浅析矿井交流提升机监控器设计

[摘 要]完善和推广使用了提升机微机监控监测保护装置

[关键词]矿井提升机 监控

中图分类号：TE224 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）13-0300-01

矿井提升机是矿山生产过程中的大型关键设备，其任务是用于升降人员和设备、提升矿石以及下放材料等。矿井提升机的工作特点是在一定的距离内，以较高的速度往复运行，完成提升或下放任务。因此，矿山提升设备应具有良好的机械特性、先进的控制设备和完善的保护装置。它的性能和安全性直接影响采矿生产和工人生命安全，工作过程中一旦发生机械或电气故障，就会严重地威胁矿井的安全，损坏设备，影响生产，甚至造成人身伤亡事故。虽然矿井提升机本身有一些保护措施，但由于采矿作业的复杂性、环境的恶劣性和研究的局限性，有些保护措施未达到预期效果，致使煤矿生产中仍有不少由于提升系统造成的重大人员伤亡和设备损坏事故的发生，因此，素有“矿山咽喉”之称。随着技术的进步、现代化矿井的建设和对人生命的重视，人们对矿井提升机的安全可靠性提出了更高的要求。

在我国，矿井提升机及其控制技术的安全性问题，虽然一直被作为第一原则强调，然而在很长的时间内，由于在理论研究上的差距，许多方面缺乏具体的技术措施，因而安全性得不到根本性的保障川。

一、矿井提升系统组成

矿井提升设备的主要组成部分是：提升容器，提升钢绳，提升机，天轮和井架以及装卸附属装置等。常用的提升容器是罐笼和箕斗，提升机运行时，两个罐笼沿着井筒做上下运动，完成提升重矿车和下放空矿车的任务。

矿井提升机的结构

以多绳摩擦式提升机为例，交流传动多绳摩擦式矿井提升系统主要由工作机构、制动系统、机械传动系统、系统、观测和操作系统、拖动控制和自动保护系统、外加辅助部分等构成。

1.工作机构

主要是指主轴装置和主轴承等。主轴装置由主轴、卷筒、滚动轴承、支轮、制动轮、调绳离合器等组成。

2.制动系统

液压制动系统装置包括制动器和液压传动装置，是提升机不可缺少的重要组成部分之一，是提升机最关键也是最后一道安全保障装置，制动装置的可靠性直接关系到提升机的安全运行。提升机制动器的功能就是刹住提升机卷筒，使提升机停止转动。

3.机械传动系统

机械传动系统，机械传动系统包括减速器和联轴器。减速器的作用是减速和传递动力，联轴器是用来联接提升机的旋转部分，并传递动力。

4.系统

系统是在提升运行过程中，不间断地向轴承及啮合齿面压送油，以保证轴承和齿轮的正常工作。系统必须与自动保护和电动机联锁，即系统失灵时，主电动机断电，确保机器的正常工作。

5.观测和操纵系统

观测和操纵系统包括斜面操纵台，深度指示器以及测速发电机装置。深度指示器的作用是：显示提升容器的运行位置；容器接近井口卸载位置和井底停车场时，发出减速信号；当提升机超速和过卷时，进行限速和过卷保护。

6.拖动控制和自动保护系统

拖动控制和自动保护系统包括主拖动电动机和微拖动电动机、电气控制系统和自动保护系统。矿井提升机自动保护系统的作用是：在司机不参与的情况下，发生故障时能自动将主电动机断开，并同时进行安全制动而实现对系统的保护。自动保护系统一般是由PLC来控制，是提升机的第一道重要的安全保护装置。

二、提升机运行速度图

以非对称五阶段速度图为例，其曲线图如图所示：t1为加速时间，t2为匀速时间，t3为减速时间，t4为爬行时间，t5为制动停车时间。根据最新《煤矿安全规程》第424条和426条规定，立井中用罐笼升降人员时的加速度和减速度不得超过0.75m/s2，最大速度不得超过0.5（H为提升高度），且不得超过12m/s；立井升降物料时，提升容器的最大速度不得超过0.6 （H为提升高度）。斜井提升容器的最大速度和最大加、减速度应符合下列要求：①升降人员时的速度，不得超过5m/s，并不得超过人车设计的最大允许速度。升降人员时的加速度和减速度，不得超过0.5m/s2。②用矿车升降物料时，速度不得超过5m/s。③用箕斗升降物料时，速度不得超过7m/s；当铺设固定道床并采用大于或等于38kg/m钢轨时，速度不得超过9m/s。

为了保证提升机能够准确及平稳停车，对减速段的速度有所限制，V4=0.3～0.5米/秒。在爬行阶段，为了减轻提升机对井架的冲击以及有利于准确停车，一般速度为0.4米/秒～0.5米/秒。制动阶段的时间t5≈1秒。

三、 速度保护环节

1.等速阶段超速报警保护

《煤矿安全规程》规定提升系统必须装设防过速装置；当提升速度超过最大速度15%时，必须能自动断电，并能使保险闸发生作用。

2.减速阶段限速保护

当提升机进入到减速段后，其速度按如下函数规律变化：

=

式中：Ve――为提升机的额定速度；

S1――减速行程；

Vg――减速段任一点的给定即时速度。

若提升机的实际速度反馈值Vf超过速度的给定值Vg，即Vf -Vg >10%Ve时，减速段报警。《煤矿安全规程》规定提升装置必须装设减速功能保护装置：当提升容器（或平衡锤）到达设计减速位置时，能示警并开始减速。

3.爬行阶段限速保护

提升装置必须装设限速装置：提升速度超过3m/s的提升绞车必须装设限速装置，以保证提升容器（或平衡锤）到达终端位置时的速度不超过2m/s。

4.过卷保护

过卷保护是矿井提升机所有保护中的最后一道安全保护。提升装置必须装设防过卷装置：当提升容器超过正常终端停止位置0.5m时，必须能自动断电，并能使保险闸发生制动作用。

提升机的实时监控一直是提升技术的重要课题之一。当前，许多煤矿都未设置提升机的监控系统，国内外已有的监控系统大多数是针对整个矿山的大型监控系统。国外研制的监控系统稳定性虽好，但价格过高，对于中小煤矿来说是难以承受的。国内研制的针对提升机的监控系统大都是采用单片机技术，其抗干扰能力差，性能不稳定，而且在开发测试系统的软硬件方面主要采用汇编语言、C语言，在语言编程方面需要花费相当的人力和时间，并且已开发的监控系统大部分仍工作在DOS环境下，人机界面不友好，功能不完善，可扩展能力不强，系统一旦建立，修改起来具有相当的难度。基于以上原因，本文采用PLC和组态软件结合对矿井提升机进行实时监控。对提升机来说，运行的安全性与可靠性是至关重要。传统的矿井提升机调速性能叫差，在启停车，制动，逻辑控制等方面存在诸多安全问题，随着计算机和PLC技术的不断发展，采用先进的控制技术改造矿山行业的传统控制系统，从而使矿井提升机的控制性能得到很大的改善，其自动化水平、安全、可靠性都达到了新的高度，并采用现代化的管理和监控手段保障提升机的安全运行。

作者简介：刘吉哲 现年28岁2009年6月毕业于黑龙江科技学院，学厉本科，担任龙煤鹤岗矿业公司峻德矿掘进一区技术员。