矿井提升机控制系统发展的研究

矿井提升机恒减速控制系统研究摘要：矿井提升机在大型煤矿中起非常重要的作用，运输矿井中的各种设备及原煤等，由于矿井提升机控制系统效率低下，难以满足自动化程度越来越高的煤矿设备，因此，提出了一种矿井提升机恒减速系统，并介绍了该系统的工作原理和系统组成，通过实践应用研究了该系统的可靠性和工作效率。

关键词：矿井；提升机1 矿井提升机恒减速控制系统发展现状现阶段矿井提升机控制形式包含有在工作周期截止时制动以及产生不安全行为时制动，同时在工作周期截止时控制制动是常见控制形式，因为在矿井提升机正常工作时，提升速度超过安全限定，产生不安全行为，引发安全制动频率较低，对保护操作人员以及设备安全都有着非常重要的意义。

目前制动系统方式包含以下几种，分别为恒力矩一级制动、二级制动、恒减速制动。

恒力矩制由于制动时力矩不变，不能实现不同工况力矩匹配，进而导致设备受冲击过大，降低其使用寿命。

而恒减速制动为闭环控制，能在不同工况下更加灵活的匹配力矩，因此能很好地解决上述问题。

本文针对传统的提升机存在的问题，研究了矿井提升机的恒减速的控制系统，并对其进行进一步的优化改进，提高了矿井提升机的安全性，提高了狂劲提升机的工作效率，为其在矿井中工作提供了安全保障。

2 矿井提升机恒减速控制系统方案设计2.1 矿井提升机制动系统概述矿井提升机的制动系统是决定提升机安全性能最重要的部分。

图1为矿井提升机示意图。

由制动闸组及液压和电气部分共同组成制动系统，我国当前比较常见的制动方式包括工作制动和安全制动，安全制动是在生产活动中，由于提升机或其他生产设备出现故障，为了保障人员及设备的安全而采取的制动。

而矿井提升机在正常的生产活动中完成一次或一段工作时间段后，工作人员停机或检修而进行的制动被称为工作制动。

安全制一般会对生产设备或人员造成一定的损伤，一般在正常的生产中不易发生。

但安全制动也在一定程度上提高了人员及设备的安全性。

在安全制动中可以分为恒力矩安全制动和恒减速安全制动，恒力矩也有两级制动之分。

矿井提升机电气控制关键技术及展望以矿井提升系统的安全可靠性和技术先进性为基点，论述了提升机的直流传动、交-交变频传动和交-直-交变频传动技术，提升机自动运行方式、提升机（位置、速度、转矩）三闭环控制技术、3大控制回路（安全、电气停车、闭锁）控制技术、双PLC控制的主控、监控技术及传感器信号的双路检测技术。

希望本文的论述能为以后的具体工作起到实际的参考作用。

标签：矿井提升机；电气控制；关键技术矿井提升系统是连接井下与井上的重要生产环节，担负着煤矿的煤炭和辅助运输的提升和运送任务。

矿井提升系统是周期性动作的输送设备，需要频繁地正、反转和频繁起、停车。

国内提升系统的安全事故主要有断绳、过卷、卡罐、跑车、滑绳等。

例如某矿副井罐笼提升，在提升机检修后故障开车发生坠罐事故，造成罐笼内十几人全部死亡。

矿井提升机电气传动系统是为使绳端提升容器在各提升水平装、卸载点间按预定速度图运行，用以实现矿井提升机电气化及自动控制而构成的相互关联的一组单元。

电气传动系统由提升电动机、电源装置和控制装置3部分组成。

提升机电气控制系统设计应确保提升系统的安全可靠性；完善设备选择的经济合理性；提高提升装备的技术先进性；满足提升配置的整体适用性；实现操作维护的简便快捷性。

近十年来随着矿井生产规模增大、开采深度增加和提升系统安全可靠性的提高，矿井提升设备得到飞速发展，各种新技术得到广泛使用，提升系统电气控制水平已达到国际先进水平。

箕斗提升自动化水平不断提高，许多矿井的主井提升已实现了无人值守运行。

1 电气传动系统的技术发展及存在问题1.1 直流传动装置矿井直流提升机传动方案有2种，一种是由发电机和电动机组成的G-M系统，《煤炭生产技术与装备政策导向》（2014版）已禁止使用。

另一种是由晶闸管和电动机组成的V-M系统。

该系统出现于1960年，传动系统由12个晶闸管功率器件组成，通过调节触发装置的控制电压来移动触发脉冲的相位，改变整流电压，从而实现平滑调速。

矿井提升机电控系统原理设计摘要我国矿井提升机大多是采用交流异步电机拖动，其电气控制系统采用转子串、切电阻调速，由继电器-接触器构成逻辑控制装置。

本文以安全、可靠、高效、经济为出发点，以可靠性原则为依据，对矿井交流提升机电控系统进行研究设计，由可编程控制器(PLC)代替继电器-接触器构成的逻辑控制装置。

其中简单介绍了国内外矿井提升机发展概况，提升机机械结构、工作原理，分析了其技术经济性。

对于PLC的控制原理及应用做了一般性的介绍。

详述了提升机电控系统和调速原理，如：测速部分和保护部分。

本文以TKD-NT 单绳缠绕式矿井提升机为例，提出了研究设计方案，并且在实践中成功实施。

PLC电控系统实现了对提升过程的程序控制，精度高；实现了速度、电流以及矢量的数字交换等，对提升机进行闭环调节；实现行程、速度等重要参数及提升状态的监视；实现无触点控制，寿命长，可靠性大大提高，具有良好的控制监视系统；实现了显示、记录等有关数据的全部自动化。

关键词：矿井交流提升机，PLC，调速，电控技术研究THE DESIGN OF ELECTRIC CONTROL SYSTEMBASED ON MINE ELEVATORABSTRACTIn China, mine elevator whose electric control system uses speed regulation by means of stringing and slicing the rotor resistance, and it constitutes the logic control device by the relay and contactor adopting the means of the drive of AC asynchronous motor in most cases. This paper which studies and designs the electric control system of AC mine elevator, adopting PLC which takes the place of the logic control device constituted by the relay and contactor takes the security, reliability, high efficiency, economy as a starting point, and takes the reliability principle as the basis. There into, this paper gives a brief introduction on the development of mine elevator in home and abroad, its framework and theory, while doing some economic study. Then, it introduces the theory and application of PLC simply. On the side, it goes into particulars about electric control system, for example, speed measurement and safeguard. This paper sets TKD-NT elevator for an example, proposes the research and design plan which puts in practice successfully. The electric control system based on PLC has carried out the procedure control of hoist process and high accuracy, closed-cycle control of mine elevator through speed, electric current as well as digital switching of vector and so on, the monitor of important parameters such as the distance of travel, speed, the state of hoist. In addition, the system also has carried out contact less control, long life-span, reliability greatly improved, good control supervisory system and completely automation of relevant data’s demonstration, recording and so on.KEY WORDS: AC mine elevator, PLC, speed regulation, electric controltechnology research目录前言 (1)第1章国内外矿井提升机发展概述 (2)§1.1国外矿井提升机现状 (2)§1.2我国矿井提升机电气控制系统的现状 (2)第2章提升机机械结构及工作原理 (4)§2.1机械结构 (4)§2.2工作原理 (5)第3章串电阻调速系统 (7)§3.1串电阻调速系统原理 (7)§3.2串电阻调速程序 (8)第4章提升机电控系统构成 (14)§4.1引言 (14)§4.2主回路 (15)§4.3测速回路 (16)§4.4安全回路 (16)§4.5控制回路 (18)§4.5.1 信号回路 (18)§4.5.2 电机正反转回路 (18)§4.5.3 制动回路 (19)§4.5.4 转子电阻控制回路 (19)§4.6监控系统 (20)§4.6.1 上位机 (20)§4.6.2 操作台 (21)第5章PLC 操作主控系统原理及应用 (22)§5.1PLC系统组成 (22)§5.2各单元基本特点 (22)第6章技术经济性分析 (24)结论 (26)致谢 (27)参考文献 (28)前言矿井提升机常被人们称为矿山的咽喉，是矿山最重要的关键设备，是地下矿井与外界的唯一通道，肩负着矿石、物料、人员等的重要运输责任。

煤矿立井提升机电气自动化控制系统应用研究1. 引言1.1 研究背景煤矿立井提升机电气自动化控制系统应用研究引言：随着煤矿开采的深入和煤矿工程的发展，煤矿立井提升机作为煤矿生产中重要的输送设备，其安全性、高效性和可靠性越来越受到人们的重视。

传统的提升机控制方式存在着操作繁琐、安全隐患大、效率低等问题，亟待解决。

电气自动化控制技术的不断发展和应用，为提升机的控制方式带来了新的思路和可能性。

煤矿立井提升机电气自动化控制系统的应用，将提升机的控制中心从人工操作转变为自动化控制，能够实现设备的智能化、自动化运行，大大提高了生产效率和作业安全性。

结合先进的传感器技术和数据处理技术，可以实现对提升机运行状态的实时监测和智能分析，及时发现并解决潜在问题，确保设备运行的稳定性和安全性。

开展煤矿立井提升机电气自动化控制系统应用研究，具有重要的现实意义和实用价值。

本文将针对该领域进行深入探讨和研究，探讨其在煤矿生产中的应用前景及发展方向。

1.2 研究意义煤矿立井提升机电气自动化控制系统是煤矿生产中至关重要的设备，其自动化水平的提高直接影响到煤矿生产效率和安全性。

煤矿作为重要的能源行业，其生产安全和效率一直备受关注。

传统的手动操作方式存在着很多局限性，如操作不便、生产效率低下、安全隐患较大等问题。

煤矿立井提升机电气自动化控制系统的应用研究具有重要的意义。

通过对煤矿立井提升机电气自动化控制系统的研究，可以实现提升机的智能化控制，提高生产效率，降低人力成本，减少事故发生概率，提升工作安全性。

电气自动化控制系统的应用还可以为提升机的远程监控和故障诊断提供便利，实现设备的及时维护和管理，进一步保障矿井设备的正常运行。

煤矿立井提升机电气自动化控制系统的研究具有重要的现实意义和应用价值，对煤矿生产的安全稳定和高效运行起着至关重要的作用。

2. 正文2.1 立井提升机概述立井提升机是煤矿井下运输设备中的一种重要设备，具有运送人员和物料的功能。

矿井提升机的综合自动化控制系统摘要：矿井提升机为矿山咽喉设备，除电力传动系统可靠运行外，需对提升机电气设备及机械设备的运行状态进行监视及控制，提高电控系统的可靠性、控制精度和性能。

完善的综合自动化系统对提升机安全运行有着重要的意义。

关键词：提升机；自动化；控制前言提升机电气设备和机械设备比较复杂，运行可靠性要求高，故障检测处理及保护电路比较复杂，随着电力科技技术的发展，提升机电气控制、保护措施自动化系统已发展到第三代多PLC和智能化仪表数字控制以及上位机监控、数据采集及远程故障诊断编程系统。

1提升机操作系统1.1 操作台操作台为分体式结构，由控制台，制动台，仪表指示台组成，中间设有司机座椅。

控制台和制动台上设置有各类操控手柄、开关和按钮等。

仪表台上设置有各类仪表及指示信号等。

司机可操作操作台上的开关及按钮来控制提升机运行，并通过指示灯和显示仪表以及工业控制计算机及时了解提升机的运行状态及运行参数。

1.2上位机监控系统主要实现人机界面及画面显示，人-机通信、监视、控制与操作，各个子系统画面显示。

主要监控功能为提升系统动静态画面生成；故障自检显示、报警；各类报表生成；提供首次报警记录等。

2提升机控制系统2.1主控PLC系统主控PLC是网络控制系统的主站，主要用来实现逻辑联锁控制和安全监视、保护。

完成除闭环控制外的整个提升机电控系统的信号处理，数据运算，通信控制，系统管理等。

2.2 监控PLC系统主要实现安全监视和保护。

主要保护和闭锁功能（1）立即施闸类故障保护：（2）终端施闸类故障保护：（3）电气制动类故障保护（4）系统闭锁功能（5）部分行程参数信号逻辑运算处理，自动产生速度给定信号。

（6）控制提升容器停车精度<1cm。

（7）将信号处理成位置和在线速度显示等2.3 UPS不间断后备电源UPS电源用于控制，监控，等设备的电源后备支持。

当发生电源故障时，给闭环控制，以及PLC的供电将继续维持直到提升机停止且制动闸已经合上。

矿井提升机电控系统的发展张　娟(中国矿业大学信电学院,江苏徐州221008)[摘　要]根据矿井提升机电力拖动技术的发展过程,介绍和分析了绕线型异步电动机交流拖动、发电机-电动机直流拖动、晶闸管整流装置供电的直流拖动和交-交变频器供电的交流拖动等四种拖动方式。

[关键词]矿井提升机;交流拖动;直流拖动0　引言矿井提升机是矿山企业的关键机电设备,对矿井的生产及安全起着非常重要的作用。

由于提升机的生产工艺要求比较高,所以它的电气传动及控制一直是各国电气传动界的一个重要研究领域。

本文根据矿井提升机电力拖动技术发展的过程,对各种拖动方式进行介绍和分析。

1　交流绕线型异步电动机拖动[1]是矿井提升机电力拖动发展的第一阶段,大体在20世纪50年代至60年代初,采用的是“异步电机+转子串电阻加速+高压接触器换向+动力制动(或低频拖动减速)+继电器控制”方式。

由于鼠笼型异步电动机很难满足提升机起动和调速性能的要求,因此,在这一阶段,矿井提升机多采用绕线型异步电动机进行拖动。

绕线型异步电动机转子回路串电阻后能限制起动电流和提高起动转矩,并能在一定范围内调速。

具有结构简单,坚固耐用,建筑面积小,维护方便,价格低廉,安装调试方便等优点。

缺点是启动阶段电能损耗较大,当用于要求频繁启动或不同运行速度的多水平提升机时,问题就更为突出,但用于单水平深井提升时,提升效率与用发电机组供电的直流拖动系统相当。

此外,由于靠切除转子回路电阻进行调速,所以系统的调速性能不好,调速范围小且为有级调速。

如果选用了动力制动、低频制动、可调机械闸、负荷测量、计量装载等辅助装置后,运行性能将会大有改进。

目前,在我国中小型矿山或中等深度以下的矿井中,还有一定的市场。

受交流开关容量的限制,单台交流拖动的电动机容量一般不大于1000kW,当功率超过1000kW而又选用这种拖动方式时,可利用2台绕线型异步电动机组成双机拖动系统。

与单机拖动系统相比,双机拖动系统有以下几个特点:(1)如果生产条件允许,2台电动机可分期安装。

浅谈煤矿矿井提升系统摘要：随着煤矿开采的推进，煤矿开采的深度在逐步加深，开采难度也在逐渐增大，矿井提升设备在煤矿生产中起着“承上启下”的“桥梁”作用，其在煤矿生产中，不仅承担着运送人员、物资及设备的任务，同时也是地下与地上沟通的主要环节。

矿井提升系统不仅决定着煤矿生产的效率，而且会对井下施工人员的生命安全产生重要影响。

本文主要介绍了矿井提升系统的基本概念、矿井提升系统的基本概念、矿井提升系统的日常维护以及相关结论，以其对矿井作业工作有相应的指导意义。

关键词：煤矿；矿山；矿井；提升系统近些年来伴随着科技的进步，煤炭开采的机械化水平也不断提高，其中一个最为显著的标志就是煤矿提升设备。

提升设备在煤矿安全高效生产中扮演着重要的角色，不论是井下员工的输送，还是提煤、下料、运送其它机械设备都离不开矿井提升系统，可以说矿井提升系统是煤矿生产的咽喉，直接制约着煤矿生产的效率及水平。

随着微电子技术及计算机技术的迅速发展，智能型全数字交流提升电控系统，采用可编程控制技术，在确保提升机安全可靠运行的前提下，提高了系统的运行质量，减少了操作难度和维修保养时间，并能把安全隐患降到最低点，煤矿生产中得到了广泛应用。

一、矿井提升系统的基本概念矿井提升系统就是通过定井口、井筒和井底的设备、装置进行上下提升运输工作的系统。

所需设备和装置包括提升机、井架、天轮、钢丝绳、连接装置、提升容器、井筒导向装置、井口和井底的承接装置、阻车器、安全闸以及信号装置等。

根据主要设备、装置、用途及工作方式的不同特点可分为不同系统。

二、矿井提升系统的分类和组成矿井提升系统主要由矿井提升机、电动机、电气控制系统、安全保护装置、提升信号系统、提升容器、提升钢丝绳、井架、天轮、井筒装备及装卸载附属设备等组成。

按井筒倾角和提升容器，可分为立井提升系统和斜井提升系统。

2.1立井提升系统立井提升系统可分为立井罐笼提升系统、立井箕斗系统、立井吊桶系统。

以立井箕斗系统为例对其工作原理和工作过程进行简要说明。

矿井提升机电控系统的现状与发展趋势0 引言矿井提升机又称为矿井卷扬机。

作为井上与井下的唯一输送通道，矿井提升机承担着人员、物料、设备和煤炭等的运输任务。

矿井提升机属往复运动的大型生产机械，它具有自身惯性大、载荷能力强，载荷及其变化也大、载荷性质属位能性负载、运行速度快、调速范围广等一系列的优点，矿井提升机运行的状况，关系着矿井的正常生产，而且还影响着矿井的设备安全和矿工的人身安全。

由于矿井提升机的生产工艺和安全性的要求越来越高，其机械制造技术和电气控制技术也就成为各国机械制造界和电气传动界的一个重要的研究课题。

随着高产高效矿井的迅速发展，更有利的促进了矿井提升机朝着大容量、大功率、高效率、高安全性、高可靠性、全数字化及综合自动化的方向深入发展。

1 矿井提升机控制系统的发展现状根据提升机对电控系统的要求，提升机的电气可分为直流传动和交流传动两大类。

直接传动即对直流电动机的速度控制。

直流电动机由于具有良好的调速特性、宽广的调速范围和易于实现四象限运行等优点，很适合在需要调速和频繁正反转的矿井提升机中作拖到应用。

随着电力技术的发展，特别是晶闸管的出现，对要求较高、容量较大或多水平开采的矿井，其提升机几乎都采用了晶闸管交流装置供电的直流电传动系统（V-M系统）。

但是直流电动机需要设置机械换向器和电刷，不仅需要经常维护，影响运行可靠性、而且电刷容易产生火花，限制了使用场所，特别是由于存在换向问题，难以制造出大容量、高转速、高电压的直流电动机来，使得目前3 000r/min左右的高速直流电动机，最大容量只能达到400kW～500kW；低速直流电动机只能做到两三千千瓦，已经越来越难适应现代矿井提升机向着高速大容量化发展的需要。

交流传动即对交流电动机的速度控制。

交流电机，尤其是笼型异步电动机，由于结构简单、制造方便、造价低廉、坚固耐用、无需维修、运行可靠，更可用于恶劣的环境之中，特别是能做成高速大容量，更适应在高速大容量的矿井提升机中作拖动应用。

国内矿山行业已经发展到一个特殊阶段：设备自动化程度不断提高，设备操作人员工作简化，但人员费用随社会发展不断提高，使减员增效成为现实的迫切需求；另一方面，设备网络化程度越来越高，光纤网络、5G及云平台等技术得到广泛应用，在安全得到保证、技术手段完善的前提下，远程监控和控制的做法被普遍接受。

随着国家智能化矿山建设政策的大力推行，矿井提升机的智能化、无人化、信息化是必然的发展趋势。

提升机作为矿山咽喉设备，近年来无人化一直是关注焦点，提升机的无人值守势必带来安全运行、设备监控等问题，安全平稳运行必须具有完善的安全保护和安全联锁，提升机必须能够进行远程的全面监控；设备健康状态诊断也非常重要，除了提升机电控设备、液压设备检测，还有对于电机、轴承、减速器等设备的温度、振动检测，其数据分析、故障定位、预警报警、智能化是进一步发展的方向。

1 研究内容和方法根据智能化需求推动远程集中控制技术快速发展，主井提升机负荷稳定且工况单一，无人值守较副井更易实现，西门子公司最早在国内煤矿有主井机房无人值守应用案例。

国内知名电控厂家都在进行主、副井无人值守相关研究，随着近几年技术的成熟，在国内金属矿山主、副井提升机上已开展无人值守的应用，特别是金属矿多水平副井电梯式无人值守减员增效效果显著。

而煤矿矿井提升机及井筒装备的智能化和无人化也在蓬勃的开展，该方案融合了当前先进的实时以太网技术、自动化控制及检测技术、无线通讯技术，方案的实施在国内矿井提升机方面处于技术前沿水平。

本系统囊括了诸如实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全以及网络安全等当前自动化领域的先进技术的PROFINET新一代工业以太网技术的自动化总线标准，采用西门子S7-1500系列PLC的PROFINET实时以太网技术，在主井机房增加传感、可编程、视频及网络设备，完善现有提升机检测和监控，通过光口交换机连接主井机房及副井机房，主井所有数据通过光纤远程连接至副井机房及调度中心，实现主井全自动运行，机房无司机值守，在调度中心或副井机房远程监控主井提升系统。

矿井提升机电控系统介绍矿井提升机在矿山和其它类似应用中起到了至关重要的作用。

它们用于将矿石、煤炭和其他物料从地下提升到地面。

矿井提升机的电控系统扮演着关键角色，它负责控制提升机的运行、监测其状态并确保操作的安全性和可靠性。

本文将介绍矿井提升机电控系统的架构、功能和关键技术。

架构矿井提升机电控系统通常包括以下几个关键组件：1.主控制器：主控制器是电控系统的核心，它负责接收操作员的指令、监测提升机的状态，并根据需要控制电机和其他执行器的运行。

2.电机驱动器：电机驱动器将主控制器发送的指令转化为电机可以理解的信号，以控制电机的转速和方向。

3.传感器：传感器用于监测提升机的状态，例如提升机的位置、负载重量、速度等。

这些传感器可以是位置传感器、重量传感器、速度传感器等。

4.安全系统：矿井提升机的安全性至关重要，安全系统用于监测潜在的危险情况，并在必要时采取相应的措施，例如紧急停机、报警等。

5.通信模块：通信模块用于与其他系统进行数据交换，例如与监控系统、调度系统等进行通信。

功能矿井提升机电控系统的功能主要包括以下几个方面：1.运行控制：电控系统可以控制提升机的启动、停止、运行速度和方向。

它可以根据操作员的指令以及传感器的反馈信息，智能地调整提升机的运行状态。

2.故障检测与诊断：电控系统可以通过传感器监测提升机的状态，并及时检测和诊断故障。

一旦发现故障，系统可以发送警报并采取相应的措施，例如停机或切换到备用系统。

3.安全保护：电控系统可以通过安全检测和控制功能确保提升机的安全运行。

例如，它可以监测提升机的负载重量，当超过额定载荷时，系统会发出警报并停止运行，以防止提升机超负荷工作。

4.数据记录与分析：电控系统可以记录提升机的运行数据，例如运行时间、负载情况、故障情况等。

这些数据可以用于后续分析和优化工作，以改进提升机的性能和可靠性。

关键技术矿井提升机电控系统的设计和实现涉及了多种关键技术，包括但不限于以下几个方面：1.PLC（可编程逻辑控制器）：PLC是常用的控制设备，可以灵活地实现逻辑控制和数据处理。