矿井提升机恒减速控制系统研究_高斌雪.pdf

矿井提升机恒减速控制系统研究高斌雪（晋能控股煤业集团煤峪口矿大型设备队，山西大同037041）摘要：为提高矿井提升机的效率即安全性能，降低提升机使用过程中断绳、过卷等安全事故的发生，设计优化了一种矿井提升机的恒减速控制系统，并将优化的矿井提升机运用到某大型煤矿中进行试验。试验显示，优化后的矿井提升机能够在 5 s内减速至 0，提升效率提高 15%，矿井提升机制动稳定、波动较小，满足矿井工作要求。关键词：矿井提升机恒减速控制系统中图分类号：TD534文献标识码：A文章编号：1003-773X（2023）02-0223-02引言矿井提升机在大型煤矿中起非常重要的作用1，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2，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。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3，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。其中恒减速制动系统采用反馈的方式实现，控制系统可以根据检测到的滚筒转速来改变制动器的速度，从而实现提升机恒减速提升。这种恒减速控制系统有效提高了提升机的工作效率，提高了采煤活动的安全性。2.2液压控制系统的组成矿井提升机的液压系统组成部分有核心部件电控柜、动作单元制动闸以及动力单元液压站。电控柜的作用是控制整个反馈流程，控制信号最初由电控柜发出，传输到液压站控制油压，再传输到制动闸上，进行滚筒的制动动作，从而起到控制提升机制动动作。控制柜进行两组信号的反馈，即来自液压站的和来自滚筒的信号，控制柜通过对传输到控制柜的信号进行实时分析，将电信号传输到液压站上，液压站将传输过来的电信号进行处理转化为液压油压力变化信号传输给制动闸，接下来制动闸根据传输过来的压力调节信号调节油压产生制动力调整滚筒的转速，实现提升机的恒减速控制。滚筒将自身转速反馈到控制柜形成又一轮的反馈调节，整个调节系统为一个闭环系统。下页图 2 为提升机滚筒制动信号传输过程示意图。2.3恒减速控制系统优化方案传统提升机控制系统提升效果差，启动停止容易收稿日期：2022-02-23作者简介：高斌雪（1991），女，山西天镇人，本科，毕业于辽宁工程技术大学，助理工程师，研究方向为机械设计制造及其自动化。总第 238 期2023 年第 2 期机械管理开发MechanicalManagementandDevelopmentTotal 238No.2，2023DOI:10.16525/14-1134/th.2023.02.089图 1矿井提升机示意图自动化系统设计机械管理开发第 38 卷出现跳绳、过卷等现象，造成安全事故发生，通过系统进行优化升级，使其能够实现在恒减速控制更优，特别是在启动、停止、制动等情况下有良好地控制性能，满足提升机提升平稳，控制有效的目的。设计提升机恒减速控制系统包括电子控制系统和液压控制系统。电子控制系统处理提升机的启动、停止、制动及安全生产工作，是整个恒减速控制系统的核心“大脑”部分。另外，电子控制系统还需要完成安全监测、数据显示存储、过载警报等工作，提升机的制动需要由液压控制系统完成。恒减速液压站的控制使用 PLC 控制器进行，主要负责提升机的两级制动及恒减速制动动作。使用的 PLC 控制器产品型号组成如表 1 所示。系统的控制主要包括输入输出管理和信号转换管理。信号的处理需实时进行，所有信号头通过控制的“大脑”控制柜进行存储和处理。系统的软件流程如下：1）控制器接受启动命令，系统开始进行电气功能检测，完成对滚筒状态及速度、液压站液压油压力机油量等检测，发现故障将提升机关闭并显示故障位置，检查无故障后开关归位，显示完成启动工作。2）检测提升机是否出现故障，发现故障将提升机关闭并显示故障位置，检查无故障后开关归位，显示完成启动工作。3）检测液压站及油路故障，油压正常则显示等待命令，油压异常则关闭提升机并显示异常位置。4）开始工作后，须实时对滚筒速度检测并反馈到控制柜，当检测异常时进行安全制动并提示。5）由滚筒和液压站的电信号作为基础形成那个闭环反馈控制，使提升机实现各种工作动作。整个控制流程如图 3 所示。系统通过压力传感器、液压油位置传感器、速度传感器等实现对各种信号的采集传输。完成对系统工作状态的检测。3恒减速控制系统应用试验将以上设计优化的矿井提升机运用到某大型煤矿中，进行矿井提升机恒减速状态下的试验验证。参数设置如表 2 所示。设定好试验参数后进行提升机恒减速制动试验，提取并处理数据得到恒减速制动时提升机运动曲线图。如图 4 所示为恒减速制动时提升机运动曲线。从图 4 看出，系统在 05 s 之间正常工作，5 s 开始进行安全制动，提升机速度由 5 s 时的 6.7 m/s 呈现类似匀减速运动降至 10 s 时的 0 m/s。加速度在-1.3m/s2附近波动，提升机加速度可在 5 s 内降为 0，相比传统控制方法，效率提升 15%，速度波动范围变小，安全性有所提升。设计的矿井提升机满足工作需求，达到优化的效果。4结论1）针对原有提升机的控制系统设计优化了一种矿井提升机的恒减速控制系统，优化后的系统效率更高，提升稳定，安全性能更好。2）通过某大型煤矿对优化后图 2提升机滚筒制动信号传输过程示意图产品型号产品个数用途说明PM5731 个大小为 512 kB，CPU模块AX5221 个8 路模拟量模块（输入、输出）DC5531 个16 路模拟量模块（输入）DC5323 个16 路数字量模块（输入、输出）DI5221 个32 路数字量模块（输入）表 1提升机 PLC 控制系统产品型号组成图 3提升机控制流程示意图设置对象设置参数活塞直径/mm58.8油缸直径/mm110单个盘型制动器最大正压力/kN43摩擦因素0.3摩擦半径/mm620二级制动油压/MPa3.6正常工作油压/MPa6.3PID值0.9表 2矿井提升机试验数据图 4恒减速制动时提升机运动曲线电信号油压力制动力控制柜液压站制动闸滚筒电信号电信号否是允许恒减速?提升容器贴闸皮指令开始无安全信号油泵停止位于井中?是否否是是否二级制动指令一级制动指令恒减速失效?允许二级制动?结束闭锁开车滚筒速度为零恒减速制动指令76543210-1-25678910时间/s速度/（m s-1）加速度/（m s-2）速度加速度（下转第 229 页）2242023 年第 2 期中速运行的累积时间能达到 98 min，这说明智能控制系统在应用中主要保持中速运转，另一方面，通过中速运转既可以实现煤炭的运输要求，也可以降低输送带和变频机的设备磨损，同时也能提高设备的寿命和减低能耗，在积极应用智能控制系统后后，促进了煤矿企业的健康发展。4井下带式输送机智能控制系统的优势及应用前景首先，在应用智能控制系统的优势中，既可以提高煤炭输送的效率，也可以降低能耗和设备的磨损，有效落实可持续的发展理念。从设备故障率和生产问题上看，在利用智能控制系统后，故障发生率明显降低，需要煤矿企业重视智能控制系统的应用。其次，在智能化控制系统的应用前景上，目前各行各业的竞争压力都十分巨大，对于煤矿企业而言，国家在能耗上的要求较高，积极使用智能控制系统可以降低能源的浪费，有利于满足国家构架生态中国的要求下，实现可持续的发展，是未来带式输送机的主要升级方向。参考文献1米迎春.煤矿井下带式输送机智能控制系统应用要点探析J.科学技术创新，2022（4）：53-56.2王飞.煤矿井下带式输送机智能控制系统研究J.煤矿现代化，2021，30（4）：46-48.3宋俊斌.煤矿井下带式输送机智能控制系统研究J.煤矿现代化，2021，30（2）：184-186.（编辑：王慧芳）Research on Intelligent Control System of Underground Belt Conveyor in Coal MineYuan Depeng（Jinneng Holding Coal Group Tongfa Dongchuyao Coal Co.,Ltd.,Datong Shanxi 037100）Abstract:In practical coal mine transportation,belt conveyors play a major role and greatly meet the production needs of coal miningenterprises.As belt conveyors operate under high loads and under the influence of a harsh environment for a long time,different degrees offailure and energy wastage can occur,which restricts the quality and efficiency of coal mine transportation work.Combined with thedevelopment of the times,the belt conveyor and intelligent control system can be combined to continuously optimise the operating speed ofthe conveyor,so that it can achieve the purpose of reducing energy consumption and wear and tear,and help coal mining enterprises toachieve sustainable development with the full use of the function of the frequency converter.Key words:coal mine transportation;belt conveyor;intelligent control systemApplication of Inertial Navigation in Coal Mining Machine Positioning and AttitudeMeasurementYu Hui（Shanxi Coking Coal Xishan Coal and Power Xi