【文章內(nèi)容簡介】 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)生過大的機械震動應(yīng)力，對機械有害。 《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，當(dāng)升降人員時，加速度不得大于 ，而在主井提升中，一般根據(jù)設(shè)計規(guī)定，加、減速度也2s最好不大于 。近年來，為了改善鋼絲繩在啟動、制動過程中可能出現(xiàn)的動態(tài)張力，2s采用變加速度控制，或稱加速度變化率限制，這樣就可以在加、減速階段減小沖擊，同時也可減小鋼絲繩的擺動。 提升機后備保護礦井提升機本身帶有一些保護裝置，但由于監(jiān)控方法和手段的局限性以及礦井中相對惡劣的環(huán)境，常使這些保護裝置失效，人們?yōu)榱嗽鰪妼μ嵘龣C的保護，做出了許多嘗試，經(jīng)理論與實踐的證明，為提升機增加一套后備保護裝置是提高其安全性的非常有效的方法國內(nèi)外的后備保護裝置產(chǎn)品有許多種 [9]，但其都具備以下的后備保護功能:l)顯示功能提升容器位置(深度、斜坡長)顯示—對容器在井筒中運行位置進行動態(tài)顯示。速度顯示—動態(tài)顯示提升容器在整個過程中的瞬時速度。提升次數(shù)顯示—自動記錄顯示提升機次數(shù)。2)保護功能等速段超速保護—在等速段的瞬時速度超過最大提升速度巧%時，保護儀發(fā)出聲光報警信號，并發(fā)出制動信號。自動減速—容器到達減速點時，保護裝置發(fā)出自動減速控制信號并有聲光提示。減速段保護—在減速段對提升機瞬時速度實行包絡(luò)線保護，近井口實現(xiàn)限速保護。深度指示器失效保護—深度指示器失效后，保護裝置發(fā)出聲光報警信號，并且在接近井口時發(fā)出制動信號。卡箕斗保護—當(dāng)提升箕斗卡阻時發(fā)出保護控制信號，并伴有聲光報警。過卷保護—過卷保護是礦井提升機所有保護中的最后一道安全保護，在礦井提升機前面的安全保護失靈后，過卷保護發(fā)揮作用，實施安全保護。當(dāng)提升容器超過正常終端位置的 米時，發(fā)出制動信號并有聲光信號提示。3)打印功能可用打印機將存入保護裝置內(nèi)的數(shù)據(jù)打印出來。目前國內(nèi)提升機后備保護裝置主要都是基于單片機、PLC(可編程控制器)或工控機為核心。用這些方法在開發(fā)裝置時，其軟、硬件方面都要花費相當(dāng)大的人力、物力和時間，特別是國內(nèi)的一些后備保護裝置，人機界面不友好，功能不夠完善，靈活性欠佳，可操作性不好，同時易外界環(huán)境的干擾，需要改進 [35]。 礦井提升機的傳動方式礦井提升系統(tǒng)是礦井生產(chǎn)中極其重要的環(huán)節(jié)，它的正常運行與否直接影響到礦井的產(chǎn)量。對于提升機傳動方式的選擇，必須在滿足礦井生產(chǎn)工藝要求即滿足各種可能出現(xiàn)的運行速度圖的前提下，對各種可能的傳動方案進行技術(shù)經(jīng)濟比較后，選擇最合理的一種傳動方式。我國在 20 世紀 50—60 年代，一般采用交流傳動方式。交流傳動的最大優(yōu)點是：技術(shù)比較簡單，設(shè)備及安裝費用低，占地面積小，運行維護容易。但它的最大缺點是：電氣調(diào)速性能差，在減速和爬行階段需要另外增設(shè)傳動裝置，如動力制動、低頻傳動以及晶鬧管串級傳動等，雖然調(diào)速性能得到了改善，然而設(shè)備投資和系統(tǒng)的復(fù)雜性也增加了。由于交流傳動受主電動機和控制設(shè)備制造容量的限制，所以，對要求提升容量大、速度高的大型礦井，一般采用直流傳動裝置。我國進人 20 世紀 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。特別是對于一些井深 600 m 以上的礦井，要求裝載容量大、提升速度高，箕斗容且從 12t、18t 增大到 32t，提升速度從 6m/s、8m/s 提高到14m/s，甚至還高，對于提升自動化的水平要求也愈來愈高，因此，原來的交流傳動已遠遠不能滿足需要，必須采用直流傳動方式。直流傳動的最大優(yōu)點是：調(diào)速平滑穩(wěn)定，調(diào)速范圍寬，容易實現(xiàn)提升自動化。因為電動機的轉(zhuǎn)速幾乎與提升負載無關(guān)，在低速范圍內(nèi)也能穩(wěn)定運行。負力減速時可將機械能轉(zhuǎn)換為電能返回電網(wǎng)。它的缺點是建設(shè)投資大，基礎(chǔ)費用高。直流傳動方式又分為發(fā)電機—電動機傳動和晶閘管變流器—電動機傳動兩種，兩者相比，晶閘管變流器—電動機傳動又具有動作速度快、可靠性高、維護工作量小、故障少、運行效率高、體積小、重量輕和占地面積小等優(yōu)點。它的缺點是對交流電網(wǎng)的無功沖擊大，因而產(chǎn)生較大的啟動壓降；它的高次諧波會引起交流電網(wǎng)電壓正弦波形的畸變，干擾其他用電設(shè)備；運行功率因數(shù)低；等等。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。20 世紀 70 年代后期，我國煤炭系統(tǒng)從瑞典、德國、法國、波蘭等國引進了多臺晶閘管變流器供電的直流提升機，其中有一批為建井期間施工用提升機。隨著晶閘管變流器供電傳動技術(shù)的引進和發(fā)展，國內(nèi)也進行了設(shè)計和制造，并取得了良好的效果。目前晶間管元件的容量已發(fā)展到 4000 V，3000 A 以上，直流快速斷路器的容量已擴展到 6000 A 以上。隨著世界電力半導(dǎo)體技術(shù)和交流同步機傳動的開發(fā)和生產(chǎn)，礦井提升機傳動裝置又向交流傳動方式發(fā)展。目前我國大容量交交變頻器和交直交變頻器供電的交流同步機傳動系統(tǒng)已經(jīng)被普遍引進，全數(shù)字化的自動化提升機已經(jīng)成為當(dāng)今礦井提升技術(shù)的發(fā)展方向。礦井提升機全自動化運行的實現(xiàn)將極大的提高系統(tǒng)的可靠性、運行效率，以及控制的精確性，減少人為因素的影響，使主提升系統(tǒng)成為具有自動判斷、顯示故障，自我調(diào)整運行速度，多重互鎖和后備保護，實現(xiàn)遠程監(jiān)測等全自動化、智能化的控制系統(tǒng)。為礦山進一步實那數(shù)據(jù)采集離散化、設(shè)備控制智能化、調(diào)度操作集中化、生產(chǎn)管理信息化、辦公管理自動化等綜合自動化礦井打下堅實的基礎(chǔ)3 礦井提升機 PLC 保護與控制系統(tǒng)功能定義控制系統(tǒng)功能有主令操作控制和保護監(jiān)視控制。主令操作控制包括：對系統(tǒng)迸行管理，實現(xiàn)提升機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)，使提升機按照預(yù)定的力圖和速度圖安全運行，運行方式可分為啟動、等速運行、減速、爬行、停車。PIC 根據(jù)運行方式對變頻器實現(xiàn) S 形速度給定控制，實現(xiàn)箕斗運行速度的準(zhǔn) S 形曲線。保護監(jiān)控控制主要包括：超速監(jiān)視、過卷監(jiān)視、實時速度監(jiān)視、井筒過卷監(jiān)視、變頻器故障監(jiān)視、礦車行程監(jiān)視、過載監(jiān)視、深度指示器監(jiān)視等，以上監(jiān)視內(nèi)容出現(xiàn)故障時，通過報警回路報警或安全回路實現(xiàn)抱閘停車保護。 行程 PLC 控制礦井提升機與所有的運輸設(shè)備一樣，其工作目標(biāo)是把被運輸物體從原始出發(fā)點運輸?shù)侥康牡?，即從一個提升水平(例如 A)運至另—個提升水平(例如 B)。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。因此對控制系統(tǒng)而言，它是一種對被控對象“位置變化”的控制。為保證提升機運行安全、準(zhǔn)確、經(jīng)濟、高效，當(dāng)提升機運行位置變化時，其速度也應(yīng)做相應(yīng)的變化。在實際工作中，實現(xiàn)提升機從 A 水平至 B 水平的運輸時，其速度一般要經(jīng)過初加速、正常加速、等速、減速和低速爬行五個階段的變化，要完成提升機運行速度的控制，則必須有一個按上述要求確定的可靠的速度參考信號，即調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的“速度給定信號”，才能保證安全可靠和準(zhǔn)確高效地完成提升仟務(wù)。行程監(jiān)控 PLC 的主要功能是：將部分操作信號、部分保護信號以及設(shè)定的一些行程參數(shù)與軸編碼器信號結(jié)合起來進行邏輯運算處理, 自動產(chǎn)生提升機所需的速度給定信號即運行曲線, 為了盡減少起動、制動過程中的機械沖擊 , 提高提升機控制精度, 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。此外行程監(jiān)控還將軸編碼器信號經(jīng)軟件計算后處理成罐籠在井筒中的位置和在線速度,送到操作臺監(jiān)視器顯示, 此外還產(chǎn)生包絡(luò)曲線對提升機的速度進行連續(xù)監(jiān)視 [11]。 速度給定方式分析 目前提升機采用的給定方式有兩種：一是給定速度為時間的函數(shù)(V＝f(t))，簡稱時間給定，其給定速度圖如圖 3—1(a)所示；二是結(jié)定速度為行程的函數(shù)(V＝f(s))，簡稱行程給定，其給定速度圖如圖 3—1(b)所示。 當(dāng)調(diào)速系統(tǒng)的機械特性具有足夠的硬度時，這兩種給定方式效果基本是一樣的，僅當(dāng)調(diào)速系統(tǒng)的靜差率較大，負載的波動較大(例如副井)時，這兩種給定方式的效果就有差別。 為了改善提升系統(tǒng)的運行性能，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)更加安全可靠地運行，有的提升機速度給定電路中采用行程給定和時間給定串級連接。但這種電路設(shè)計復(fù)雜、參數(shù)調(diào)整不易，因而為了獲得理想的速度給定曲線，現(xiàn)已采用計算機軟件來實現(xiàn)速度給定信號的計算。（a）時間給定速度圖（b）行程給定速度圖圖 3—1 提升機給定速度圖（1）時間給定方式對于時間給定方式，我們分析以下兩種情況：一是在負載波動時，若系統(tǒng)的靜差率較大，其實際速度是波動的；二是在提升運行最大速度較低時，其減速段運行時間有明顯變化。在這兩種情形下，提升機運行在減速段的行程距離是變化的。下面舉例說明。圖 3—2(a)中的曲線Ⅰ所示的是全速 Vm＝10 m/s、減速度 a2＝ m/s、爬行速度Vp＝ m/s 的給定速度圖。在提升重物時，實際運行的速度 V1＝，實際運行的速度圖如圖 3—2(a)中的曲線Ⅱ所示。由圖 3—2(a)可以看出，在減速段，實際上運行距離比給定速度圖少運行 AE 段(忽略爬行段的速度偏差)。而 AE 段折合的運行距離△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 。一般爬行速度 Vp很小，在 —，那么會使爬行段的運行時間增加好幾秒，致使提升周期延長，提升能力降低。 若為下放重物，在等速度段的實際速度大于給定速度 Vm,實際運行速度圖如圖 3—2(b)中的曲線所示，曲線 I 為給定速度圖。若實際運行時全速為 ，則在減速段，實際上比給定速度圖多運行了 CE 段。經(jīng)分析 CE 段的距離為 。由于減速段多運行了 ，則爬行段距離就減少了 ，為了盡量縮(a) 提升重物（b）下放重物圖 3—2 時間給定方式下的偏差分析短提升周期，一般爬行距離僅有 2～3m，若調(diào)速系統(tǒng)的靜差率再大一些，則有可能在停車時速度仍較高，以致停車時因速度過高而產(chǎn)生機械沖擊，或停車不準(zhǔn)確，甚至造成上提過卷，給提升機的安全運行造成不安全因素。時間給定的特點是在任何情況下不論提升速度大小，減速度 a 都是恒定的，這就形成了不同提升速度下減速曲線差別很大。如果速度圖是按最大速度下最短周期的情況設(shè)計的，則在速度較低情況下運行時減速段縮短，將有很長—段爬行距離，大大延長了提升時間，如圖 3—3 所示。圖 3—3 時間給定速度圖 仍如上例，提升機設(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，運行時間 t＝ ＝10 s。2/aVm 2/aVm 當(dāng)提升機以 ＝，可以計算出減速點至爬行點的距離為：1△ S = = m21Vpm?減速點至爬行點的時間為： = s212atpm?爬行距離：s 2＝△ S △S l＝ m爬行時間：t 4 – t2＝△S 2/Vp＝ s 頂速點至停車點運行時間：△t＝t 4－t 1＝ s 由以上計算結(jié)果可以看出，時間給定方式在最大提升速度較低的情況下升循環(huán)周期大大延長，從而也就降低了提升設(shè)備的生產(chǎn)效率。（2） 行程給定方式 行程給定就是按行程原則產(chǎn)生速度給定信號，過去通常是采用汽輪板給定方法，即由凸輪板控制自理角機的輸出電壓。目前已有不少系統(tǒng)采用電子線路(例如 SIEMENS 公司產(chǎn)品)或計算機(例如原 AEG 公司產(chǎn)品)來實現(xiàn)按行程原則產(chǎn)生速度給定信號，即首先通過軸編碼器檢測提升行程，然后根據(jù)行程及期望的速度圖，由電子線路或計算機產(chǎn)生速度給定信號。 對于行程給定方式，當(dāng)負載變化時，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。 若給定的等速段速度 Vm＝10 m/s，減速度 a2＝ m/s 2，爬行速度 Vp＝ m/s，給定的速度圖如圖 3—4 中的曲線 I 所示。（a）提升重物 （b）下放重物圖 3—4 行程給定方式的誤差分析在提升重物時，實際運行的速度圖如圖 3—4(a)中的曲線Ⅱ所示(忽略爬行階段的速度偏差)。設(shè)定的爬行距離為 BF 段，但實際的爬行段為 DF 段，致使爬行距離增加了 DB段，若等速段的實際速度 Vc= m/s。速度偏差為 m/s。在 D 點時的實際速度為，而在給定速度圖中此點的速度 Vc= m/s，速度偏差也為 。經(jīng)計算，速度從 ，則 DB 段距離為：h ＝ （+）= mDB21)(21??tVBE 在下放重物時，實際運行的速度圖如圖 3—4(b)個的曲線Ⅱ所示(忽略爬行段的速度偏差)。設(shè)定的爬行段為 BF，但實際的爬行段為 DF，致使爬行距離減少了 BD 段。若在等速段的速度 Vc＝ m/s，經(jīng)計算，BD 段的距離為 h ＝。DB 顯然，當(dāng)負載波動時爬行段的距離基本不變，由此可見，行程給定方式比時間給定方式優(yōu)越。 對于行程給定方式，下面就最大運行速度變化時做一分析，并和時間方式下的控制性能比較。假設(shè)本次開車最大速度值