礦山提升機(jī)中自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用

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摘要：基于對(duì)自動(dòng)化技術(shù)中自動(dòng)化控制必要性和PLC技術(shù)的分析，闡述礦山電力拖動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r，自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、PLC控制器的功能、礦山提升機(jī)中的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：控制技術(shù)，自動(dòng)化，礦山提升機(jī)，PLC控制器

引言

礦山提升機(jī)屬于聯(lián)系井下和地面之間的運(yùn)輸設(shè)備，主要起到對(duì)礦物、人員和物料的運(yùn)輸作用，其運(yùn)行狀況直接影響礦山生產(chǎn)作業(yè)效率與安全。而影響礦山提升機(jī)運(yùn)行性能的關(guān)鍵就是其拖動(dòng)系統(tǒng)，目前也將先進(jìn)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用其中代替?zhèn)鹘y(tǒng)的控制系統(tǒng)[1-3]，表現(xiàn)出具有更高穩(wěn)定性以及便于使用操作等優(yōu)點(diǎn)，也在確保礦業(yè)企業(yè)人員和財(cái)產(chǎn)安全的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了礦業(yè)企業(yè)節(jié)能水平的提升和經(jīng)濟(jì)效益的提高。

1自動(dòng)化技術(shù)的特點(diǎn)

在目前礦業(yè)企業(yè)加大生產(chǎn)規(guī)模并提升生產(chǎn)效率來滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)礦山資源的需求的形勢下，需要自動(dòng)化控制技術(shù)在礦山提升機(jī)的控制操作系統(tǒng)中的應(yīng)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(shí)也減少人工作業(yè)成本并保證采礦體系運(yùn)行的穩(wěn)定性。在目前的礦業(yè)企業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的自動(dòng)化技術(shù)就是PLC技術(shù)，尤其是在礦山提升機(jī)中的應(yīng)用，可以通過PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)來統(tǒng)計(jì)分析其運(yùn)行中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)和影響因素，基于分析結(jié)果對(duì)控制體系進(jìn)行優(yōu)化。由于礦山提升機(jī)在頻率因素的干擾下會(huì)出現(xiàn)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(shí)現(xiàn)PLC自動(dòng)化控制時(shí)效性的提升，在此技術(shù)的應(yīng)用下可以將其系統(tǒng)運(yùn)行的刷新時(shí)間設(shè)置為0.5s。在此系統(tǒng)的實(shí)際操作中，可以先在寄存器中存放數(shù)據(jù)信息，再通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化形成操作流程，實(shí)現(xiàn)礦山提升機(jī)提升作業(yè)速率的提升。同時(shí)在此控制系統(tǒng)中也針對(duì)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)速度設(shè)置了安全限制，在提升機(jī)運(yùn)行中一旦出現(xiàn)絞車超出限定速度的問題就會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)來保障生產(chǎn)安全。

2礦山電力拖動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r

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(jī)控制系統(tǒng)在應(yīng)用中主要表現(xiàn)出速度的調(diào)節(jié)控制效果較差的問題，也就是難以對(duì)運(yùn)行速度進(jìn)行準(zhǔn)確控制，同時(shí)還造成運(yùn)行中能耗較多以及安全性較低的問題，增加了系統(tǒng)運(yùn)行中的維護(hù)工作量和生產(chǎn)作業(yè)成本。因此，針對(duì)上述問題，我國的礦山提升機(jī)控制系統(tǒng)也一直在改進(jìn)。以礦山提升機(jī)中的電力拖動(dòng)系統(tǒng)為例，在1970年代主要應(yīng)用P+D的直流拖動(dòng)技術(shù)，此種拖動(dòng)技術(shù)在實(shí)際運(yùn)行中表現(xiàn)出運(yùn)行效率低、能耗高、設(shè)備體積和占用空間大、設(shè)備運(yùn)行中的噪音大、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用較高等問題。近期，針對(duì)上述拖動(dòng)技術(shù)應(yīng)用中的問題，逐漸通過全數(shù)字的電動(dòng)拖動(dòng)控制技術(shù)進(jìn)行代替，通過此技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山提升機(jī)的全自動(dòng)化控制，提升礦山生產(chǎn)作業(yè)產(chǎn)能和安全性。以鐵礦石生產(chǎn)為例，通過此電力拖動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用可以起到運(yùn)輸?shù)V石的作用，而且還有助于提升礦山產(chǎn)能和工作效率，電力拖動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)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(chǎn)中應(yīng)用比較先進(jìn)的提升機(jī)為連續(xù)式提升機(jī)，其承載范圍可以達(dá)到2t，此種提升機(jī)的應(yīng)用在保證生產(chǎn)流程連續(xù)性的同時(shí)，有助于提升生產(chǎn)效率并減少設(shè)備占用空間。還可以通過結(jié)合此設(shè)備與出入口設(shè)備的方式來實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化的礦石運(yùn)輸，減少礦石運(yùn)輸過程中可能造成的人員傷亡問題。此外，此種提升機(jī)運(yùn)行中的維修保養(yǎng)費(fèi)用較低，也有利于降低礦石運(yùn)輸成本。但是在此類設(shè)備使用過程中，由于設(shè)計(jì)上存在一定的局限性而智能通過單項(xiàng)運(yùn)動(dòng)的方式，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的往復(fù)式運(yùn)輸，同時(shí)也智能對(duì)滿足尺寸要求的物料進(jìn)行有效運(yùn)輸，這就需要設(shè)計(jì)人員針對(duì)此問題進(jìn)行針對(duì)性的改進(jìn)和完善來保證此類設(shè)備優(yōu)勢的充分發(fā)揮。

3主提升機(jī)de自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.1主回路

在此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的主回路中，為電機(jī)進(jìn)行供電的結(jié)構(gòu)主要是在電樞回路中的兩臺(tái)整流變壓器，而且在此回路中采用可逆型連接方法對(duì)其進(jìn)行連接來形成X型和Y型的接線電機(jī)，同時(shí)也組成12組電路運(yùn)行模式。而在全自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用中，則可以在上述結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上通過整流變壓器為每一臺(tái)電機(jī)供電來減少電網(wǎng)的影響權(quán)重，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)作業(yè)效率的提升。

3.2全數(shù)字調(diào)節(jié)

針對(duì)此自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的全數(shù)字調(diào)控系統(tǒng)的選擇，需要滿足礦山提升機(jī)實(shí)際運(yùn)行狀況和具體需求，由特定生產(chǎn)廠家指定所需產(chǎn)品。此類全數(shù)字調(diào)控系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中的調(diào)節(jié)功能主要依靠具有較高功效的處理器來實(shí)現(xiàn)，而且依靠調(diào)節(jié)控制程序模塊中的參數(shù)來實(shí)現(xiàn)軟件調(diào)節(jié)功能，基于上述全數(shù)字調(diào)節(jié)部分來實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀況的準(zhǔn)確控制。此種調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有較為強(qiáng)大的微處理器性能，通過此微處理器可以完成所有的調(diào)節(jié)、控制和監(jiān)控作用。同時(shí)也結(jié)合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具體情況進(jìn)行控制軟件的組建，在此運(yùn)行和組建模式基礎(chǔ)上，應(yīng)用此控制系統(tǒng)平臺(tái)來自動(dòng)優(yōu)化配置其中的電流和調(diào)節(jié)器，進(jìn)而可以優(yōu)化配置整個(gè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山提升機(jī)的最優(yōu)控制。在上述調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用中需要控制電網(wǎng)電壓在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，避免電壓波動(dòng)過大而造成系統(tǒng)各種數(shù)據(jù)參數(shù)波動(dòng)過大、甚至是損壞系統(tǒng)等問題。通常此電壓波動(dòng)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(yùn)行。同時(shí)在此調(diào)速系統(tǒng)中也具有RS485和RS232兩種通信接口，可以結(jié)合不同的通信線路規(guī)格型號(hào)進(jìn)行相應(yīng)結(jié)構(gòu)的選擇來滿足信息交流的需求，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)本身通信能力的提升。

3.3操作臺(tái)和監(jiān)視器

在此自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的操作臺(tái)主要有左、右操作臺(tái)和指示操作臺(tái)組成，其中的左操作臺(tái)上包括制動(dòng)手柄、緊急按鈕以及快開控制按鈕。右操作臺(tái)上包括主令操作手柄、工作方式選擇開關(guān)等按鈕。而指示操作臺(tái)上則主要包括監(jiān)視器、信號(hào)器以及儀表等，通過此操作臺(tái)的應(yīng)用可以利用其中的監(jiān)視器來監(jiān)控整體提升機(jī)系統(tǒng)，并實(shí)時(shí)顯示提升機(jī)工作中的操作和運(yùn)行數(shù)據(jù)，以此來掌握提升機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，便于及時(shí)了解提升機(jī)運(yùn)行中的故障并快速判斷故障位置、類型和原因，制定針對(duì)性的故障維修策略，實(shí)現(xiàn)故障排除時(shí)間的縮短和作業(yè)效率的提升。

4PLC控制器

在上述自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，PLC控制器的應(yīng)用可以發(fā)揮其內(nèi)部微處理器的精準(zhǔn)控制功能來自動(dòng)接收和執(zhí)行控制指令，減少人為因素所造成的故障，同時(shí)也提升自動(dòng)化控制操作的便捷性，對(duì)于提升礦山生產(chǎn)產(chǎn)能和效率有著重要作用，有助于提升礦山提升機(jī)的自動(dòng)化程度。此外，將PLC控制器在礦山提升機(jī)的操作系統(tǒng)中整合也有助于提升其運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性。這主要發(fā)揮PLC控制器對(duì)元件操控的控制作用來實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)運(yùn)行速度的精細(xì)化調(diào)節(jié)，保證提升機(jī)處于高精準(zhǔn)度的運(yùn)行狀態(tài)下。同時(shí)也便于工作人員及時(shí)了解提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)并發(fā)現(xiàn)其異常，及時(shí)和快速排除故障來減少故障造成的經(jīng)濟(jì)損失。

5自動(dòng)化礦山提升機(jī)中的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

在目前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展的同時(shí)也推動(dòng)此技術(shù)在礦石開采作業(yè)中的應(yīng)用，尤其是在礦山提升機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)傳感器，可以幫助操作人員使用編碼器對(duì)提升機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行速度、位置和動(dòng)態(tài)變化信息進(jìn)行自動(dòng)檢測，同時(shí)將上述檢測信息同步到主控制臺(tái)設(shè)備中。還可以對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，操作人員可以遠(yuǎn)距離掌握礦山提升機(jī)的運(yùn)行速度和值。此外，通過數(shù)字矢量變頻技術(shù)的應(yīng)用，發(fā)揮其具有較高精準(zhǔn)度和較廣速度調(diào)節(jié)范圍的優(yōu)點(diǎn)來滿足電機(jī)四象限運(yùn)行需求。還可以對(duì)系統(tǒng)控制程序進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)合實(shí)際工況來自動(dòng)優(yōu)化處理控制模型，保障提升機(jī)的高效和安全運(yùn)行，減少其運(yùn)行中的能耗。

6結(jié)語

目前的礦山提升機(jī)相關(guān)技術(shù)也隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展而不斷進(jìn)步并向全自動(dòng)化方向發(fā)展，而通過其中PLC技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)等控制技術(shù)的應(yīng)用，有助于發(fā)揮自動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)勢，保證提升機(jī)運(yùn)行效率和安全性的提升，同時(shí)也降低其運(yùn)行能耗和成本，提升礦山企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

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[3]馮樹旭.礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].湖南：中南大學(xué),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