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[摘 要]提升机是矿山电力拖动系统的重要组成部分，对煤矿提升电控系统实施技术改造，具有非常重要的现实意义。使用 PLC 与变频器相结合实现的新型煤矿提升机控制方案，对煤矿提升机的电气控制系统进行技术改造，具有准确、可靠、安全等特点。本文在此基础上分析了煤矿提升机电气控制系统的主要构成部分，深入研究了煤矿提升机电气控制系统基于 PLC 应用技术的改造措施旨在为业界人士提供一定的参考。
[关键词]提升机；煤矿；电气控制系统；改造
中图分类号：TD633 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）09-0020-01
一、煤矿提升机电气控制系统的构成概述
煤矿大多数提升机电气控制系统主要由主控制系统、调速系统以及上位机监控系统等组成。其中，“主控制系统”的职能作用便是控制煤矿提升机的启动环节，同时还能够有效控制矿车的加速或减速行进模式等，并实时监控提升机运行过程中的电流情况以及行进状况，“主控制系统”的综合控制能力十分强大，相当于对煤矿提升机及其作业面进行统筹监控管理。调速系统主要担任的是执行者的角色，根据接收到的命令对提升机的主电动机进行动作控制。煤矿提升机电气控制系统的大致运行情况如图1所示：
从图1中可以看到，煤矿提升机电气控制系统的各个环节是紧密联系的，在变频器装置的运作下，提升机的负载量才得以提升上来。简单来说，提升机负载是较为典型的摩擦性负载，在当煤矿矿车上行的过程中，提升机的电气制动核心部位——电机的电磁转矩则要压制住负载阻力转矩，而且要克服上行挪移时的静摩擦力矩，此时的电机则处于电动工作的状态。当煤矿矿车减速运行时，提升机的电气制动系统同样需要实施制动操控。
二、提升机电气系统发展现状
如今，我国提升机电控系统为交流和直流并存，两者都被大量使用，并逐步被 PLC 控制系统所取代。因为上世纪六、七十年代技术发展因为诸多因素出现了短暂的停滞倒退现象，导致国内提升机电控系统与国外发达国家电控系统水平存在较大差距。国内自主研发小型普通交流电控系统经过 40 多年的发展也小聚规模，大部分中小型矿山都采用这种绕线式交流异步电机。其主要工作原理是通过转子的快速运动，加以电阻进行调速作用的简便是控制系统，主要特点在于操作控制便捷，设备价格较低。新型 PLC 系统相结合的控制系统发展日趋成熟并取得了一定的市场，但是因其基本控制思想的腐旧，调速性能的不良，运作效率较低等缺点，仍不能完全被市场所认可，没有根本行的改观。90 年代前主要是 80 年代初期，我国直流电控技术不成熟，绝大部分由模拟原件器材构成的设备都是从外国进口。但由于其设备庞大，运算放大器、二极管、三极管等部分繁多，结构复杂且运行模板技术不成熟，故障率非常高，工作时长短且不稳定，只能进行技术重新发展改造。90 年代开始后，我国引进国外原装进口最新全数字电控设备，并对我国本土工作人员进行专业培训，开始国产化工作，推出了符合我国国情的全自动数值化直流电控制调节控速装置，至此才代表中国直流电控制运行系统符合 PLC 控制，成为真正意义上的全制动数值化设备。在 90 年代后期突破技术上的改造实现计算机远程监控，但由于我国制造业的相对不发达，大多数高性能的直流电控系统依旧需要从国外进口使用。
三、改进措施
1、贮备设计技术
改造传统提升机电气系统，可利用贮备设计技术来完成。贮备设计技术是指在电气系统中增加贮备单元，当电气系统中的某一工作单元失效，可利用与其具有相同功能的外部單元对其进行检测，或者将其取代，以降低故障对煤矿生产运输的影响。
2、深度指示器改造
传统的机械式深度指示器笨重，测量误差难以避免。新型的深度指示器一般为电子式和数字式指示器，可实现采集校核、计算、显示和输出脉冲信号等多种作业型号，协助主控 PLC 系统完成监控保护任务。电子式指示器能够实时显示提升机及其元器的运行状态，能够模拟绘制其运行状况图，具有相对较高的可视化水平，同时非常便于使用，同时还具备非常不错的动、静态特性。全数控晶闸管是通过计算机或人工优化电流调节器和速度调节器参数，来实现提升机的速度控制、电流调节及电枢、磁场圈路的保护工作。其具有诸多方面的优势，如相对较强的高速信号处理能力、丰富灵活的指令、事件控制器处理迅速，能够及时同步校正矿井中的信号，加强地面和井下的沟通和监控工作。
3、 变频控制方式
针对中小型煤矿进行的提升机改造活动，使用的是变频控制方式，现今，普遍使用的变频器大多是“交—直—交”回路拓扑结构，即利用整流器把工频交流电源转化成直流电源，再转换成频率、电压可调的交流电源。整流（三相桥式不可控整流器）、中间直流环节（三相桥式逆变器）、逆变及控制部分构成了变频器的电路。变频器调速控制的电路简单，减少了电阻器、接触器等元件设备的消损量，降低了故障率，具有良好的节能效果。变频器在提升机调速系统中的运用是提升机电控系统的一个发展方向。
4、其他改造技术
在原有系统设备的基础上，采用标准化电气模块、插件结构，局部更新老旧的控制核心器件。该种改造方式具有诸多方面的优势，例如其所需要的成本相对较低，同时能够在很短时间内就完成，然而其存在新旧元件的兼容与通信等诸多方面的不足，系统工作过程中依旧存在一定的故障隐患。通过局域网技术，上位机可对提升机系统进行监视、诊断，从而实现资源共享和提高管理水平。。另外可以利用 PWM 整流控制技术对其有源前端进行控制，通过这种方式能够减小网侧电流谐波，同时还能够降低其谐波污染。将双套配置引入到行程监控与安全回路上，通过多重防护对其安全性参数进行改善。提高系统的故障记忆和判断能力，从而使维修人员在故障发生时，可迅速而准确地找到故障点，提高系统运行的效率。
四、改造后的优点
1、保护性能强
PLC 系统除了具有松绳报警以及断路等功能，还具备语音报警的系统，这样就可以提升系统的安全可靠性，使得工作人员的操作更加简单、方便。
2、 动作可靠
在传统的继电器逻辑控制系统的操作下，有触点的操作比较麻烦，但是在 PLC 电控系统的控制下，大大提高了提升机动作的可靠性。
3、 减少了维护费用
智在智能化 PLC 的电控系统下，只需要定期对系统的各项参数和设备进行检查，除去设备上的灰尘，大大减少厂原先继电器控制系统的维护费用。
4、减少了工作人员的工作量
减少了工作人员的工作量。 由于提升机电控系统运用 PLC 进行改造后自动化程度提高很多，所以能减少工作人员的劳动强度以及维护工作的任务。
结语
综上所述，对提升机电气控制系统进行多方面的技术改造，够不断提高矿井产量与速率，同时还能够降低电能消耗与故障发生率，不但提高了煤矿企业设备的安全性和可靠性，也对煤矿企业的稳定发展产生了较大的促进作用。该方案运用在中小型煤矿，可取得明显的社会与经济效益，值得在生产运营中广泛推广。
参考文献
[1]黄文嘉，李伏立，钱文珺. 关于PLC矿井提升机电气控制系统改造探讨与研究[J]. 电子技术与软件工程，2014，22：248.
[2]董未来. 煤矿提升机电气制动探讨[J]. 中国高新技术企业，2015，23：169-170.
[关键词]提升机；煤矿；电气控制系统；改造
中图分类号：TD633 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）09-0020-01
一、煤矿提升机电气控制系统的构成概述
煤矿大多数提升机电气控制系统主要由主控制系统、调速系统以及上位机监控系统等组成。其中，“主控制系统”的职能作用便是控制煤矿提升机的启动环节，同时还能够有效控制矿车的加速或减速行进模式等，并实时监控提升机运行过程中的电流情况以及行进状况，“主控制系统”的综合控制能力十分强大，相当于对煤矿提升机及其作业面进行统筹监控管理。调速系统主要担任的是执行者的角色，根据接收到的命令对提升机的主电动机进行动作控制。煤矿提升机电气控制系统的大致运行情况如图1所示：
从图1中可以看到，煤矿提升机电气控制系统的各个环节是紧密联系的，在变频器装置的运作下，提升机的负载量才得以提升上来。简单来说，提升机负载是较为典型的摩擦性负载，在当煤矿矿车上行的过程中，提升机的电气制动核心部位——电机的电磁转矩则要压制住负载阻力转矩，而且要克服上行挪移时的静摩擦力矩，此时的电机则处于电动工作的状态。当煤矿矿车减速运行时，提升机的电气制动系统同样需要实施制动操控。
二、提升机电气系统发展现状
如今，我国提升机电控系统为交流和直流并存，两者都被大量使用，并逐步被 PLC 控制系统所取代。因为上世纪六、七十年代技术发展因为诸多因素出现了短暂的停滞倒退现象，导致国内提升机电控系统与国外发达国家电控系统水平存在较大差距。国内自主研发小型普通交流电控系统经过 40 多年的发展也小聚规模，大部分中小型矿山都采用这种绕线式交流异步电机。其主要工作原理是通过转子的快速运动，加以电阻进行调速作用的简便是控制系统，主要特点在于操作控制便捷，设备价格较低。新型 PLC 系统相结合的控制系统发展日趋成熟并取得了一定的市场，但是因其基本控制思想的腐旧，调速性能的不良，运作效率较低等缺点，仍不能完全被市场所认可，没有根本行的改观。90 年代前主要是 80 年代初期，我国直流电控技术不成熟，绝大部分由模拟原件器材构成的设备都是从外国进口。但由于其设备庞大，运算放大器、二极管、三极管等部分繁多，结构复杂且运行模板技术不成熟，故障率非常高，工作时长短且不稳定，只能进行技术重新发展改造。90 年代开始后，我国引进国外原装进口最新全数字电控设备，并对我国本土工作人员进行专业培训，开始国产化工作，推出了符合我国国情的全自动数值化直流电控制调节控速装置，至此才代表中国直流电控制运行系统符合 PLC 控制，成为真正意义上的全制动数值化设备。在 90 年代后期突破技术上的改造实现计算机远程监控，但由于我国制造业的相对不发达，大多数高性能的直流电控系统依旧需要从国外进口使用。
三、改进措施
1、贮备设计技术
改造传统提升机电气系统，可利用贮备设计技术来完成。贮备设计技术是指在电气系统中增加贮备单元，当电气系统中的某一工作单元失效，可利用与其具有相同功能的外部單元对其进行检测，或者将其取代，以降低故障对煤矿生产运输的影响。
2、深度指示器改造
传统的机械式深度指示器笨重，测量误差难以避免。新型的深度指示器一般为电子式和数字式指示器，可实现采集校核、计算、显示和输出脉冲信号等多种作业型号，协助主控 PLC 系统完成监控保护任务。电子式指示器能够实时显示提升机及其元器的运行状态，能够模拟绘制其运行状况图，具有相对较高的可视化水平，同时非常便于使用，同时还具备非常不错的动、静态特性。全数控晶闸管是通过计算机或人工优化电流调节器和速度调节器参数，来实现提升机的速度控制、电流调节及电枢、磁场圈路的保护工作。其具有诸多方面的优势，如相对较强的高速信号处理能力、丰富灵活的指令、事件控制器处理迅速，能够及时同步校正矿井中的信号，加强地面和井下的沟通和监控工作。
3、 变频控制方式
针对中小型煤矿进行的提升机改造活动，使用的是变频控制方式，现今，普遍使用的变频器大多是“交—直—交”回路拓扑结构，即利用整流器把工频交流电源转化成直流电源，再转换成频率、电压可调的交流电源。整流（三相桥式不可控整流器）、中间直流环节（三相桥式逆变器）、逆变及控制部分构成了变频器的电路。变频器调速控制的电路简单，减少了电阻器、接触器等元件设备的消损量，降低了故障率，具有良好的节能效果。变频器在提升机调速系统中的运用是提升机电控系统的一个发展方向。
4、其他改造技术
在原有系统设备的基础上，采用标准化电气模块、插件结构，局部更新老旧的控制核心器件。该种改造方式具有诸多方面的优势，例如其所需要的成本相对较低，同时能够在很短时间内就完成，然而其存在新旧元件的兼容与通信等诸多方面的不足，系统工作过程中依旧存在一定的故障隐患。通过局域网技术，上位机可对提升机系统进行监视、诊断，从而实现资源共享和提高管理水平。。另外可以利用 PWM 整流控制技术对其有源前端进行控制，通过这种方式能够减小网侧电流谐波，同时还能够降低其谐波污染。将双套配置引入到行程监控与安全回路上，通过多重防护对其安全性参数进行改善。提高系统的故障记忆和判断能力，从而使维修人员在故障发生时，可迅速而准确地找到故障点，提高系统运行的效率。
四、改造后的优点
1、保护性能强
PLC 系统除了具有松绳报警以及断路等功能，还具备语音报警的系统，这样就可以提升系统的安全可靠性，使得工作人员的操作更加简单、方便。
2、 动作可靠
在传统的继电器逻辑控制系统的操作下，有触点的操作比较麻烦，但是在 PLC 电控系统的控制下，大大提高了提升机动作的可靠性。
3、 减少了维护费用
智在智能化 PLC 的电控系统下，只需要定期对系统的各项参数和设备进行检查，除去设备上的灰尘，大大减少厂原先继电器控制系统的维护费用。
4、减少了工作人员的工作量
减少了工作人员的工作量。 由于提升机电控系统运用 PLC 进行改造后自动化程度提高很多，所以能减少工作人员的劳动强度以及维护工作的任务。
结语
综上所述，对提升机电气控制系统进行多方面的技术改造，够不断提高矿井产量与速率，同时还能够降低电能消耗与故障发生率，不但提高了煤矿企业设备的安全性和可靠性，也对煤矿企业的稳定发展产生了较大的促进作用。该方案运用在中小型煤矿，可取得明显的社会与经济效益，值得在生产运营中广泛推广。
参考文献
[1]黄文嘉，李伏立，钱文珺. 关于PLC矿井提升机电气控制系统改造探讨与研究[J]. 电子技术与软件工程，2014，22：248.
[2]董未来. 煤矿提升机电气制动探讨[J]. 中国高新技术企业，2015，23：169-170.