【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(jī)械震動應(yīng)力，對機(jī)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(jī)后備保護(hù)礦井提升機(jī)本身帶有一些保護(hù)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(hù)裝置失效，人們?yōu)榱嗽鰪?qiáng)對提升機(jī)的保護(hù)，做出了許多嘗試，經(jīng)理論與實(shí)踐的證明，為提升機(jī)增加一套后備保護(hù)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(hù)裝置產(chǎn)品有許多種 [9]，但其都具備以下的后備保護(hù)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(yùn)行位置進(jìn)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(jī)次數(shù)。2)保護(hù)功能等速段超速保護(hù)—在等速段的瞬時速度超過最大提升速度巧%時，保護(hù)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(dá)減速點(diǎn)時，保護(hù)裝置發(fā)出自動減速控制信號并有聲光提示。減速段保護(hù)—在減速段對提升機(jī)瞬時速度實(shí)行包絡(luò)線保護(hù)，近井口實(shí)現(xiàn)限速保護(hù)。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?？ɑ繁Ｗo(hù)—當(dāng)提升箕斗卡阻時發(fā)出保護(hù)控制信號，并伴有聲光報警。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(shí)施安全保護(hù)。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(jī)將存入保護(hù)裝置內(nèi)的數(shù)據(jù)打印出來。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。用這些方法在開發(fā)裝置時，其軟、硬件方面都要花費(fèi)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(hù)裝置，人機(jī)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(jìn) [35]。 礦井提升機(jī)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(yùn)行與否直接影響到礦井的產(chǎn)量。對于提升機(jī)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(yùn)行速度圖的前提下，對各種可能的傳動方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，選擇最合理的一種傳動方式。我國在 20 世紀(jì) 50—60 年代，一般采用交流傳動方式。交流傳動的最大優(yōu)點(diǎn)是：技術(shù)比較簡單，設(shè)備及安裝費(fèi)用低，占地面積小，運(yùn)行維護(hù)容易。但它的最大缺點(diǎn)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(jī)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(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。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(yuǎn)遠(yuǎn)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(diǎn)是：調(diào)速平滑穩(wěn)定，調(diào)速范圍寬，容易實(shí)現(xiàn)提升自動化。因?yàn)殡妱訖C(jī)的轉(zhuǎn)速幾乎與提升負(fù)載無關(guān)，在低速范圍內(nèi)也能穩(wěn)定運(yùn)行。負(fù)力減速時可將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能返回電網(wǎng)。它的缺點(diǎn)是建設(shè)投資大，基礎(chǔ)費(fèi)用高。直流傳動方式又分為發(fā)電機(jī)—電動機(jī)傳動和晶閘管變流器—電動機(jī)傳動兩種，兩者相比，晶閘管變流器—電動機(jī)傳動又具有動作速度快、可靠性高、維護(hù)工作量小、故障少、運(yùn)行效率高、體積小、重量輕和占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。它的缺點(diǎn)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(yùn)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(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。20 世紀(jì) 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(jìn)了多臺晶閘管變流器供電的直流提升機(jī)，其中有一批為建井期間施工用提升機(jī)。隨著晶閘管變流器供電傳動技術(shù)的引進(jìn)和發(fā)展，國內(nèi)也進(jìn)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(kuò)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(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。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(jī)傳動系統(tǒng)已經(jīng)被普遍引進(jìn)，全數(shù)字化的自動化提升機(jī)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(jī)全自動化運(yùn)行的實(shí)現(xiàn)將極大的提高系統(tǒng)的可靠性、運(yùn)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(yùn)行速度，多重互鎖和后備保護(hù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測等全自動化、智能化的控制系統(tǒng)。為礦山進(jìn)一步實(shí)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(shí)的基礎(chǔ)3 礦井提升機(jī) PLC 保護(hù)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(hù)監(jiān)視控制。主令操作控制包括：對系統(tǒng)迸行管理，實(shí)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。PIC 根據(jù)運(yùn)行方式對變頻器實(shí)現(xiàn) S 形速度給定控制，實(shí)現(xiàn)箕斗運(yùn)行速度的準(zhǔn) S 形曲線。保護(hù)監(jiān)控控制主要包括：超速監(jiān)視、過卷監(jiān)視、實(shí)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(shí)現(xiàn)抱閘停車保護(hù)。 行程 PLC 控制礦井提升機(jī)與所有的運(yùn)輸設(shè)備一樣，其工作目標(biāo)是把被運(yùn)輸物體從原始出發(fā)點(diǎn)運(yùn)輸?shù)侥康牡?，即從一個提升水平(例如 A)運(yùn)至另—個提升水平(例如 B)。實(shí)質(zhì)上就是位置控制,保證提升容器在預(yù)定地點(diǎn)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(jī)運(yùn)行安全、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)、高效，當(dāng)提升機(jī)運(yùn)行位置變化時，其速度也應(yīng)做相應(yīng)的變化。在實(shí)際工作中，實(shí)現(xiàn)提升機(jī)從 A 水平至 B 水平的運(yùn)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(jī)運(yùn)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(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(shí)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(diǎn)不變和停車點(diǎn)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(jī)的速度進(jìn)行連續(xù)監(jiān)視 [11]。 速度給定方式分析 目前提升機(jī)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(jī)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(fù)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(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。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(jī)軟件來實(shí)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(jī)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(fù)載波動時，若系統(tǒng)的靜差率較大，其實(shí)際速度是波動的；二是在提升運(yùn)行最大速度較低時，其減速段運(yùn)行時間有明顯變化。在這兩種情形下，提升機(jī)運(yùn)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(shí)際運(yùn)行的速度 V1＝，實(shí)際運(yùn)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(shí)際上運(yùn)行距離比給定速度圖少運(yùn)行 AE 段(忽略爬行段的速度偏差)。而 AE 段折合的運(yùn)行距離△h 為：△h= tVEA)(21?式中 t——A 點(diǎn)減至 E 點(diǎn)所需時間，t＝ ()/=??2/a則：△h= （10+）=由于減速點(diǎn) A 到停車點(diǎn) E 的距離是一點(diǎn)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(yùn)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(shí)際速度大于給定速度 Vm,實(shí)際運(yùn)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(shí)際運(yùn)行時全速為 ，則在減速段，實(shí)際上比給定速度圖多運(yùn)行了 CE 段。經(jīng)分析 CE 段的距離為 。由于減速段多運(yùn)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(jī)械沖擊，或停車不準(zhǔn)確，甚至造成上提過卷，給提升機(jī)的安全運(yùn)行造成不安全因素。時間給定的特點(diǎn)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(yùn)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(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(diǎn)到停車點(diǎn)距離△S = =50 m，運(yùn)行時間 t＝ ＝10 s。2/aVm 2/aVm 當(dāng)提升機(jī)以 ＝，可以計算出減速點(diǎn)至爬行點(diǎn)的距離為：1△ S = = m21Vpm?減速點(diǎn)至爬行點(diǎn)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(diǎn)至停車點(diǎn)運(yùn)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(jī)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(jī)(例如原 AEG 公司產(chǎn)品)來實(shí)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(jī)產(chǎn)生速度給定信號。 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(shí)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(shí)際運(yùn)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(shí)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(shí)際速度 Vc= m/s。速度偏差為 m/s。在 D 點(diǎn)時的實(shí)際速度為，而在給定速度圖中此點(diǎn)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(shí)際運(yùn)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(shí)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(fù)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(yùn)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