＊馮世旭

（汾西礦業(yè)集團水峪煤業(yè) 山西 032300）

礦井提升機可以被看作是礦井運輸過程中非常重要的設(shè)備之一，礦井對于安全性、可靠性提出的要求相對比較高。礦井提升機在具體操作中，根本目的是為了對行程給定的有效控制，保證整個運行速度能夠得到及時有效的管理和控制。在這一基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對行程的有效控制，但是無法保證其在加減速或者啟停車階段能夠?qū)崿F(xiàn)對速度的有效控制，很容易在目前現(xiàn)有傳統(tǒng)系統(tǒng)當(dāng)中產(chǎn)生非常嚴重的電流沖擊，促使鋼絲繩張力出現(xiàn)嚴重突變等問題。對于提升機自身而言，將會造成嚴重危害影響，甚至?xí)?dǎo)致人體安全受到影響。結(jié)合目前我國現(xiàn)有礦井提升機的應(yīng)用現(xiàn)狀，基本上都是以S型速度曲線為主，來實現(xiàn)對整個行程過程的有效控制，這樣不僅能夠保證提升機載力測試的安全性和穩(wěn)定性，而且能夠促使提升機在運行時的效率和質(zhì)量得到有效提升。但是結(jié)合實際情況，發(fā)現(xiàn)提升機1h需要的能耗普遍比較大，基于此，要結(jié)合實際情況采取有針對性的對策，實現(xiàn)對提升機能耗行程控制方法的合理利用，以此來實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的根本目的。

1.礦井提升機節(jié)能運行的行程控制方法研究的意義

礦井提升機是礦山運輸?shù)闹匾O(shè)備，也是井下作業(yè)的機械設(shè)備。礦井提升機對齒輪控制系統(tǒng)的效率、安全性和可靠性提出了更高的要求。礦井提升機的第一個控制是驅(qū)動控制，提升機是控制系統(tǒng)的重要組成部分，它不僅影響提升機的停車精度，而且關(guān)系到礦山的正常生產(chǎn)，因此，對提升機的控制進行檢測就顯得尤為重要。

當(dāng)前設(shè)置用于確定行程后的速度調(diào)整信號，根據(jù)時間指定杠桿制動段的調(diào)速信號。無論礦井提升機運行多快，都應(yīng)按恒定延時和恒定延時點減速。爬行路徑隨提升機的最大運行速度而變化，爬行距離在變化，路徑也在變化。當(dāng)?shù)V井提升機高速運行時，延遲距離變長，爬行距離變短。相反，延遲距離變短變長，影響升力周期；如果指定了礦井提升機的調(diào)速信號，并且制動點的最大運行速度發(fā)生變化，則礦井提升機可以通過降低調(diào)速信號來確定。根據(jù)吊車與停車點的距離，停車區(qū)內(nèi)的每個位置對應(yīng)車輛給出的速度信號。礦井提升機在減速部分的速度是閉合的，根據(jù)安全可靠的車速信號，駕駛操作。

我國的提升機行程控制大多采用機械控制，難以實現(xiàn)現(xiàn)代化、高效的行程控制。因此，SPS被用于集線器控制，根據(jù)行程控制的要求，設(shè)計了滿足行程控制要求的系統(tǒng)硬件配置和軟件方案。

2.礦井提升機類型

提升機是煤礦井下連接豎井的重要運輸設(shè)備，它通常位于煤礦附近，它的主要任務(wù)是運輸生產(chǎn)物資、人員上下和煤炭。一般來說，提升機主要由卷筒和鋼絲部件組成，經(jīng)過各種升降程序后，可分為纏繞式和摩擦式。纏繞方式可分為單繩纏繞和多繩纏繞，摩擦方式可分為樓板式和塔式。

我國礦山使用的提升機主要有單繩纏繞式提升機和雙卷筒式提升機。單繩纏繞式提升機通過旋轉(zhuǎn)卷筒來提升重物，鋼絲繩部分纏繞在卷筒上，所以操作相對穩(wěn)定安全。當(dāng)運輸路徑短，舉升物體輕時，提升機具有很大的優(yōu)勢。如果提升機的運輸路徑長，被提升物體的質(zhì)量大，鋼絲繩的直徑大，滾筒的直徑大，在提升過程中會有很多的不便。因此，雙卷筒式提升機主要用于深坑的提升階段，需要進一步改進，與繞線裝置相比，摩擦式提升機對提升高度的限制較小，可廣泛應(yīng)用于深度提升裝置中。摩擦式提升機通過摩擦結(jié)構(gòu)吊起重物，采用復(fù)合鋼絲件后，可以有效地控制摩擦式提升機的直徑，為礦山的高效運輸提供良好的保障。隨著我國制造技術(shù)和材料科學(xué)的發(fā)展，研制和生產(chǎn)了許多高性能提升機，將我國礦山生產(chǎn)提高到一個新的水平。

3.煤礦提升機中變頻節(jié)能系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用

(1)變頻節(jié)能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

煤礦提升機是井下運輸煤炭、人員和物資的必要環(huán)節(jié)，托輥和起升軸是提升機的重要組成部分，直接影響提升機的工作效率和設(shè)計成本。絞車卷筒采用薄壁作力載體，在操作時，外力往往比較復(fù)雜，容易變形甚至損壞。因此，滾筒在安裝前必須嚴格控制，確保設(shè)計和質(zhì)量合格。滾筒的結(jié)構(gòu)主要分為：驅(qū)動器、減速器、發(fā)動機、制動裝置等部件。減速器結(jié)構(gòu)采用閉式齒輪減速器，在升力階段沒有支撐元件。當(dāng)提升機在外力作用下工作時，軸向壓力電壓將主波的力傳遞給提升機。由于現(xiàn)代煤礦的高利用率，提升機的使用和要求也更高。因此，提高提升機的效率和安全性是十分必要的。

目前，許多煤礦采用變頻技術(shù)來提高提升機的使用，并取得了滿意的效果。本文提出將以下變頻節(jié)能系統(tǒng)應(yīng)用于煤礦提升機下，以改進和提高提升機的使用。

該系統(tǒng)主要由提升機設(shè)備、三相異步發(fā)動機、數(shù)據(jù)卡、變頻器等結(jié)構(gòu)組成，完成提升裝置的節(jié)能運行和遠程監(jiān)控。提升機在運行過程中，首先在計算機控制界面輸入變頻、延時加速、恒速拾取等命令程序，通過變頻器等元件將命令程序傳送到變頻器存儲器中，然后數(shù)據(jù)采集卡將上下信號發(fā)送到變頻器終端，計算機接收來自終端的信號，完成對煤礦開采作業(yè)過程的監(jiān)控，同時，計算機會不斷地將操作參數(shù)（即指令程序）調(diào)整到提升機的實時運行狀態(tài)，以控制提升機的平穩(wěn)運行。此外，操作者還接收上下限開關(guān)的控制信號，確保監(jiān)視器正常運行，防止重疊或放電事故發(fā)生。在整個系統(tǒng)的工作過程中使用的信號適配器主要是通過上位機串口將RS232電平轉(zhuǎn)換為RS485電平，然后通過普通網(wǎng)線通過RJ45端子傳輸?shù)阶冾l器；信號隔離器主要通過光耦合器和數(shù)據(jù)采集卡將兩個高電平信號轉(zhuǎn)換成兩條線。

本文提出的系統(tǒng)主要采用組態(tài)軟件，具有較強的通用性。該軟件在煤礦應(yīng)用時，需要對具體數(shù)據(jù)進行適配和調(diào)試。為了實現(xiàn)檢測、顯示控制、保護和其他起重設(shè)備的操作,屏幕按鈕也可以配置為控制上升速度,變頻器的頻率和電動機的正向和反向旋轉(zhuǎn)。

(2)變頻節(jié)能系統(tǒng)的優(yōu)點

首先，變頻技術(shù)的應(yīng)用可以減少起重機的能耗，并確保起重機的運行平穩(wěn)，以減少機械的影響在絞車牽引，減少大型控制電流的變化值，并確保吊裝裝置的安全吊裝。其次，與原有技術(shù)相比，變頻技術(shù)消除了變速保護和調(diào)速的阻力，不僅簡化了提升機的結(jié)構(gòu)，還減少了維護成本和停機時間。最后，計數(shù)系統(tǒng)連接互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)對升降裝置的遠程監(jiān)控和遠程診斷，不僅提高了升降裝置監(jiān)控的有效性，還降低了工人的工作強度。

4.行程控制

在提升機通常情況下是指在兩定點范圍內(nèi)實現(xiàn)往復(fù)類型，由于其自身具有一定特殊性，所以要保證提升機載控制系統(tǒng)方面，能夠保證停車定位的準確性和有效性，促使整個運行的高效性，以此來實現(xiàn)對整個提升機運行過程的有效維護。在對提升機進行管理和控制時，要保證能夠?qū)π谐涛恢眠M行準確有效的管控，由此可以看出行程控制在提升機系統(tǒng)中具有非常重要的影響和作用。在現(xiàn)階段行程原則背景下的S型速度給定，基本上都是由控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)實現(xiàn)，對其自身實際配置的準確有效計算。通過一系列合理操作，能夠?qū)﹂_關(guān)或者軟件內(nèi)部已經(jīng)設(shè)定的系統(tǒng)檢索點進行科學(xué)合理的設(shè)置，一旦到達對應(yīng)減速等之后，可以直接由控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)。按照目前現(xiàn)有的參數(shù)要求，促使S形速度曲線能夠在實踐中得到有效推進。通過該方法的合理利用，能夠保證對應(yīng)的位置處進行有效固定，一般要結(jié)合提升機自身最大的運行速度來進行科學(xué)合理的設(shè)置，提升速度，若沒有超過最大速度時，那么勢必會產(chǎn)生相對比較大的爬行速度，導(dǎo)致提升機自身的運行效率受到影響。要想從根本上保證提升機在行駛時的效率得到有效提升，需要結(jié)合實際情況對提升機在運行時的具體速度以及行程卡進行準確有效的計算，保證計算機提升及自身減速曲線能夠得到實施有效的計算[1]。通過該方法的合理利用，能夠?qū)⑵洚a(chǎn)生出的速度圖劃分為三段式，整個減速度具有一定固定性特點，同時減速點具有變化性特征，所以并不需要對減速點開關(guān)進行設(shè)置。

5.行程控制系統(tǒng)的實現(xiàn)

(1)行程控制系統(tǒng)的硬件配置

行程控制通常情況下是指要結(jié)合目前現(xiàn)有的一系列原則，對已經(jīng)產(chǎn)生出的S型速度給定，以及行程閉環(huán)控制功能進行有效推進，所以在對功能進行具體分配以及系統(tǒng)配置過程中，要保證行程控制能夠放在的重要組成部分。其自身各方面功能基本上都是直接由調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)部控制，以此來進行有效操作。調(diào)速系統(tǒng)在構(gòu)建和應(yīng)用時，內(nèi)部現(xiàn)有控制主要是一些分子公式的全數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)為主，該控制系統(tǒng)在應(yīng)用時，可以被看作是目前世界上相對比較先進的系統(tǒng)之一。該系統(tǒng)在構(gòu)建和應(yīng)用中，主要是以多CPU型處理方式為主，其自身的功能特點相對比較強大，具有一定可靠性[2]。同時整個系統(tǒng)調(diào)試時間相對比較短，結(jié)合目前實際情況展開深入分析時，發(fā)現(xiàn)該控制系統(tǒng)在構(gòu)建和應(yīng)用時，其中相對比較突出的特點是硬件以及軟件基本上都是以模塊化方式為主進行設(shè)計，能夠結(jié)合實際情況，根據(jù)任務(wù)的大小以自由配置方式實現(xiàn)對系統(tǒng)內(nèi)部軟件和硬件的有效配置。結(jié)合實際情況，將原本提升機電控系統(tǒng)進行改造和升級，以自主研發(fā)方式，保證行程控制功能的全面有效落實。由于行程控制過程中，對于整個礦井提升機而言，可以保證其自身實現(xiàn)安全穩(wěn)定的運行，所以對于其自身實際運行而言，在檢測過程中通常會以雙通道獨立檢測方式為主。在對系統(tǒng)進行設(shè)置時，一般都會設(shè)置兩臺與滾筒同軸連接的軸編碼器，這樣能夠保證行程檢測工作的全面有序開展。對于控制系統(tǒng)而言，兩臺CPU模板可以實現(xiàn)，對兩臺周邊的洗面沖洗后有針對性的計算和分析，可以對其中涉及到的具體位置進行準確有效的計算。在行程控制方面可以結(jié)合實際情況，對整個朝向井口運行的實際位置進行計算[3]。在箕斗實際位置相互之間能夠?qū)崿F(xiàn)有針對性的監(jiān)視，這樣做的根本目的是為了保證行程在計算時的準確性和有效性。

(2)S形速度給定軟件生成

行程軟件在提出和應(yīng)用時，能夠結(jié)合目前已經(jīng)進行的現(xiàn)場設(shè)計，進行直接有效的檢測，同時要根據(jù)系統(tǒng)要求對額定加速度或者檢測圖，進行準確有效的設(shè)定。額定加速度的整個變化率以及相關(guān)參數(shù)能夠作為基礎(chǔ)，對目前加速度給定以及行程給定等進行準確有效的運算，為了從根本上保證線程控制系統(tǒng)在運行時的穩(wěn)定性和可靠性，為后續(xù)使用以及維護提供便利條件。在對軟件進行編制時，要對系統(tǒng)參數(shù)進行有針對性的參數(shù)化操作。對于施工人員而言，現(xiàn)有參數(shù)并不具備復(fù)雜性特征，而是具有一定常規(guī)性特點的實際參數(shù)?，F(xiàn)場技術(shù)人員需要結(jié)合實際情況對最大類型速度進行適當(dāng)修改，來為后續(xù)使用以及維護提供便利條件[4]。對于各種不同類型應(yīng)用場所而言，在實踐中可以結(jié)合這些情況提供相對比較豐富的行程參數(shù)作為基礎(chǔ)，除了常規(guī)額定速度以外，對符合現(xiàn)實要求的停車水平進行合理選擇，這樣能夠?qū)Τ绦蛲ㄓ眯缘认嚓P(guān)問題進行妥善處理。

(3)行程閉環(huán)控制軟件實現(xiàn)

雖然系統(tǒng)在運行時，主要是以目前現(xiàn)有行程的原則來進行操作，以S型速度給定方式為基礎(chǔ)，但是在實踐中，由于調(diào)速系統(tǒng)在運行時整個速度調(diào)節(jié)器在運作過程中主要是以PI調(diào)節(jié)器為主，所以在針對速度進行控制時，其自身的整個狀態(tài)相對比較良好。針對速度進行動態(tài)化調(diào)節(jié)時，比如在減速階段具有非常明顯差異性，這種形式下，勢必會導(dǎo)致行程控制方面存在一定誤差。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)將會受到影響，為了從根本上實現(xiàn)對整個行程的有效控制，對于系統(tǒng)而言，通常都會對行程調(diào)節(jié)器進行合理利用，以此來實現(xiàn)對整個行程的閉環(huán)控制。行程調(diào)節(jié)器進行具體操作時，主要是以P調(diào)節(jié)器為主，無論是在行程或者實際行程等各方面具有非常明顯的差異性。對于行程條件的輸入而言，經(jīng)過PE調(diào)節(jié)器之后，可以輸出對應(yīng)的部分，將其作為速度給定中的主要部分之一。通過這種方式在其中的合理利用，能將行程控制當(dāng)中涉及到的動態(tài)誤差進行有效消除。除此之外，在整個提升機自動運行過程中，需要結(jié)合實際情況對符合現(xiàn)實要求的負載拖動轉(zhuǎn)矩進行合理構(gòu)建，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)與負載之間的匹配。在行程控制方面，還需要對靜力矩預(yù)給定以及力矩前潰給定等進行科學(xué)合理的設(shè)置。這兩個環(huán)節(jié)在具體構(gòu)建和應(yīng)用時，與速度調(diào)節(jié)器的輸出可以實現(xiàn)有效疊加，將其自身的作用和價值充分發(fā)會出來，保證電流環(huán)的合理利用。以此為基礎(chǔ)，能夠?qū)﹄姍C轉(zhuǎn)矩科學(xué)合理的建設(shè)和利用，經(jīng)過一系列事件表明，這些控制環(huán)節(jié)在應(yīng)用時，對于控制行程而言，具有非常重要的影響和作用，同時能夠保證系統(tǒng)在維修時的動態(tài)性效果得到有效發(fā)揮。

6.行程監(jiān)視

由于系統(tǒng)在運行過程中的速度以及行程給定信號等基本上都是需要以箕斗的具體位置作為基礎(chǔ)，所以在實踐中要加強對行程檢測的重視程度，保證行程監(jiān)視工作的全面有序開展。在實踐中要結(jié)合實際情況，保證現(xiàn)有檢測設(shè)備以及硬件設(shè)施的可靠性和有效性，對工業(yè)級設(shè)備進行科學(xué)合理的利用，比如可以將重載質(zhì)的軸編碼器作為基礎(chǔ)，以此來保證行程檢測工作的全面有序開展。需要注意的一點是，檢測通道具有一定的獨立性特點，無論是從傳感器或者在電纜當(dāng)中，一直到處理器模板完成之后，基本上都是以雙通道配置為基礎(chǔ)。在對控制系統(tǒng)進行整個行程實際值計算時，要加強監(jiān)視力度，針對各種不同類型的通道進行監(jiān)測時，要保證計算值相互之間能夠?qū)崿F(xiàn)有效的監(jiān)視。比如兩個軸編碼器相互之間在計算時，形成有針對性的監(jiān)視，無論是在計算速度或者測速發(fā)電機等各方面能夠?qū)崿F(xiàn)有效監(jiān)視。除此之外，對于控制系統(tǒng)而言，需要對符合現(xiàn)實要求的逐點監(jiān)視系統(tǒng)進行科學(xué)合理的設(shè)置，同時要將連續(xù)速度建設(shè)等各方面功能作用特點充分發(fā)揮出來。

7.結(jié)語

提升機在運行時，結(jié)合實際情況，不難看出其自身的最大速度以及周期提升處于相同狀態(tài)下，可以根據(jù)實際情況提出的一系列要求，分別以梯形速度曲線或者是S形速度曲線，實現(xiàn)對提升機整個行程過程中產(chǎn)生出的1次能耗進行有效控制。經(jīng)過控制以及管理效果分析，發(fā)現(xiàn)兩者在此時的提升能耗相同，所以礦井提升機在1次提升能耗方面，要將提升機在運行時的速度權(quán)重以及對應(yīng)的加速度表達式等相關(guān)因素條件放在首要位置上。通過對符合現(xiàn)實要求的算法的合理利用，可以從中總結(jié)出提升機1次提升能耗最小時的對應(yīng)速度權(quán)重和加速度。通過這種方式在其中的合理利用，能夠保證提升機S形速度曲線參數(shù)的有效控制，保證參數(shù)的準確性、有效性。將現(xiàn)有參數(shù)作為基礎(chǔ)，以此來對S形速度曲線控制提升機行程的效果提供保證。只有這樣，才能夠從根本上實現(xiàn)對能耗的有效控制，經(jīng)過計算統(tǒng)計后，發(fā)現(xiàn)該方法的合理利用，可以降低能耗9.14%左右，以此來達到節(jié)能減排的根本目的。