【正文】 得鋼絲繩挫斷、提升容器墜落和砸壞井筒內(nèi)的機(jī)電設(shè)備，從而造成重大人員傷亡事故和重大設(shè)備事故，給煤礦生產(chǎn)帶來極大的經(jīng)濟(jì)損失。雖然礦井提升機(jī)本身有一些保護(hù)措施，但由于采礦作業(yè)的復(fù)雜性、環(huán)境的惡劣性和研究的局限性，有些保護(hù)措施未達(dá)到預(yù)期效果，致使煤礦生產(chǎn)中仍有不少由于提升系統(tǒng)造成的重大人員傷亡和設(shè)備損壞事故的發(fā)生，因此，素有“礦山咽喉”之稱。他是溝通井下生產(chǎn)與地表生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)募~帶。關(guān)鍵詞：礦井提升機(jī)； PLC； 保護(hù)控制ABSTRACTThe mine hoist is intituled as the throat of mine, and it is the most vitalequipment in mine. The safety and security is the most vital to mine hoist. So, the security is the key to elevator.The electromotion change along with distance and energy, and the characteristic of electric power drive is very plex. The electromotion move frequently positive and negative, and always run pass load, and electromotion and apply the brake transform continually. Along with the development and lication of puter and programmable logical controller, the controller of mine elevator e forth new visage, the level of automatization and safety and security arrived at the new altitude, and provided a new and modern manage and monitor means.This paper elaborated the classification of direct current mine hoist and its constitute and work principle. set out from The actual problem of mine hoist electricity controller system existence to solution. give the function definition of mine hoists’ PLC protection and control system, including route of travel control, safe protection and assistance system control. Softwave configuration and hardwave configuration of the PLC system are pleted ,and PLC program was designed to achieve some protection functions. The highlight is illustrating the double－line protection circuit of hoist which include the safety circuit of relay and the safety circuit of PLC.The paper carried on an outlook to the development of mine hoist electricity to control system.Keywords:Mine hoist。從解決實際礦井提升系統(tǒng)存在的問題出發(fā)，給出了礦井提升機(jī) PLC 保護(hù)與控制系統(tǒng)的功能定義，包括行程控制、安全保護(hù)和輔助系統(tǒng)控制。提升機(jī)運(yùn)行的安全性與可靠性對整個生產(chǎn)系統(tǒng)至關(guān)重要。傳統(tǒng)礦井提升機(jī)調(diào)速性能較差，在啟停車、制動、邏輯控制等方面存在諸多安全問題。對 PLC 系統(tǒng)進(jìn)行了軟硬件配置，并設(shè)計了 PLC 軟件，實現(xiàn)了部分保護(hù)控制功能。 Programmable Logic Controller。礦井提升機(jī)的工作特點是在一定的距離內(nèi)，以較高的速度往復(fù)運(yùn)行，完成提升或下放任務(wù)。隨著技術(shù)的進(jìn)步、現(xiàn)代化礦井的建設(shè)和對人生命的重視，人們對礦井提升機(jī)的安全可靠性提出了更高的要求。當(dāng)前，我國有一大批老的提升設(shè)備已經(jīng)進(jìn)入“損耗故障期” ，故障率增多，從而如果要全部更新，經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)很重，根本不可能。使提升機(jī)運(yùn)行的可靠性和安全性得到提高。與繼電器控制系統(tǒng)相比，控制功能更加合理、完善，現(xiàn)場使用與操作更加方便、靈活，收到了良好效果。主控計算機(jī)應(yīng)用軟件能完成提升機(jī)自動、半自動、手動、檢修、低速爬行等各種運(yùn)動方式的控制要求。下面簡單介紹一下瑞典、德國和法國的提升機(jī)速度監(jiān)控系統(tǒng)。在爬行段當(dāng)速度大于 2m/s 時，爬行繼電器動作；(3)鋼絲繩保護(hù)電路：包括對鋼絲繩速度、打滑等的監(jiān)控；(4)自動起動、運(yùn)轉(zhuǎn)電路：包括起動信號、自動起動控制、自動減速以及上/ 下運(yùn)行控制、停車電路等部分；(5)提升機(jī)監(jiān)控器：監(jiān)視提升機(jī)在井筒中各個部位的運(yùn)行狀態(tài)，從而發(fā)出各種相應(yīng)的指令，控制提升機(jī)安全可靠地運(yùn)行?？刂铺幚碚究蓪崿F(xiàn)本系統(tǒng)的邏輯過程控制功能和模擬量的檢測，運(yùn)算和調(diào)節(jié)功能。法國的提升機(jī)對于安全保護(hù)的設(shè)置更加完善，設(shè)計的安全保護(hù)有 60 多種，按照對提升機(jī)的保護(hù)作用，分為三個系統(tǒng)。我國也有一些大型礦井引進(jìn)了國外的提升系統(tǒng)，但由于國外公司都有技術(shù)保密制度，其核心技術(shù)(如程序等) 無法掌握，在使用、維修和零部件的供應(yīng)上都受到限制。為了彌補(bǔ)這個薄弱環(huán)節(jié)，保證提升機(jī)的安全運(yùn)行，自九十年代以來，國內(nèi)開展了提升系統(tǒng)安全監(jiān)控的研究工作，全國近十余廠家先后研制了提升機(jī)綜合后備保護(hù)裝置， “ TJHB11 型礦井提升機(jī)微機(jī)后備保護(hù)裝置” 、 “KTAUP 系列礦井提升安全監(jiān)控系統(tǒng)裝置” 、“ WKHB 型微機(jī)控制絞車后備保護(hù)裝置” 、 “M123B 提升機(jī)綜合后備保護(hù)儀”等一批提升機(jī)監(jiān)控裝置應(yīng)運(yùn)而生。控制系統(tǒng)采用了雙線制保護(hù)策略，包括繼電器安全回路和 PLC 安全回路。礦井提升是井上下運(yùn)輸?shù)难屎?。國外礦用提升機(jī)的研究比較先進(jìn)，并能及時地將研究的成果運(yùn)用到礦用提升機(jī)的實際生產(chǎn)中。 [6]另外，根據(jù)不同的出發(fā)點，礦井提升設(shè)備還有以下幾種分類方法： 按用途可分為a、主井提升設(shè)備，提升煤炭或礦物；b、副井提升設(shè)備，用來引降人員、材料、設(shè)備和矸石，也稱輔助提升，完成輔助升任務(wù)。按拖動方式可分為：交流提升設(shè)備和直流提升設(shè)備(其中又有電動一發(fā)電機(jī)組供電與可控硅供電之分)。還可采用斜井膠帶運(yùn)輸提升，具有安全可靠、運(yùn)輸量大等優(yōu)點。礦井提升系統(tǒng)也可分為兩大類，即用以提升煤炭、礦石的主井箕斗提升系統(tǒng)和完成其它輔助任務(wù)的副井罐籠提升系統(tǒng)。減速器用來減速并傳遞動力。4)拖動控制和自動保護(hù)系統(tǒng)：包括主拖動電機(jī)和微拖動電機(jī)、電氣控制系統(tǒng)以及由PLC 控制的保護(hù)系統(tǒng)。熟悉礦井提升機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，對于確保提升機(jī)的安全，防止和杜絕故障及事故的發(fā)生具有重大意義。這樣，當(dāng)電動機(jī)經(jīng)過減速器帶動卷筒旋轉(zhuǎn)時，兩根鋼絲繩便經(jīng)過天輪在卷筒上纏上和纏下，從而使提升容器在井筒里做上下運(yùn)動。目前我國淺井及中等深度的礦井多使用單繩纏繞式雙滾筒提升機(jī)。與單繩纏繞式相比較，鋼絲繩與摩擦筒的直徑都有明顯的減小 [27]。圖 2—3 五階段速度圖（1） 加速階段 tl：兩個提升容器離開卸載曲軌，以較大的加速度 al 運(yùn)行，直至最大提升速度 Vmax。（5） 停車休止階段 t5：此時提升機(jī)剎車，停止運(yùn)行。有時軸上受力的方向與容器運(yùn)動方向相同，如提升機(jī)下放重物，此時為了限制下放重物的速度，可采用制動狀態(tài)，使電動機(jī)發(fā)出轉(zhuǎn)矩的方向與重物方向相反，我們稱之為負(fù)力。負(fù)力減速。（4） 加速度、減速度的限制由于提升系統(tǒng)存在有繩索（彈性環(huán)節(jié)） ，多數(shù)情況下還存在著減速器齒輪間隙，加速度過大，則會產(chǎn)生過大的機(jī)械震動應(yīng)力，對機(jī)械有害。提升容器位置(深度、斜坡長)顯示—對容器在井筒中運(yùn)行位置進(jìn)行動態(tài)顯示。提升次數(shù)顯示—自動記錄顯示提升機(jī)次數(shù)。自動減速—容器到達(dá)減速點時，保護(hù)裝置發(fā)出自動減速控制信號并有聲光提示。深度指示器失效保護(hù)—深度指示器失效后，保護(hù)裝置發(fā)出聲光報警信號，并且在接近井口時發(fā)出制動信號。過卷保護(hù)—過卷保護(hù)是礦井提升機(jī)所有保護(hù)中的最后一道安全保護(hù)，在礦井提升機(jī)前面的安全保護(hù)失靈后，過卷保護(hù)發(fā)揮作用，實施安全保護(hù)。目前國內(nèi)提升機(jī)后備保護(hù)裝置主要都是基于單片機(jī)、PLC(可編程控制器)或工控機(jī)為核心。我國在 20 世紀(jì) 50—60 年代，一般采用交流傳動方式。我國進(jìn)人 20 世紀(jì) 70 年代后，礦井的規(guī)模愈來愈大，年設(shè)計生產(chǎn)能力為 300 萬t、400 萬 t 或 500 萬 t，甚至更大。負(fù)力減速時可將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能返回電網(wǎng)。但如對變流器采取特殊接線方式，電樞回路用兩組晶閘管橋串聯(lián)，采用“順序控制”方法可以提高功率因數(shù)，特別是系統(tǒng)中配置無功補(bǔ)償和諧波吸收裝置后，將大大削弱晶閘管整流裝置對交流電網(wǎng)的無功沖擊和諧波污染，為此，晶閘管交流變流器供電的直流傳動裝置具有廣闊的前景。隨著世界電力半導(dǎo)體技術(shù)和交流同步機(jī)傳動的開發(fā)和生產(chǎn)，礦井提升機(jī)傳動裝置又向交流傳動方式發(fā)展。主令操作控制包括：對系統(tǒng)迸行管理，實現(xiàn)提升機(jī)與操作臺之間的指令傳遞，向提升系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的指令，并改變相應(yīng)電控系統(tǒng)的工作狀態(tài)，使提升機(jī)按照預(yù)定的力圖和速度圖安全運(yùn)行，運(yùn)行方式可分為啟動、等速運(yùn)行、減速、爬行、停車。實質(zhì)上就是位置控制,保證提升容器在預(yù)定地點準(zhǔn)確停車。行程監(jiān)控 PLC 的主要功能是：將部分操作信號、部分保護(hù)信號以及設(shè)定的一些行程參數(shù)與軸編碼器信號結(jié)合起來進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理, 自動產(chǎn)生提升機(jī)所需的速度給定信號即運(yùn)行曲線, 為了盡減少起動、制動過程中的機(jī)械沖擊 , 提高提升機(jī)控制精度, 速度給定信號的加速、減速段為“ S” 型曲線, 減速段行程通過 PLC 實際運(yùn)算來調(diào)節(jié)減速度以保證減速段為一固定值, 從而保證了停車點不變和停車點的精度。 為了改善提升系統(tǒng)的運(yùn)行性能，近年來在速度給定電路中增加了加速度變化率限制環(huán)節(jié)，即不但要限制加速度 a，而且還要限制加速度的導(dǎo)數(shù) da/dt，為了使提升系統(tǒng)更加安全可靠地運(yùn)行，有的提升機(jī)速度給定電路中采用行程給定和時間給定串級連接。下面舉例說明。而 AE 段折合的運(yùn)行距離△h 為：△h= tVEA)(21?式中 t——A 點減至 E 點所需時間，t＝ ()/=??2/a則：△h= （10+）=由于減速點 A 到停車點 E 的距離是一點的，減速段距離減少 。經(jīng)分析 CE 段的距離為 。圖 3—3 時間給定速度圖 仍如上例，提升機(jī)設(shè)計速度 Vm＝，減速度 a ＝ m/s ，爬行速度 Vp = 22 m/s，若按最大速度下最短周期的情況考慮，則減速點到停車點距離△S = =50 m，運(yùn)行時間 t＝ ＝10 s。 對于行程給定方式，當(dāng)負(fù)載變化時，若系統(tǒng)的靜差率較大，則在減速階段的實際速度也是波動的，但是減速距離變化很小，下面舉例說明。速度偏差為 m/s。若在等速段的速度 Vc＝ m/s，經(jīng)計算，BD 段的距離為 h ＝。因此，這里所采取的行程原則是提升機(jī)到減速點后，并不立即減速而是等待一段時間，當(dāng)檢測到實際減速值時，才升始減速，這就相當(dāng)于根據(jù)等速段的實際速度值把減速點適當(dāng)后移。2m/Vat??減～ 時間段間隔：2t4saVtm5/2124??～ 段內(nèi)行程 ：4t24s? m/s～ 段內(nèi)行程 ：1t3= m43s???減～ 時間段間隔：1t2= s1312/VSt減速點到停車點所用時間： s??4將時間方式速度圖和行程方式速度圖作于圖 3—5 中，可以看出，行程給定與時間給定相比，克服了由于最大提升速度的變化而引起的提升周期及距離變長的缺點，提高了生產(chǎn)效率。究其原因，主要是這種折線形速度圖的速度過渡不平滑，在速度的變化轉(zhuǎn)折處加速度變化率過大而造成的。用軟件實現(xiàn) S 形速度曲線，其參數(shù)不隨外界變化，而且可以任意修改，以達(dá)到頂期的加速度變化率，采用抗擾能力強(qiáng)的工業(yè)性計算機(jī)，可使系統(tǒng)可靠工作，而且?guī)缀醪恍枰S護(hù)。下面就 Vm 值變化分析給出校正方案。其次，采用 S 形速度圖時，加速度的變化是連續(xù)的，相應(yīng)的拖動力也是連續(xù)變化的，減少了鋼絲繩的動應(yīng)力，緩和了鋼絲繩的受力情況，消除了提升系統(tǒng)沖擊，減少了振動。 保護(hù)系統(tǒng) PLC 控制提升機(jī)操作保護(hù)系統(tǒng)主要是完成邏輯操作控制以及故障安全保護(hù)兩個方面的任務(wù)，來自提升系統(tǒng)各部分運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)及操作信號、保護(hù)信號引入到操作保護(hù)系統(tǒng)中。礦井提升機(jī)后備保護(hù)器主要是對電動機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)和相關(guān)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測，以達(dá)到監(jiān)視箕斗運(yùn)行方向、速度和位置的目的；通過傳感器等檢測元件的反饋，利用 PLC 強(qiáng)大的邏輯控制、數(shù)據(jù)處理和通信能力實施控制處理、驅(qū)動外設(shè)，以達(dá)到控制目的；利用觸摸屏或組態(tài)軟件與 PLC 進(jìn)行組態(tài)，實現(xiàn)操作、顯示運(yùn)行狀態(tài)和人機(jī)數(shù)據(jù)交互等功能。如開車過程中安全門打開、調(diào)零電機(jī)故障等； ③緊急停車,即立即進(jìn)行電氣和機(jī)械制動,停車后系統(tǒng)閉鎖。來自提升機(jī)各部分的保護(hù)信號分為立即施閘、井口施閘、電氣制動和報瞥類。應(yīng)該在盡量堅持多樣化原則的基礎(chǔ)上,采