矿井提升机调速控制系统探讨

第３期（总第１６６期）　２０ｌ１年６月　机械工程与自动化　ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　＆　ＡＵＴ０ＭＡＴＩＯＮ　ＮＯ．３　Ｊｕｎ．　

文章编号：１６７２—６４１３（２０１１）０３—０１９１—０２　

变频调速在矿井提升机控制系统中的应用　

原慧军　，张燕军　

（１．山西机电职业技术学院，山西　长治０４６０１１；２．武汉军械士官学校，湖北　武汉４３００７５）　

摘要：矿井提升机是矿山地面与井下关键的交通运输工具。采用改变定子供电频率的变频调速与ＰＬＣ结合　实现了提升机的无级调速和电机的易换向，通过上位机实时监测系统的运行位置和速度等各种参数和状态实　

现多种安全保护，提高了整个电控系统的安全可靠性、控制精度及调速性能。　

关键词：ＰＬＣ；矿井提升机；ＰＩＤ；变频调速；应用　

中图分类号：ＴＤ５３４：ＴＰ２７３　文献标识码：Ｂ　

１　矿井提升机的控制系统　

矿井提升机包括主控ＰＬＣ为主的电气控制系统；　

电动机为主的动力源系统；减速器、联轴器和主轴装　

置构成的传动工作系统；液压站和盘式制动器装置构　

成的制动系统；按钮和操作手柄等构成的操纵系统；　

井筒的深度指示器、轴编码器等构成的位置指示和故　

障保护系统以及附属部分。提升机控制系统框图见图　

１。　１．１　主控ＰＬＣ系统　

提升机的主控ＰＬＣ系统采用双台ＰＬＣ，一台为　

主用，另一台为备用，当主用ＰＬＣ发生故障时可以　迅速切换到备用ＰＬＣ，保证系统的正常运行。利用　

ＰＬＣ自身集成的高速计数输入口以及特殊高速计数模　

块的结合，采集安装在电动机轴、主滚筒轴和两个天　

轮的４个轴编码器的参数，同时监视监测提升容器的　

运行位置和速度以及钢丝绳的过卷、过速和松绳等情　

况；ＰＬＣ的Ａ／Ｄ模块采集工作现场润滑站和液压站　

的油压、油温和油位等信号；安装在井筒及深度指示　

器各水平阶段的限位开关或行程开关用来判断提升容　

器的运行位置，实现停车位置的精确可靠控制。　

图ｌ　提升机控制系统框图　

浅析矿井提升机变频调速控制系统　杨荣秀　青岛科技大学　山东青岛　２６６０４２　【摘要】在煤矿和有色金属矿等生产过程中会用到很多的机械设备，　其中的重要设备就是矿井提升机，我们要求它能做到安全性，可靠性，高效　性的运行。从而保证矿井工作环境的安全可靠。所以我们研制了矿井提升　系统，它要求能够在控制系统的环节多，控制过程非常复杂的环境下，能高　速平稳的运行。我们的矿井提升机质量大导致其惯性很大、运行性能复杂　等特点，并且几乎都是在工作状况很差的条件下进行的多样化。电气控制方　式的控制比较精确，它能使提升机实现平稳、安全的运行，可靠的起动与制　动运行，这样不仅使机械磨损大大减轻了，而且大大减少了矿难的发生。现　在矿井的全自动化的控制，对生产矿井提升系统的要求更加的高了，比如设　备的提升能力是系统中的关键部位，要求极高。同样在电气传动方式方面的　要求也提高了。调涛｝生能要好，调速精度要高，能在四象限稳定运行，正、　反转切换要快，动态响应速度要快，制动和定位功能要非常准确等等是电　气传动系统在矿井提升机系统中的要求。　【关键词】提升机；ＰＬＣ控制技术；改造；变频调速　一．电气控制系统在提升机系统中的发展现状　随着微计算机技术的发展，矿井提升机的工作要求使它己逐步应　用于矿井提升机中，其应用主要体现在以下几方面：　（１）提升工艺过程控制　（２）提升行程控制　位置控制是提升机的控制的本质，在工作中的预定地点要保证提　升容器准确停车，不能出现误差要求准确度很高。利用微计算机控制结　合传感器控制信号。传感器将接收到的信号进行精确感知，进行处理，　据此来确定出系统的准确的位置，进而施以控制和保护。　（３）提升过程监视　安全可靠性是第一位的，所以提升过程监视与安全回路一样，是现　代提升机控制的重要环节，是安全可靠的保障。　（４）安全回路　作为矿井保护的最后环节之一安全回路环节极为重要，准确地实　施安全制动，使安全回路具有完善的故障监视功能，这样在安全回路本　身故障时，在提升机本身故障时都可以检测到来避免危险的发生。　（５）系统调速控制实现了全数字化　二，本文研究的任务　本课题主要的研究是控制策略的研究，而矿山生产中研究就是要　通过电液控实时地、准确地使的关键设备是提升机，大转动惯量是提升　机的控制系统，因为强大的惯性力使这样的系统很难并应用于矿山实际　生产中使在规定的要求的速度运行，长期这样将会缩短机器的使用寿　命，严重的将产生脱轨等恶性事故。本文可编程控制器（ＰＬＣ）与变频器　相结合主要解决系统控制策略，使提升机按给定的速度来运行，满足提　升机运行的要求使控制系统的精度和稳定性　简化了控制线路来代替　传统的大型交流接触器是本文的目标，考虑到采用提升机电控系统保　护系统恶劣的使用环境，采用控制功能强大的ＰＬＣ，并应用中断模块及　各种现场抗干扰措施。　三．调速控制系统方案的设计　良好的控制性能为了选择不同的提升机调速控制系统能够取得，　应根据具体要求不同类型的负载的控制方案，使用性能的关键所在是　控制方式来决定提升机。所以常用的控制方式主要有：转子回路串电阻　调速、在以达到经济、实用为准选用调速控制系统时结合矿井的生产规　模要按负载的特性要求模糊控制等。　（１）转子回路串电阻调速　在速度提升的过程中，交流接触器依次逐步闭合，使得转子回路中　的电阻逐步减小，从而保证了加速力矩的平均值不变。本文采用动力制　动方案解决了减速时的负力问题，电动机工作在发电状态，此时定子侧　的高压电源被切除，加上直流电压，或在定子侧加上低频电源。这种拖　动方案系统的缺陷是开环控制而且有级调速，很难准确地控制加速度，　导致调速精度低ｔ本系统采用触点控制，使用的开关数量多，而且开关　的容量也极大导致了系统维护工作量大，得不到高的可靠性　本系统低　速时大部分功率都消耗在电阻上使得运行效率低；电机的机械特性偏　软。虽然这种调速方案存在诸多不足，但简单的控制方式、小的初期设　备投资，使许多中小矿井的提升机仍采用这种调速方案。　（２）模糊控制调速系统　模糊控制的基本思想是通过模糊作用集，把人类专家作用于控制　策略总结成被控对象或过程控制，表达式的对特定形式表示的被控　对象推理处理或过程得到控制一系列条件语句以ＩＦ（条件）ＴＨＥＮ（作　用）控制规则作用集为一组，如模糊语言集“正大”、“负大”、“高”、　“低”、状态条件和控制作用均为一组被量化了的。　（３）矿用提升机系统的模糊控制原理图　在采用二维的输入变量对提升机的控制中，即使用转速误差。实现　的误差的变化率的模糊控制系统的原理框图如下图所示：　模糊控制系统原理框图　ＰＬＣ通过采样获取被控量的值与从变频器反馈给提升机的信号通　过旋转编码器检测完毕后送到输入端比较后再作为输入，分成了两部　分误差信号ｅ和误差变化率ｄｅ／ｄｒ，两者被模糊化后分别输出模糊量Ｅ、　Ｅｃ，模糊量Ｅ、Ｅｃ同时进入模糊推理阶段，经过推理后得到了模糊推制　量Ｕ，模糊推制量Ｕ再经过解模糊得到控制信号ｕ，控制信号ｕ送入变频　器来控制它的运行。这种闭环控制的信息简单，使这种控制方式尤为适　合非线性系统控制。　本文的设计是在考察了煤矿生产的实际情况下进行的，根据研究　分析其工作过程及特点，并给出提升机机械调速和交流调速的调速性　能传动结构图，使提升机的变频调速控制系统做比较，这些工作对确定　工作原理更加清晰。传电控系统采用什么控制方案更加合理，采用交流　还是的几种高精控制系统进行直流调速，到底哪种调速方法调速性能　更好。针对这种种疑问，文中分别对统提升机电控系统急需改进。改进　后的提升机直流进行分析，并就目前存在分析，并与目前技术已经成熟　的提升机提升机控制方案提供了很大帮助。　四，总结　本文所作的主要研究工作是围绕提升机调速性能差、高的故障　率、超高的能耗等问题展开的。利用变频调速技术，并将可编程控制器　（ＰＬＣ）强大的控制功能与变频技术相结合。在本文中主要探讨了极为　重要的提升机速度控制理论与实现ＰＬＣ所要完成的保护控制功能。虽　然经过以上的设计和研究本调速控制系统能用于矿山的实际生产，但　同类先进产品还有一定的差距在功能上及控制的精度上，在后续工作中　还需要进一步完善。　参考文献　口】范永胜，王岷．《电气控制与ＰＬＣ￣＿用》．中国电力出版社　［２】刘明伟，马宏革．《电机与龟气控制》．科学出版社　阎王树．《变频调速系统设计与应用》．机械工业出版社　［４】周祖德，邓坚．《机电传动控制》．华理工大学出版社　作者简介　杨荣秀，女，山东济宁人，青岛科技大学工程硕士　研究方向：控制工　程　科救　氽牡

浅析矿井提升机变频调速控制系统

摘要：我国经济的发展进步带动了人们生活质量的提高，也直接调动了我国的能源需求。我国矿产资源丰富，全国各地都有关于矿产的开采项目。矿井提升机是矿产开采中重要的设备，提高矿井提升机变频调速控制可以保障并提升矿井提升机速度的可靠性，降低外界的干扰。下面文章就矿井提升机的变频调速控制系统为切入点，阐述我国提升机变频条数控制系统现状并提出优化措施。

关键词：矿井提升机；变频调速；控制系统；PLC

前言：

矿用提升机在可靠性、调速性能以及安全性方面的要求比较高，变频调速作为一种比较新的自动化控制技术，具有调控效率高、可靠性好等优点，能够实现无极差调控，使交流电动机在比较大的范围内实现无极平滑调速。在变频调速系统中，基本都采用了微机控制的方式，这种控制方式手段灵活，而且运算比较快，还能够实现监督、自我诊断等功能。变频调速在提升机的调速控制中具有比较高的可靠性和经济效益，因此逐渐得到了广泛的应用。

1矿用提升机调速控制系统简介

1.1提升机的工作原理

在矿山矿井提升机是极其重要的设备，它承担矿物的提升运输、人员上下、材料和设备的运送，直接决定了矿山的开采量，是联系井下与地面的枢纽设备，因此又被人们称为矿山的“咽喉设备”。多绳摩擦式提升机以电动机为动力源，通过减速器、主导轮装置等传动系统和工作系统，利用摩擦力F，实现提升机容器在井筒中的升降。在矿井提升的过程中可以分为五个不同的阶段，分别是加速、等速、减速、爬行以及停车抱闸阶段，其中加速阶段是提升机从静止中起动并且加速到最高速度的阶段，在等速阶段提升机以最高速度稳定运行；减速阶段是提升机从最高速度减速到爬行速度；爬行阶段是提升容器定位以及准备停车阶段。

1.2提升机的工作特点

在煤矿生产中，矿井提升机发挥了重要作用，它也是矿山能够安全生产的关键。提升机的工作性能直接影响到了矿山的安全以及工作的效率。在提升机的工作过程中，提升容器按照一定的速度在矿井中以比较高的速度进行上升和下降的往复运动。因此为了保证提升机安全工作，就必须采取相应的电气控制设备以及完善的保护装置。

矿井提升机控制系统讲座

洛阳源创电气有限公司NT系列矿井提升机电控系统：交流电控系统直流电控系统变频电控系统讲座内容介绍

矿井提升机简介提升系统概况控制工艺简介电控系统构成控制技术举例议程提升系统概述提升机运行工艺电控系统构成电控系统发展史电控系统对比PLC在电控系统中的应用光电编码器简介交流提升机控制原理提升系统的构成

主提升系统：1.提升机主机2.提升机主电机3.提升机电控辅助提升系统1.信号系统2.操车系统3.

装卸载系统操车监控

远程信号装载

卸载电控电机主机词汇

提升：改变势能的运动方式提升机：能够改变势能运输的设备矿井提升系统：用于矿山上下运输的主提升设备与辅助提升设备的总成。（主提升、信号、装卸载、操车、监视通讯等）提升机电控系统：主提升系统的电气控制设备主提升系统简介

机械设备液压润滑设备电气设备机械设备1提升机？提升机=辘轳提升机：辘轳要素：容器主绳卷筒传动动力

制动机械设备2

卷筒：缠绕钢丝绳（经导向轮）到容器主轴：带动卷筒旋转减速机：降低电机转速电机：提供旋转扭矩的动力设备制动系统:制动（刹车）机构和液压系统深度指示：指示容器位置和位移机械设备3落地式机械设备4



井塔式机械设备5

多绳摩擦式JKM

JKMD机械设备6单绳缠绕式

JK2JK机械设备7单筒缠绕式

JK机械设备8双筒缠绕式

2JK机械设备9单机拖动式机械设备10双机拖动式机械设备11：提升容器

箕斗、罐笼、串车、平衡锤机械设备12

卷筒、主轴、减速机、主电机机械设备13：制动系统

制动器、液压站机械设备14：机械深度指示器

牌坊式深度指示器机械设备15：机械深度指示器

机械式监控器机械设备16：减速机与润滑站机械设备17：调绳机构机械设备18：测速发电机机械设备19：光电编码器

原理介绍机械设备：总结•卷筒：整体式、刨分式•减速机：平行轴、行星轮•连轴器：蛇形簧、弹性棒销•制动器：角移、平移、盘形制动器•离合器：轴向齿圈、径向齿块•液压站：恒力矩、恒减速•衬垫：木衬、塑衬•深度指示器：牌坊、监控器、电子式提升工艺简介：提升速度控制