杨敬宜

摘 要：煤矿井下生产的顺利开展离不开各类机电设备的高效运转，而提升机就是实现矿井物料内运和煤炭外运的关键设备，但传统的提升机调速控制系统多为交流接触器-晶闸管控制的电阻投切型控制系統，这种控制系统在使用中因交流接触装置频繁接触动作，使得其主触头极易氧化从而造成设备损坏。同时，提升机启动方式多为降压启动，极易出现工频时无法正常启动的情况。此外，在速度调节上的控制性较差，使得提升机减速和爬行停机精准度不够。由此可见，常规的提升机电控系统在使用中存在诸多缺陷，针对这一问题，应用PLC变频控制系统，能够有效改善以往作业中存在的不足，从而大幅提升矿井生产综合效益。

关键词：矿井;提升机;变频控制;应用要点

中图分类号：TD67 文献标识码：A

引言

煤矿开采过程中需要用到大量的机械装备，其中提升机是非常重要的煤矿生产设备之一，对于保障整个采煤过程的顺利推进具有非常关键的作用。随着企业节能减排压力以及生产成本的不断增加，如何进一步提升矿井提升机的运行效率及服务安全性是所有煤矿企业面临的关键问题。针对矿井提升机开展自动化改造，确保提升机设备能够根据生产过程实际状态对相关工艺参数进行实时调整，是保障提升机安全运行并提高设备运行效率的重要措施和手段。

1变频控制技术的优势

变频控制技术的优势主要体现在两方面，一方面可以使机电设备的运行更加平稳，另一方面可以使机电设备更加节能。煤矿大功率用电设备较多，在运行过程中会有大量的谐波进入到电网中，这会导致机电设备运行时出现一定的异常，例如振动加剧、发热。交流电源经过变频后波形更加标准，使交流电机在运行时更加平稳。此外，交流电机的转速与电源的频率呈线性关系，采用变频控制技术可以对电机进行无极调速，减轻设备在启停时的振动。节能是变频控制技术最大的优势。当电机的转速由N1变化到N2时，电机的输送功率P2/P1=（N2/N1）3。也就是说，当电机的转速降低10%时，电机的功率降低了27%。在很多情况下，煤矿机电设备并不能达到满负荷状态，例如皮带输送机等。变频调速技术在使用过程中能够按照机电设备的工作量对速度进行调整，当机电设备的负荷低时，可以利用变频控制技术降低电机的转速，这样可以节省大量的电能;同时，四象限变频系统，在重物下方过程中，还可实现能量回馈。经过统计，采用变频控制技术后，机电设备将节能30%～80%，这可为煤矿创造可观的经济效益。

2变频控制系统在矿井提升机中的应用

矿井提升机主要承担着将工作人员、物料安全、平稳运输至目标位置的任务，是煤矿生产中的重要机械设备。在传统的矿井提升机运行中，普遍利用电阻带动电机控制，结合鼓型控制器调整速度，调速性能差，属于有级调速，调速时能量大部分消耗在电阻上，给定方式落后，控制精度低，安全保护和监测环节不完善，安全可靠性差，维护工作量大，而且运行不经济。而依托变频控制技术的应用就能够规避上述问题的发生，通过变频控制技术在矿井提升机中的应用，可以强化对设备的保护作用，优化矿井提升机的运行平滑性以及无级调速。实践中，将变频控制技术与编程器联合使用，可以根据调整输入于电控系统中的指令实现对继电器的高效控制，且提升梯形图与电路图之间转换的灵活性程度。通过应用变频控制技术实施对继电器的控制，能够明显减少外部线路的设置数量以及继电器的使用数量，也实现对故障问题的有效规避，避免空间不足的问题发生。同时，在变频控制技术的支持下，矿井提升机的启动/停止平稳程度显著上升，对钢丝绳的冲击减小。另外，变频控制技术的应用促使矿井提升机的无极调速成为可能，提升机的节能性以及运行可靠性增高，钢丝绳数量与检修次数减少，推动矿井提升机检修成本的降低。

2.1变频装置选取分析

结合井下提升机的实际工作需要，为确保速度调节的稳定性和高效性，变频装置应当按照如下标准确定：a）所用控制方式必须具备低频大力矩，其中，启动转矩必须高于2倍的额定转矩，在工作频率为1Hz时应当具备超过1.6倍的额定转矩;悬挂重物时不发生溜钩;零速时保持150%力矩。b）具备独特的抱闸控制逻辑，相较于常规的FDT模式（开发标准），具备更加优良的控制性能。c）作业频率应当在0.5～50.0Hz之间分段设置，具备无级连续调节。e）作业电压范围为320～480V，并且能够始终在额定负荷下无故障运行。

2.2抗干扰设计

为确保控制过程中数据传输的准确性，变频控制系统必须具备良好的抗干扰能力，具体包括以下3点：a）将信号电缆与电力电缆分隔铺设，同时采用屏蔽电缆作为信号传输线缆，并将所有屏蔽电缆接地;b）导引至PLC柜的电缆应当尽量与容易产生电磁干扰的装置隔离，所有操作台和控制柜均配设保护接地举措，内部必须配有独立的电缆屏蔽接地端子，并与内部未接地电路板隔离;c）在变频装置的输入端和输出端配设相应的电控装置和滤波装置，电机与变频装置间的电缆采用穿钢管的方式铺设，并将其他弱电信号布设在不同的电缆沟，防止辐射干扰。

2.3PLC控制系统设计

PLC控制系统分为PLCI、PLCII两部分，PLCⅠ为主控系统，能够采集编码器Ⅰ的作业信号，实现对提升机的行程控制和速度控制;PLCⅡ主要用于系统监控，能够对编码器Ⅱ信号进行采集，并对提升机运行的相关参数进行实时掌控。作业时，PLCⅠ与PLCⅡ之间通过通讯方式实现数据交互，在正常作业期间2个PLC控制器均投入使用，从而实现提升机的“双线”控制和保护。为保证2套PLC系统作业的同步性，PLCⅠ会对2个PIC系统（单片机系统）监测所得的提升机行程信号和速度信号进行实时比对，一旦存在较大差别，便会立即发出预警信号，保证作业安全。同时，当一台PLC装置发生故障时，另一台能够继续保持正常运行，使得系统运行的可靠性大幅提升。

控制的子程序主要用于对开车条件的确定，在提升机运行过程中及时对运行的偏差进行校正，确定提升机是否存在故障。当接受到启动的信号后，启动提升机，提升机开始加速运动，当速度达到匀速运动的速度时，保持匀速运动，停止加速。当运行至减速点时，运行速度开始降低，提升机进入爬行工况。当运行至停车点时，速度降低至零，达到停车制动，状态复位，等待下次启动。

2.4应用效果分析

节能是变频控制技术最大的优势，我公司承建的山东姜家窑金矿3#竖井双提升系统均采用了基于PLC的变频调速系统，经过整个项目周期对提升机的提升效率以及电能消耗情况进行详细统计对比，结果表明：同比用电减少29%，节能效果显著。另一方面，变频控制系统的应用使得提升机在不同阶段之间的速度切换更加顺滑，对设备造成的冲击更小。因此设备的故障率显著降低，维修费用节约70%，为煤矿企业节省了大量的维护保养成本。

结束语

提升机作为矿井生产作业中的重要设备，其运行质量对整个矿井生产作业综合效益有直接影响，矿井管理者必须高度重视相关问题，在生产中积极组织专业技术力量开展针对性分析探究，从而设计出适用性优良的变频调节控制系统，实现对提升机的高效、安全、稳定操控，为整个矿井生产的持续高效开展提供坚实保障。

参考文献：

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[2]李跃.变频节能技术在煤矿机电设备中的应用探究[J].煤炭工程，2019，51（增刊2）：168-170.

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（辽宁东煤基本建设有限责任公司，辽宁 沈阳 110122）