礦山提升機中自動化技術的應用

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摘要：基于對自動化技術中自動化控制必要性和PLC技術的分析，闡述礦山電力拖動系統(tǒng)的發(fā)展狀況，自動化系統(tǒng)的結構、PLC控制器的功能、礦山提升機中的物聯網技術應用。

關鍵詞：控制技術，自動化，礦山提升機，PLC控制器

引言

礦山提升機屬于聯系井下和地面之間的運輸設備，主要起到對礦物、人員和物料的運輸作用，其運行狀況直接影響礦山生產作業(yè)效率與安全。而影響礦山提升機運行性能的關鍵就是其拖動系統(tǒng)，目前也將先進的自動化控制系統(tǒng)應用其中代替?zhèn)鹘y(tǒng)的控制系統(tǒng)[1-3]，表現出具有更高穩(wěn)定性以及便于使用操作等優(yōu)點，也在確保礦業(yè)企業(yè)人員和財產安全的同時，實現了礦業(yè)企業(yè)節(jié)能水平的提升和經濟效益的提高。

1自動化技術的特點

在目前礦業(yè)企業(yè)加大生產規(guī)模并提升生產效率來滿足社會經濟發(fā)展對礦山資源的需求的形勢下，需要自動化控制技術在礦山提升機的控制操作系統(tǒng)中的應用來起到優(yōu)化配置的作用，提升礦山開采作業(yè)效率并簡化操作流程，同時也減少人工作業(yè)成本并保證采礦體系運行的穩(wěn)定性。在目前的礦業(yè)企業(yè)自動化控制系統(tǒng)中廣泛應用的自動化技術就是PLC技術，尤其是在礦山提升機中的應用，可以通過PLC自動化控制系統(tǒng)來統(tǒng)計分析其運行中的關鍵數據和影響因素，基于分析結果對控制體系進行優(yōu)化。由于礦山提升機在頻率因素的干擾下會出現加減速率方面的差異，這就需要發(fā)揮功率單元的再生能力，實現PLC自動化控制時效性的提升，在此技術的應用下可以將其系統(tǒng)運行的刷新時間設置為0.5s。在此系統(tǒng)的實際操作中，可以先在寄存器中存放數據信息，再通過數據轉化形成操作流程，實現礦山提升機提升作業(yè)速率的提升。同時在此控制系統(tǒng)中也針對設備運轉速度設置了安全限制，在提升機運行中一旦出現絞車超出限定速度的問題就會自動發(fā)出警報來保障生產安全。

2礦山電力拖動系統(tǒng)的發(fā)展狀況

在我國礦山企業(yè)的歷史發(fā)展過程中，傳統(tǒng)礦山提升機控制系統(tǒng)在應用中主要表現出速度的調節(jié)控制效果較差的問題，也就是難以對運行速度進行準確控制，同時還造成運行中能耗較多以及安全性較低的問題，增加了系統(tǒng)運行中的維護工作量和生產作業(yè)成本。因此，針對上述問題，我國的礦山提升機控制系統(tǒng)也一直在改進。以礦山提升機中的電力拖動系統(tǒng)為例，在1970年代主要應用P+D的直流拖動技術，此種拖動技術在實際運行中表現出運行效率低、能耗高、設備體積和占用空間大、設備運行中的噪音大、養(yǎng)護費用較高等問題。近期，針對上述拖動技術應用中的問題，逐漸通過全數字的電動拖動控制技術進行代替，通過此技術的應用實現對礦山提升機的全自動化控制，提升礦山生產作業(yè)產能和安全性。以鐵礦石生產為例，通過此電力拖動系統(tǒng)的應用可以起到運輸礦石的作用，而且還有助于提升礦山產能和工作效率，電力拖動系統(tǒng)的應用效果也是礦山企業(yè)一直在研究的話題。目前的礦業(yè)企業(yè)生產中應用比較先進的提升機為連續(xù)式提升機，其承載范圍可以達到2t，此種提升機的應用在保證生產流程連續(xù)性的同時，有助于提升生產效率并減少設備占用空間。還可以通過結合此設備與出入口設備的方式來實現全自動化的礦石運輸，減少礦石運輸過程中可能造成的人員傷亡問題。此外，此種提升機運行中的維修保養(yǎng)費用較低，也有利于降低礦石運輸成本。但是在此類設備使用過程中，由于設計上存在一定的局限性而智能通過單項運動的方式，無法實現對物料的往復式運輸，同時也智能對滿足尺寸要求的物料進行有效運輸，這就需要設計人員針對此問題進行針對性的改進和完善來保證此類設備優(yōu)勢的充分發(fā)揮。

3主提升機de自動化系統(tǒng)結構

3.1主回路

在此系統(tǒng)結構的主回路中，為電機進行供電的結構主要是在電樞回路中的兩臺整流變壓器，而且在此回路中采用可逆型連接方法對其進行連接來形成X型和Y型的接線電機，同時也組成12組電路運行模式。而在全自動化控制系統(tǒng)的應用中，則可以在上述結構基礎上通過整流變壓器為每一臺電機供電來減少電網的影響權重，實現生產作業(yè)效率的提升。

3.2全數字調節(jié)

針對此自動化控制系統(tǒng)中的全數字調控系統(tǒng)的選擇，需要滿足礦山提升機實際運行狀況和具體需求，由特定生產廠家指定所需產品。此類全數字調控系統(tǒng)在實際運行中的調節(jié)功能主要依靠具有較高功效的處理器來實現，而且依靠調節(jié)控制程序模塊中的參數來實現軟件調節(jié)功能，基于上述全數字調節(jié)部分來實現對系統(tǒng)運行狀況的準確控制。此種調節(jié)系統(tǒng)結構具有較為強大的微處理器性能，通過此微處理器可以完成所有的調節(jié)、控制和監(jiān)控作用。同時也結合系統(tǒng)結構具體情況進行控制軟件的組建，在此運行和組建模式基礎上，應用此控制系統(tǒng)平臺來自動優(yōu)化配置其中的電流和調節(jié)器，進而可以優(yōu)化配置整個系統(tǒng)，實現對礦山提升機的最優(yōu)控制。在上述調速系統(tǒng)的應用中需要控制電網電壓在一定范圍內波動，避免電壓波動過大而造成系統(tǒng)各種數據參數波動過大、甚至是損壞系統(tǒng)等問題。通常此電壓波動范圍需要控制不能超過本身電壓額度的10%，以此來保證系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運行。同時在此調速系統(tǒng)中也具有RS485和RS232兩種通信接口，可以結合不同的通信線路規(guī)格型號進行相應結構的選擇來滿足信息交流的需求，實現系統(tǒng)本身通信能力的提升。

3.3操作臺和監(jiān)視器

在此自動化控制系統(tǒng)中的操作臺主要有左、右操作臺和指示操作臺組成，其中的左操作臺上包括制動手柄、緊急按鈕以及快開控制按鈕。右操作臺上包括主令操作手柄、工作方式選擇開關等按鈕。而指示操作臺上則主要包括監(jiān)視器、信號器以及儀表等，通過此操作臺的應用可以利用其中的監(jiān)視器來監(jiān)控整體提升機系統(tǒng)，并實時顯示提升機工作中的操作和運行數據，以此來掌握提升機的實時運行狀態(tài)，便于及時了解提升機運行中的故障并快速判斷故障位置、類型和原因，制定針對性的故障維修策略，實現故障排除時間的縮短和作業(yè)效率的提升。

4PLC控制器

在上述自動化控制系統(tǒng)中，PLC控制器的應用可以發(fā)揮其內部微處理器的精準控制功能來自動接收和執(zhí)行控制指令，減少人為因素所造成的故障，同時也提升自動化控制操作的便捷性，對于提升礦山生產產能和效率有著重要作用，有助于提升礦山提升機的自動化程度。此外，將PLC控制器在礦山提升機的操作系統(tǒng)中整合也有助于提升其運行安全性和穩(wěn)定性。這主要發(fā)揮PLC控制器對元件操控的控制作用來實現對提升機運行速度的精細化調節(jié)，保證提升機處于高精準度的運行狀態(tài)下。同時也便于工作人員及時了解提升機運行狀態(tài)并發(fā)現其異常，及時和快速排除故障來減少故障造成的經濟損失。

5自動化礦山提升機中的物聯網應用

在目前物聯網技術快速發(fā)展的同時也推動此技術在礦石開采作業(yè)中的應用，尤其是在礦山提升機系統(tǒng)中應用物聯網傳感器，可以幫助操作人員使用編碼器對提升機的實時運行速度、位置和動態(tài)變化信息進行自動檢測，同時將上述檢測信息同步到主控制臺設備中。還可以對數據信息進行轉換并實現遠距離傳輸，操作人員可以遠距離掌握礦山提升機的運行速度和值。此外，通過數字矢量變頻技術的應用，發(fā)揮其具有較高精準度和較廣速度調節(jié)范圍的優(yōu)點來滿足電機四象限運行需求。還可以對系統(tǒng)控制程序進行優(yōu)化，結合實際工況來自動優(yōu)化處理控制模型，保障提升機的高效和安全運行，減少其運行中的能耗。

6結語

目前的礦山提升機相關技術也隨著現代科技的發(fā)展而不斷進步并向全自動化方向發(fā)展，而通過其中PLC技術、變頻調速技術以及物聯網傳感技術等控制技術的應用，有助于發(fā)揮自動控制系統(tǒng)的優(yōu)勢，保證提升機運行效率和安全性的提升，同時也降低其運行能耗和成本，提升礦山企業(yè)生產經濟效益。

參考文獻

[1]李雷濤.冗余PLC控制的全自動礦井提升機交流調速系統(tǒng)設計[J].機電工程技術,2019,48(01):84-87.

[2]于生.PLC在礦井提升機設備控制系統(tǒng)中的應用研究[J].煤礦機械,2014,35(05):198-200.

[3]馮樹旭.礦井提升機控制系統(tǒng)設計[D].湖南：中南大學,2005.

作者：黃建東 李有邦 邊振偉 張萬全 單位：西部礦業(yè)股份有限公司錫鐵山分公司