煤矿提升机电控系统设计与分析 姜海滨 董璇 吴玮 （１．江西省建新煤矿；２．江西省丰城市丰龙矿业有限责任公司，江西丰城３３１１００） 摘要：文章对煤矿提升机电控系统进行了详细分析设计，首先介绍了提升机电控系统技术的应用现状，在此 基础上重点研究了提升机电控系统的设计，给出了基于ＰＬＣ和计算机实现的上下位机电控系统模式，以及 电控的基本结构组成，并针对其中的变频调速关键技术问题给出了相应的解决措施与方案，对于进一步提高 我国煤矿提升机电控系统设计应用水平，具有较好的借鉴指导意义。 关键词：煤矿提升机；自动化控制；电控系统；信号采集系统 中图分类号：ＴＤ６３３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—２３７４（２０１２）０１＿００５３—０２ 提升机承担着运输煤矿货物、设备以及人员从地 面到地下或者从地下到地面的任务，一直被认为是煤 （二）直流电控系统 我国直流拖动电控系统的矿井提升机目前应用的 还不多，仅仅在少数大型煤矿配备了直流电控系统。 矿运输系统的咽喉设备，提升机一旦发生故障，轻则 停产导致巨大损失，重则引发人身安全事故，因此对 于提升机控制的安全可靠一直是煤矿机电科及机电工 程师需要重点解决的问题之一。 直流电控系统采用变频器实现对提升机的变频拖动， 一方面不仅仅大大提高了调速的经济性，更重要的是 利用变频器能够很轻易的实现无极调速，从而大大提 高了提升机的过载能力，提高了生产效率；另一方 面，随着电力电子技术的发展，采用可控晶闸管整 流装置得到的直流电源作为直流拖动电控系统的驱动 本论文主要结合提升机的运行特点，对其机电控 制系统进行深入分析探讨，以期从中能够找到合理有 效且安全可靠的机电控制系统设计运行方案，并以此 和广大同行分享。 一电源，能够更加平稳平滑的实现无极调速，运行效率 高，适用范围广。 、矿井提升机电控系统技术的应用现状 由于矿井提升机在安全性方面的极端重要性，因 （三）微机控制电控系统 随着工业控制技术的发展和计算机技术的发展， 逐渐出现了微机控制的电控系统，具体来说分为上位 机和下位机。 １．下位机控制。目前应用的最为广泛的下位机 此各个国家都大力致力于矿井提升机电控系统的研 究，因此，也有人将提升机电控系统的水平看做是 一个国家传动控制水平的体现。我国煤矿井道情况 较复杂，提升机电控系统无法做到国外那样大型而智 能化，但是我国对于提升机电控系统的研究和开发也 是非常重视的，并且也取得了一些成果。结合目前我 控制器是可编程逻辑控制器，也称作ＰＬＣ，利用ＰＬＣ实 现对提升机的深度、拉力、电流、速度等状态参数的 实时监测和控制。利用ＰＬＣ实现对矿井提升机的控制 的同时，具有很好的故障诊断能力，这是以往的控制 系统所无法实现的功能。 ２．上位机控制。利用计算机实现对提升机工作 过程和工作状态参数的实时监测，并利用组建的网 国各大煤矿提升机电控系统的运行情况来看，我国矿 井提升机电控系统的主流应用技术体现在以下几个 方面： （一）交流电控系统 我国现有的矿井提升机中，大约有超过一半甚至 更多的提升机，采用了交流拖动电控系统。交流拖动 电控系统最大特点是采用改变转差率ｓ的方法来实现 调速，没有实现无极调速，且调速过程中会产生大量 的转差功率，使得大量电能消耗在转子附加电阻上， 导致电控系统的调速经济性很差。 络传输相应的控制指令，实现对矿井提升机的远程 监测与控制，这是目前电控系统的最新发展趋势。这 种电控系统不仅能够实现对提升机的状态监测，而且 还能够实现远程控制，具备一定智能程度的故障诊断 模式，因此这种智能化的电控系统得到了广泛的应用 发展。 ２０１２ ０１ ｏ中闽高新：岐＝糊 ５３ 二、基于ＰＬＣ＋计算机模式的提升机电控 系统设计研究 （一）电控系统的基本组成 成套电控系统主要由高压配电系统、低压配电系 统、操作系统、安全保护系统、监控系统、全数字变 流驱动系统组成。电气操作系统采用西门子公司原装 ￥７－３００系列的可编程序控制器作为操作控制主控单 元，安全保护采用软、硬件两路安全回路实现双重保 护；监控计算机由工业控制计算机配备通讯软件构 成，可对提升机全行程各重要参数进行监控。 主电控系统主要由电源电路、ＰＬＣ保护回路、驱 动电路及其必要的控制回路组成。电源电路主要是实 现交流电源转直流电源，并且配合变频器设计相应 的电源电路，实现电源高效可靠工作；ＰＬＣ保护回路 主要实现对ＰＬＣ的过流过压保护；驱动电路主要实现 经ＰＬＣ输出回路驱动提升机相应部件完成预期控制动 作。晶闸管直流调速系统采用专用的全数控晶闸管直 流调速装置，可以根据实际的提升机容量及功率配置 相应的配电柜及晶闸管调速模块，共同完成对电动机 供电和调速的功能。 另一方面，配备与过程接口相关的各种电源、继 电器、接口模块、操作台集中显示信号灯，采集、检 测、预处理并显示提升机的各种运行指令、位置信 号、速度信号、故障信号灯，并依据指令、安全信号 的要求实现对提升机的工艺控制和安全保护。电气传 动系统采用恒定磁场电枢可逆串联１２脉动的传动方 案，以西门子公司的６ＲＡ７０全数字直流调速装置为电 枢和磁场的调节控制中心，通过反并联的可控硅组 件，实现对提升电机的拖动。 （二）电控系统的控制模式 基于ＰＬＣ＋计算机模式的提升机电控系统，其控制 模式分析如下： １．信号采集系统。信号采集系统主要是由下位 机完成的，也就是ＰＬＣ控制器，负责实时采集矿井提 升机的各项工作参数和状态参数，采集参量按其性质 可分为模拟量采集和数字量采集，模拟量经过ＰＬＣ的 模拟量入口进入ＮＰＣＣ内部，数字量经过ＰＬＣ的开关量 入口进入到ＰＬｃ内部，由ＰＬＣ内部程序实现对各个工作 参数和状态参数的处理，并经过传输网络传送至上位 机计算机，由专用的组态程序实现对相关参数的实时 显示。 ５４ ｏ中阖高斯ｔｆｇ４＂￣２０１２ Ｏ１ ２．上位机监控系统。上位机监控主要采用专用 计算机实现，配备数据采集卡模块，利用组态软件设 计专用的上位机显示控制程序，～方面用以实时显示 远程采集到的工作参数和状态参数，另一方面用以下 达远程控制指令，实现对提升机的远程电控。 （三）提升机电控系统变频调速技术的实现分析 当ＰＬＣ控制变频器启动后，变频器的工作状态参 数，比如电压、电流、功率、频率参数都会实时被采 集传输ＮＰＣＣ内部，ＰＬＣ根据预先编制好的程序，对 电机转速进行采集和对比，当电机转速过高，则对频 率进行调整，降低频率以实现降低电机转速，从而降 低了提升机的运行速度；若电机专属过低，则变频器 自动提高运行频率，实现无极调速，提高电机转速以 提高提升机运行速度，从而达到变频无极平滑调速的 目的。 ＰＬＣ在完成对变频器工作参数和提升机工作参数 采集监测的同时，还控制着变频器启动和接收变频器 故障报警信号的功能，通过提升机内的电流变送器自 动过载或者电机堵转等故障，使变频器控制电机在故 障后自动停机；另外，变频器本身具有过压、过流、 断相、过热保护和故障显示等功能。 三、结语 煤矿提升机对于整个煤矿的安全生产具有决定性 影响，本论文重点对提升机电控系统进行了分析设 计，给出了基于ＰＬＣ和计算机模式的提升机电控系统 设计方案，并对其电控系统设计方案的关键实现技术 问题进行了研究，给出了相应的解决措施和建议，对 于进一步提高我国煤矿提升机电控系统设计应用水平 和提高煤矿安全生产具有较好的指导意义。０ 参考文献 ｆ１】何凤有，谭国俊．矿井直流提升机计算机控制技术 ． 徐州：中国矿业大学出版社。２００３． ［２］邓玉博．浅谈矿井提升机电力拖动的发展现状Ｕ】．科技 创新导报，２００８，（１３）． ［３】王侃夫．ＰＬＣ变频恒压供水系统的电气设计Ｕ】．上海电 机学院学报，２００５，８（３）． ［４】张西虎．一种闭环恒压供水系统设计Ｕ】．机械与电子， ２００１。（２）． （责任编辑：陈倩）
