.3.2 JK-2×1.5/20型

2.3.2.1 设计依据

（1）主电机数据。采用交流变频电动机功率为250 KW，380V；

（2）电控工作条件和电网条件。最高温度应当达到≥50℃的标准，最低温度应当达到＜10℃的标准。

（3）供应商负责提供两路交流380 V主电源供电回路至提升机进线柜，一路来保障设备的正常运行，一路做备用。两路进线处于独立封闭状态，供电系统为中性点接地系统。

（4）提升任务和要求。该型号设备的传统装置能够满足各种环境下的运行要求，并依照前期设计实现启动、运行、加速、减速、爬坡、停车、制动、换向等要求，打动更好的操控感受。

2.3.2.2 技术特点

基于电气自动化控制技术的提升机系统主要包括两套PLC和部分硬件电路等结构组件。该系统采用三条安全电路设计和软硬件冗余设计，极大的提升了提升机的安全性和可靠性。该类型操作系统的具体结构分布如下：

（1）提升机控制系统。该部分系统结构由PLC构成，主要负责提升机各项控制功能的发挥以及运行安全保护；能够实现手动、全自动、检修、慢车、紧急停车等要求，并达到功能的操控和使用；对提升机的操作逻辑进行控制和闭锁；对传动系统的运行速度进行控制与给定；优化信号系统的控制；对提升机机械、液压、润滑等类型故障的检测、监控与报警等；实现编码器之间的相互监控和断线保护；让硬件、软件安全电路之间形成冗余，进而形成相互闭锁状态；对提升机制动系统的工作闸和安全闸进行稳定控制；测量和显示提升机的位置、运行速度等指标信息；根据故障类型，来实现对安全制动故障、先电制动后安全制动故障等有效处理，有效防范安全事故的发生；具备短路、过负荷、漏电、过压、欠压、接地等电气保护功能。

（2）操作和安全保护系统。该系统由Siemens公司之S7-300系列中两套不同配置的编程控制器和两套PLC，两者互为CPU冗余控制。在主控和辅控操作系统之间可以相互通讯和监视，对提升机运行的关键信号采用二重和三重保护设计，可以有效的防止减速、过卷等故障的发生，PLC保证有20%的I/O备用接口。另外，PLC操作控制系统可以实现提升机手动、自动、半自动、检修及紧急控制等各种功能的操作与控制。当提升机处于手动操控状态时，0.1～3.7m/s司机依照信号系统的指示和要求，通过速度给定器件进行提升机操控，让其能够依照预期进行速度运行、自动准确停车、制动减速等，这些功能的操作处理会受到行程控制器的限制。当提升机处于全自动操控状态时，在正常的自动运行逻辑下，司机不需要进行任何操作，只需要对运行状况进行跟踪监视。控制系统会根据实际情况来自动完成一个提升循环，并具有安全联锁。司机只能够完成紧急停车等操作。当提升机处于半制动运行状态时，在运行逻辑正常的情况下，司机可以根据系统发出的卸装信号来启动设备，实现提升机的提升循环，并安全联锁。而系统设备则会自动选择和控制方向，并控制运行速度、自动加减速等功能。在提升机处于检修状态时，检修速度则为0.1～0.5m/s，该状态下，设备不具备自动化控制功能。当提升机处于应急操作运行状态时，如果控制或监控系统出现一定的故障，那么提升系统可以通过手动应急操控的方式来完成本次提升，该方式只需要安装配备传统系统便可以实现。另外，发生紧急情况，司机可以通过急停按钮或脚踏开关完成紧急情况的应对操作。

3 结束语

综上所述，在基于电子自动化控制技术下设计生产的提升机，极大的提升了矿山企业作业效率，在保障安全生产方面也发挥着诸多有益的作用。本文，笔者主要以PLC控制变频器斜井提升机为例，对其在矿山生产中的应用路径和应用操作原理进行了详细的阐述说明，并结合实践操作探索PLC控制变频器斜井提升机的应用更好路径。相信未来随着人们对该技术的深入研究和分析，PLC控制变频器斜井提升机的应用范围将会越来越广，所带来的应用效益也将会越来越高。