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[摘 要]介绍矿井提升机改造安全控制技术要求及特点、PLC构成的电控系统功能，以及改后效果评价。
[关键词]PLC控制；变频调速；电控系统；煤矿提升机
中图分类号：TN77 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2014）30-0014-01
1 引言
上世纪9O年代前，煤矿提升机大多使用TKD，JKMK/J系列电控柜，但是系统由于采用继电器、接触器、磁放大器等分立元器件，因此存在着设备使用效率低、可靠性差、噪声大、耗能高和安全保护不完善等诸多缺点和问题，后被逐步淘汰。矿井提升机电控系统可分为传统的交流电控系统、交流变频调速系统和直流电控系统三大类。进入90年代以后，随着工业控制计算机的应用，包括可编程控制器（PLC）在提升机上的应用，从而取得了令人满意的提升使用效果。在其各种功能上，由模拟量设定又被数字量设定所取代。设定的项目也由几个上升到几十个乃至近百个。就其中的逆变管来说，逐渐由GTR更新为IGBT。而变频器的容量也已达到了数千kW。为保障提升安全和提高自动化控制水平，随后又逐步推广应用PLC控制的变频调速系统，其功能更加完善，提升性能更加优越，它在保障提升系统安全性、可靠性上发挥了更加重要的作用。
2 提升机安全控制技术要求及特点
1）传统电控方式存在的问题。前几年矿井提升绞车，不少都为2JK系列提升机，其最大绳速低，拖动电机为绕线型异步电动机，配置TDK系列电控柜，并采用转子绕组串电阻调速电控方式。这类提升机，存在以下主要问题：①TDK型主控屏电磁式继电器较多，故障判断排除时间长；②提升控制自动化程度低，提升机司机劳动强度大；③如副井提升绞车在连续提放液压支架、采煤机等大件时，电阻发热严重，经常烧坏电阻连线，其能耗非常大。④由于调速为有级调速，其机械冲击大，钢丝绳的使用寿命低，动力制动投入时的瞬间速度变化大，而钢丝绳就会产生跳动；⑤在利用可调闸配合动力制动下放重载时，其速度控制不均匀，只能凭司机的经验来控制，这样还容易造成提升物掉道，而引发事故。
2）交、直流电机拖动的特点。直流电动机由于结构上的原因，它也存在如下缺点：①结构复杂，存在换向火花，则需要定期更换电刷与换向器；②维护保养比较困难。而交流电机与直流电机相比，具有以下优点：①结构简单、坚固，工作可靠，不存在换向火花问题，并易于保养维护；②容易制造出大容量、高转速、高电压的交流电动机。所以，在电力电子的诸多领域内，交流调速已取代了直流调速，并成为主流技术。
3）提升机的安全技术要求。由于提升机是煤矿的主要生产和关键设备，也是所谓的矿山“咽喉”。平时，它肩负着煤炭、矸石、设备、材料和人员的提升等重要任务，是生产系统中的一个重要环节，因此所处的地位极其重要。为此，这就要求矿井提升机的运行应安全、可靠、高效，而且停车位置还要准确无误。在安全性能上，要求具备以下几点：①制动性好。故障时，可安全制动；②可靠性要求高。系统故障率低，长时间能安全工作；③具有提升高效性。缩短提升循环时间（包括运行、停止时间）；④经济运行性好。要求低能耗，便于维护。
4）运用变频调速系统改造方法。在系统总体改造方案上，可以选为：将原有的控制系统保持不变，只作为改造后的备用系统。在新增系统上，可采用交流变频调速，利用PLC控制，以此增加控制系统的可靠性和安全性。
3 PLC构成的电控系统功能
1）系统功能。某矿井提升机原控制系统改造后典型的PLC控制系统见图1。其系统功能主要有：①控制功能。根据提升机起动、等速运行、减速、停车、验绳、换向及安全保护的设计要求，改变相应电控系统的工作状态，实现必要的电气联锁和保护功能。②测速硬容器位置指示功能。安装在提升机上的两个轴编码器输出的数字脉冲与主电动机的转速成正比，一个用于提升速度与行程的显示，另一个用于速度保护，并作速度闭环控制的反馈量。③保护及连锁功能。a.安全制动时，配合液压站安全阀使提升机实现一级或二级制动；同时变频器进入回馈制动状态，工作闸继电器及制动油泵等控制回路断电，使制动油压降为零。b.盘式制动器的工作制动力矩可调，紧急制动（安全制动）能产生二级制动，避免机械冲击。c.当提升机因发生故障中途停车时，且提升容器位于减速段行程时，排除故障后允许司机按上次开车方向选择开车（只能低速）；不在减速行程段，允许司机高速开车。d.当提升过程中发生润滑油压力过高、过低，润滑油滤油器或液压站滤油器堵塞或油温高时，触摸屏上有相应的故障信息显示，点亮相应信息灯，告知司机可以完成本次提升工作，当故障解除后才允许司机再下一次操作。e.遇到全矿停电时，由PLC保证提升机能实现二级制动，并做好提升机的后备保护。f.在任何情况下，只有司机接到开车信号后，才能使提升机运行。
2）PLC电控系统的主要功能。PLC是以微处理器为核心，综合了计算机、自动控制和通信技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置，具有结构简单、性能优越、可靠性高、灵活通用、易于编程、使用方便等优点，近年来它的应用较为广泛。由于控制对象的复杂性，使用环境的特殊性和运行工作的连续长期性，使得PLC在设计、结构上具有许多其他控制器无法相比的特点。①通用性强。PLC产品现已系列化和模块化，其配备的各种各样齐全的I/O模块和配套部件，可供选择使用，可以很方便地组合成能满足不同控制要求的控制系统，不需要自己设计和制作了硬件装置。②程序设计简单，易掌握。PLC主要的使用对象是广大的电气技术人员。考虑实际情况，一般不采用微机所用的编程语言，而采用了与继电器控制原理图非常相似的梯形图语言，这对学习和使用编程语言都非常方便。③可靠性高，抗干扰能力强。PLC为了满足“专业在工业环境下应用”要求，在硬件和软件上采取了系列措施设计。因此，它的可靠性大大提高了，抗干扰能力增强了。④采用先进的模块化结构，系统组合灵活方便。PLC的各个部件，包括CPU、电源、I/O等均采用模块化设计，由机架和电缆将各模块连接进来。系统的功能和规模可根据实际要求自行组合。⑤安装简便，维护量小。PLC一般不需要专门的机房，可在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与CPU相应的I/O端子相连，系统便可投入运行，安装接线工作量比继电器控制系统少得多。PLC本身故障率低，又有完善的自诊断功能和显示功能，一旦发生故障，可根据PLC上的发光二极管或编程器提供的信息，迅速查明原因。若本身故障，则可用更换模块的方法排除故障。⑥适应生产工艺变化的要求。PLC实质是一种工业控制计算机，其控制操作的功能是通过软件编程来确定的。生产工艺发生变化时，不必改变PLC的硬件设备，只需改变PLC的程序即可。
4 改后效果评价
通过对一些提升绞车的改造例证可知，改后大大改善了调速性能，显著提高了安全可靠性，有效降低了司机劳动强度和能耗（节电率20%以上）。运行稳定，很少发生故障。提升液压支架等大件时，速度控制稳定，避免了出现的掉道事故。
参考文献
[1] 王玉中，等.PLC技术在提升机交流电控改造中的应用[J].矿山机械，2006，34（6）：80-83.
[2] 牟曙光，等.浅谈PLC控制器在矿井提升机上的应用[J].有色金属，2008，24（2）：49-50.
[3] 刘雨刚，等.PLC在矿用提升机控制系统中的应用[J].煤炭工程，2007（7）：58-59.
[关键词]PLC控制；变频调速；电控系统；煤矿提升机
中图分类号：TN77 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2014）30-0014-01
1 引言
上世纪9O年代前，煤矿提升机大多使用TKD，JKMK/J系列电控柜，但是系统由于采用继电器、接触器、磁放大器等分立元器件，因此存在着设备使用效率低、可靠性差、噪声大、耗能高和安全保护不完善等诸多缺点和问题，后被逐步淘汰。矿井提升机电控系统可分为传统的交流电控系统、交流变频调速系统和直流电控系统三大类。进入90年代以后，随着工业控制计算机的应用，包括可编程控制器（PLC）在提升机上的应用，从而取得了令人满意的提升使用效果。在其各种功能上，由模拟量设定又被数字量设定所取代。设定的项目也由几个上升到几十个乃至近百个。就其中的逆变管来说，逐渐由GTR更新为IGBT。而变频器的容量也已达到了数千kW。为保障提升安全和提高自动化控制水平，随后又逐步推广应用PLC控制的变频调速系统，其功能更加完善，提升性能更加优越，它在保障提升系统安全性、可靠性上发挥了更加重要的作用。
2 提升机安全控制技术要求及特点
1）传统电控方式存在的问题。前几年矿井提升绞车，不少都为2JK系列提升机，其最大绳速低，拖动电机为绕线型异步电动机，配置TDK系列电控柜，并采用转子绕组串电阻调速电控方式。这类提升机，存在以下主要问题：①TDK型主控屏电磁式继电器较多，故障判断排除时间长；②提升控制自动化程度低，提升机司机劳动强度大；③如副井提升绞车在连续提放液压支架、采煤机等大件时，电阻发热严重，经常烧坏电阻连线，其能耗非常大。④由于调速为有级调速，其机械冲击大，钢丝绳的使用寿命低，动力制动投入时的瞬间速度变化大，而钢丝绳就会产生跳动；⑤在利用可调闸配合动力制动下放重载时，其速度控制不均匀，只能凭司机的经验来控制，这样还容易造成提升物掉道，而引发事故。
2）交、直流电机拖动的特点。直流电动机由于结构上的原因，它也存在如下缺点：①结构复杂，存在换向火花，则需要定期更换电刷与换向器；②维护保养比较困难。而交流电机与直流电机相比，具有以下优点：①结构简单、坚固，工作可靠，不存在换向火花问题，并易于保养维护；②容易制造出大容量、高转速、高电压的交流电动机。所以，在电力电子的诸多领域内，交流调速已取代了直流调速，并成为主流技术。
3）提升机的安全技术要求。由于提升机是煤矿的主要生产和关键设备，也是所谓的矿山“咽喉”。平时，它肩负着煤炭、矸石、设备、材料和人员的提升等重要任务，是生产系统中的一个重要环节，因此所处的地位极其重要。为此，这就要求矿井提升机的运行应安全、可靠、高效，而且停车位置还要准确无误。在安全性能上，要求具备以下几点：①制动性好。故障时，可安全制动；②可靠性要求高。系统故障率低，长时间能安全工作；③具有提升高效性。缩短提升循环时间（包括运行、停止时间）；④经济运行性好。要求低能耗，便于维护。
4）运用变频调速系统改造方法。在系统总体改造方案上，可以选为：将原有的控制系统保持不变，只作为改造后的备用系统。在新增系统上，可采用交流变频调速，利用PLC控制，以此增加控制系统的可靠性和安全性。
3 PLC构成的电控系统功能
1）系统功能。某矿井提升机原控制系统改造后典型的PLC控制系统见图1。其系统功能主要有：①控制功能。根据提升机起动、等速运行、减速、停车、验绳、换向及安全保护的设计要求，改变相应电控系统的工作状态，实现必要的电气联锁和保护功能。②测速硬容器位置指示功能。安装在提升机上的两个轴编码器输出的数字脉冲与主电动机的转速成正比，一个用于提升速度与行程的显示，另一个用于速度保护，并作速度闭环控制的反馈量。③保护及连锁功能。a.安全制动时，配合液压站安全阀使提升机实现一级或二级制动；同时变频器进入回馈制动状态，工作闸继电器及制动油泵等控制回路断电，使制动油压降为零。b.盘式制动器的工作制动力矩可调，紧急制动（安全制动）能产生二级制动，避免机械冲击。c.当提升机因发生故障中途停车时，且提升容器位于减速段行程时，排除故障后允许司机按上次开车方向选择开车（只能低速）；不在减速行程段，允许司机高速开车。d.当提升过程中发生润滑油压力过高、过低，润滑油滤油器或液压站滤油器堵塞或油温高时，触摸屏上有相应的故障信息显示，点亮相应信息灯，告知司机可以完成本次提升工作，当故障解除后才允许司机再下一次操作。e.遇到全矿停电时，由PLC保证提升机能实现二级制动，并做好提升机的后备保护。f.在任何情况下，只有司机接到开车信号后，才能使提升机运行。
2）PLC电控系统的主要功能。PLC是以微处理器为核心，综合了计算机、自动控制和通信技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置，具有结构简单、性能优越、可靠性高、灵活通用、易于编程、使用方便等优点，近年来它的应用较为广泛。由于控制对象的复杂性，使用环境的特殊性和运行工作的连续长期性，使得PLC在设计、结构上具有许多其他控制器无法相比的特点。①通用性强。PLC产品现已系列化和模块化，其配备的各种各样齐全的I/O模块和配套部件，可供选择使用，可以很方便地组合成能满足不同控制要求的控制系统，不需要自己设计和制作了硬件装置。②程序设计简单，易掌握。PLC主要的使用对象是广大的电气技术人员。考虑实际情况，一般不采用微机所用的编程语言，而采用了与继电器控制原理图非常相似的梯形图语言，这对学习和使用编程语言都非常方便。③可靠性高，抗干扰能力强。PLC为了满足“专业在工业环境下应用”要求，在硬件和软件上采取了系列措施设计。因此，它的可靠性大大提高了，抗干扰能力增强了。④采用先进的模块化结构，系统组合灵活方便。PLC的各个部件，包括CPU、电源、I/O等均采用模块化设计，由机架和电缆将各模块连接进来。系统的功能和规模可根据实际要求自行组合。⑤安装简便，维护量小。PLC一般不需要专门的机房，可在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与CPU相应的I/O端子相连，系统便可投入运行，安装接线工作量比继电器控制系统少得多。PLC本身故障率低，又有完善的自诊断功能和显示功能，一旦发生故障，可根据PLC上的发光二极管或编程器提供的信息，迅速查明原因。若本身故障，则可用更换模块的方法排除故障。⑥适应生产工艺变化的要求。PLC实质是一种工业控制计算机，其控制操作的功能是通过软件编程来确定的。生产工艺发生变化时，不必改变PLC的硬件设备，只需改变PLC的程序即可。
4 改后效果评价
通过对一些提升绞车的改造例证可知，改后大大改善了调速性能，显著提高了安全可靠性，有效降低了司机劳动强度和能耗（节电率20%以上）。运行稳定，很少发生故障。提升液压支架等大件时，速度控制稳定，避免了出现的掉道事故。
参考文献
[1] 王玉中，等.PLC技术在提升机交流电控改造中的应用[J].矿山机械，2006，34（6）：80-83.
[2] 牟曙光，等.浅谈PLC控制器在矿井提升机上的应用[J].有色金属，2008，24（2）：49-50.
[3] 刘雨刚，等.PLC在矿用提升机控制系统中的应用[J].煤炭工程，2007（7）：58-59.