提升机提升距离控制系统在井筒装备施工中的应用

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摘要：本文介绍了井筒装备提升机提升距离自动控制、自动设置减速点、停车点、实时显示运行速度、超速及卡罐自动控制的开发和应用，提出了现有系统的不足和改进建议。

一、 导言

近年随着煤炭基本建设的飞速发展和科学技术进步，对提升机的自动化水平和安全性提出了更高的要求，特别是在煤矿竖井井筒装备施工中，提升机的安全高效运行成为了制约煤矿建设关键环节。

在煤矿井筒装备施工过程中，其施工作业面的深度随施工进度的增加而变化，因此物料输送提升机的运行工况随时都在发生变化，特别是在运行速度的控制、减速点和停车点的设置等方面，也是随深度变化而不断的发生变化，传统的提升设备只能通过简易的深度指示器、配合现场人工信号和司机人工控制来完成，每次深度变化均由人工在深度指示器上进行设置，运行中的控制完全由司机及现场的信号工人工来实现，这样极易产生三个值得重视的问题：一是速度、减速点、停车点等关键运行参数的控制完全靠司机及信号工的经验，人为因素较多，工作效率低。另一个就是给提升机的安全运行造成很大威胁，比如交接班时交待的是否清晰，司机在紧张的工作中能否遗忘等，都可能是事故发生的主要原因，特别是减速距离设置不当容易造成蹲罐等恶性事故。再有就是卡罐，在提升机运行中司机及信号工很难发现。如何解决井筒装备施工中提升机的安全、高效运行成为了制约煤矿建设的重要环节。

二、 系统的开发

为了解决目前使用的提升机对井筒井筒装备施工的装备深度不能自动控制，不能自动设置减速点和停车点的问题，本人根据多年的井筒装备施工经验和对提升机控制系统的研究，在矿井井筒装备施工中自行设计开发了一种以PLC为核心的对运行速度进行监控和超速自动控制、能自动控制提升距离、自动设置减速点和停车点、并对提升机卡罐进行自动检测的提升机智能监控装置。

该监控装置包括硬件和软件两部分，硬件包括检测单元和控制显示单元；检测单元为轴编码器（可选用长春光机所生产LF-2048型编码器）,轴编码器通过支架固定在底座上，轴编码器的输出轴与滚筒输出轴直接啮合连接，其输出通过导线与PLC可编程控制器输入接口（记数）相连接；压力传感器，安装在专用导绳轮的底座上并与PLC可编程控制器输入接口（模拟）相连接；控制显示单元包括显示屏、控制柜，柜内装设有PLC及其扩展模块、电源装置,选用OMRON-C40P；控制柜的面板上设置有显示屏，面板上设有方式选择按键开关、电源按键开关、自检按键开关和电源指示灯，系统原理图如图1所示。

图1系统原理图

三、 系统的工作原理

本装置的轴编码器与提升机滚筒转轴机械啮合连接或与滚筒大边摩擦连接，轴编码器因转动而产生的脉冲数与滚筒转数成正比，设滚筒半径为R，若滚筒转动N转，那么放下的钢丝绳的长度为2πRN，这个长度就是提升机运行的距离，也即井筒的深度，根据滚筒转动一周轴编码器产生的脉冲数，PLC可计算出提升井的深度和提升机运行速度来。

对某一选定的提升系统，提升机运行的减速距离是一定的，提升距离－正常（运行）段=减速（距离）段，将减速距离输入PLC，通过软件运算处理，就能自动完成减速、停车、运行速度显示和超速控制，软件框图如图2。

图2软件流程图

四、系统主要功能及其应用情况

4.1系统主要功能

本系统的特点是通过计算机（PLC）实现对提升机的运行距离的自动跟踪和运行速度实时显示、超速控制，对提升设施的其它参数实现监控。其主要功能：

（1）提升距离的自动跟踪控制、，提升距离实时显示；

（2）上下行减速点、停车点自动设置；

（3）运行速度的实时显示、超速保护；

4.2 系统应用情况

提升机通过主电机带动提升机的滚筒转动，滚筒的转动又通过钢丝绳牵引提升容器在井筒中上升或下降，对生产矿井，其井筒深度是固定的，其传统的作法是在提升井筒壁的上端和提升容器上安装相应的磁性开关做为减速点和停车点，当提升机运行到磁性开关动作范围内时，提升机就减速或停车，但对于井筒装备施工中，其提升运行深度是变化的，利用传统的作法无法实现减速和停车的控制要求，同时又涉及防爆、防水等问题，只能辅以人工手动控制才能实现减速和停车，有时会发生控制失灵造成蹲罐或过卷等事故。

与传统控制方式相比，本系统将PLC与检测元件有机的连接在一起，主要控制功能由软件配合完成，减少了元件的数量和故障产生的环节，既保障了检测的精密性，又保障了智能控制的可靠性，可实现深度自动控制、速度监控及其实时显示；本装置整体结构紧凑、成本低廉，安装简便，操作简单，不需对原提升系统作任何改动，只需将相应检测原件安装到对应部位即可。

五、 系统的改进

5.1 系统应用中的问题

该系统的应用与传统的控制方式相比，在确保凿井期间提升机的安全高效运行上起到了不可替代的作用，但在实际应用中发现，该系统仍存在需改进的地方：

a. 井筒装备提升机的机械系统大多较为简单，给编码器轴与主轴的连接增加了难度；

b.现有系统采用七段数码显示，不仅占用系统资源多，而且显示部分的软件较为复杂；

c.该系统实现提升距离的自动控制和减速点的自动设置的关键是其应用软件部分，在正式投入运行前需要在数据采集、数据修正等方面作大量细致的试验才能保证系统的正常运行；

5.2 系统的改进

a.为解决编码器安装的困难，可根据控制精度要求，尝试采用与提升机滚筒大边摩擦连接的变速机构与编码器输出轴相连，使系统即能满足控制精度要求，又能解决安装的困难，也可在两轴之间采用柔性连接；

b. 为简化系统结构，节省系统资源，简化显示部分的软件，可选用成品文本显示器作为终端显示；

c.选用新型高速的PLC，这样可进一步提高系统的控制精度和运行速度；

作为一种提升机运行的辅助监控装置，虽然为提升机在井筒装备施工中安全、高效运行起到不可替代的作用，但在功能上略显简单，仍需要进一步完善、改进。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。