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[摘 要]本文以全数字提升机控制系统在中关铁矿主、副井应用实践为例，整体介绍了全数字控制系统的结构、功能及特点；分别阐述了主控系统、监控系统、驱动控制系统、制动控制系统等子系统控制功能及原理；对全数字提升机控制系统应用情况及优点进行分析，并对合理的控制模型参数提出建议。
[关键词]全数字控制系统 提升机 数控可控硅直流调速 恒减速制动 计算机网络
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）07-0266-01
1、概述
矿井提升担负着人员和物料提升的重任，是矿山生产的咽喉。提升机的安全稳定运行不但是矿山生产的重要保障，更关系到员工的生命安全。随着时代和技术的进步，对提升机控制系统的结构、功能、智能化水平都提出了更高的要求，采用模拟电路和继电器控制的传统提升机控制系统已经满足不了现代化矿山的需求，全数字控制系统的提升机成为了当前矿井提升设备发展的主流。本文从全数字提升机控制系统在中关铁矿的应用实践情况出发，阐述了全数字提升控制系统的结构、功能、特点，表现了全数字控制系统提升机在安全性、可靠性、故障处理等方面的优势。
2、系统结构及功能
数字提升机控制系统的一般结构，主要由主控系统、监控系统、安全回路、传动系统、闸控系统及网络和故障诊断系统组成。
2.1 主控系统
主控系统是提升机电控系统的核心，采用PLC作为控制器，控制器通过PROFIBUS-DP通讯模块与直流传动装置、操作台及井下各个信号箱分站进行通讯，通过以太网通讯模块与监控系统及触摸屏、上位机进行通讯。主控系统接收来自操作台、监控系统、直流传动装置的及井下各个信号箱、井筒开关的信号，经内部程序处理，将处理结果发回各个系统，控制提升机系统运行，实现提升机的工艺控制和各项保护功能。主控系统最主要的功能是控制提升机的运行速度和加减速度，为了使罐笼停车位置准确，加减速度平稳且符合安全规程要求，提升机速度及力矩控制采用了五阶段方式，实现速度的平滑变化，这样就保证了提升机的安全稳定可控运行。
2.2 监控系统
监控系统作为主控系统的后备保护系统，主要用于提升机速度、位置、速度包络线及同步状态检查等重要运行参数的监测，起到后备保护的作用。它采用PLC控制器，通过高速计数板采集天轮编码器信号，通过计算得出的提升机速度和位置信号与主控系统数据进行对比，一旦偏差过大立即发出报警或故障信号。
2.3 安全回路
为使提升机控制系统在异常情况下能够立即停止，保证提升机安全运行，提升机控制系统设计有硬件、软件两条安全回路。反映系统关键设备状态的继电器辅助触点信号串接入硬件安全回路，一旦设备信号状态发生改变，硬件安全回路就会断开使提升机停止运行；同样各关键设备的信号也接入到主控系统控制器中，形成软件安全回路，控制器向继电器发出跳闸命令，提升机停止运行，硬件安全回路也会跳开。硬件安全回路的設计遵循安全设计原则，有电时安全回路各继电器吸合，失电时分断。
2.4 传动系统
直流传动控制系统由两台直流传动装置构成，主要功能为实现速度、电流闭环功能及对直流传动系统进行监测保护。直流传动系统接收到来自主控系统的控制信号后，通过内部的速度、电流双闭环控制系统PI调节，对可控制硅出发脉冲进行调节，实现对电枢电流的进行PI控制。
双闭环调速系统电流调节和转速调节分别进行，转速调节器的输出即是电流调节器的输出，转速调节器的输出要设置限幅，幅值和系统最大电流相匹配，在负载电流小于系统最大电流时转速无静差，转速调节器起主要作用。当电流达到系统最大电流时电流调节器起到主要作用，电流无静差。目前比较常见的控制算法由饱和限幅的PI调节算法和积分分离PI调节算法。
对于可控硅变流装置，因其电流中含有高次谐波，会造成电网打压波形畸变。利用两个整流变压器二次绕组接法的不同，使两组三相交流电源间相位错开30°，形成输出整流电压在每个交流周期内脉动12次的12脉波整流电路，既能减少谐波的产生，又能让输出更加平滑。
出于安全角度考虑，两台传动装置互为备用，如果两台直流传动装置中的一台发生故障，可以通过改变隔离开关的状态将12脉波切换为6脉波运行，实现单台直流传动装置驱动提升机运行，使提升机以半速全载的方式运行，此功能在紧急情况下十分重要。
2.5 闸控系统
除实现正常启停时的制动功能外，闸控系统的最主要功能为提升机在异常情况下的紧急制动，按照制动控制原理不同，闸控系统制动控制分为恒力矩和恒减速两种制动方式。闸控系统采用的能在不同载荷、不同提升工况、不同速度下同一制动过程中保持减速度恒定不变的恒减速制动方式。通过闸控柜内的闸卡检测提升机紧急制动时的减速度，当减速度达到预定值时。根据现场采集的油压和减速度曲线可以看出，恒减速制动时闸控系统能将油压和减速度控制一定的范围，闸卡通过控制提供给比例电磁阀的电流来控制比例阀的导通压力，使制动力矩保持，提升机以稳定的减速度恒减速制动，减速过程十分平稳，起到了保护人员和设备的作用。
2.6 网络和故障诊断系统
提升机控制系统网络主要有以太网和PROFIBUS-DP两种，主控控制器和监控控制器、触摸屏、上位机之间的通讯网络为以太网；主控控制器同传动装置、井下各中段信号箱之间的通讯网络为PROFIBUS-DP。通过以上两种计算机网络，将提升机所有电控设备集成到一起，实现了提升机的网络化控制。通过网络系统将系统各个设备的信号采集到控制器中，再通过上位机软件将故障的时间、类型、位置实时显示出来，对于因某个故障引起的联锁故障，控制程序可以实现首故障判断和后续连锁故障的封锁，极大的提高了故障的诊断的准确性，保障了提升机的高效运行。
3、结论
数字网络将提升机的所有系统的设备集成到一起，借助对各个系统的实时状态监控，实现了提升故障的智能诊断，提高了故障判断的准确性和故障处理的速度。全数字提升机控制系统的应用，不仅使提升机电控系统在技术上有了质的飞跃，更提高矿山设备的自动化、信息化、智能化水平，发挥了十分良好的经济效益。
参考文献
[1]马建民赵增玉.现代提升机数字控制系统[M].江苏徐州：中国矿业大学出版社，2002：6-10.
[2]何凤有谭国俊.矿井直流提升机计算机控制技术[M].江苏徐州：中国矿业大学出版社，2003：88-101.
[3]顾绳谷.电机及拖动基础[M].北京：机械工业出版社，2004：40-48.
[关键词]全数字控制系统 提升机 数控可控硅直流调速 恒减速制动 计算机网络
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）07-0266-01
1、概述
矿井提升担负着人员和物料提升的重任，是矿山生产的咽喉。提升机的安全稳定运行不但是矿山生产的重要保障，更关系到员工的生命安全。随着时代和技术的进步，对提升机控制系统的结构、功能、智能化水平都提出了更高的要求，采用模拟电路和继电器控制的传统提升机控制系统已经满足不了现代化矿山的需求，全数字控制系统的提升机成为了当前矿井提升设备发展的主流。本文从全数字提升机控制系统在中关铁矿的应用实践情况出发，阐述了全数字提升控制系统的结构、功能、特点，表现了全数字控制系统提升机在安全性、可靠性、故障处理等方面的优势。
2、系统结构及功能
数字提升机控制系统的一般结构，主要由主控系统、监控系统、安全回路、传动系统、闸控系统及网络和故障诊断系统组成。
2.1 主控系统
主控系统是提升机电控系统的核心，采用PLC作为控制器，控制器通过PROFIBUS-DP通讯模块与直流传动装置、操作台及井下各个信号箱分站进行通讯，通过以太网通讯模块与监控系统及触摸屏、上位机进行通讯。主控系统接收来自操作台、监控系统、直流传动装置的及井下各个信号箱、井筒开关的信号，经内部程序处理，将处理结果发回各个系统，控制提升机系统运行，实现提升机的工艺控制和各项保护功能。主控系统最主要的功能是控制提升机的运行速度和加减速度，为了使罐笼停车位置准确，加减速度平稳且符合安全规程要求，提升机速度及力矩控制采用了五阶段方式，实现速度的平滑变化，这样就保证了提升机的安全稳定可控运行。
2.2 监控系统
监控系统作为主控系统的后备保护系统，主要用于提升机速度、位置、速度包络线及同步状态检查等重要运行参数的监测，起到后备保护的作用。它采用PLC控制器，通过高速计数板采集天轮编码器信号，通过计算得出的提升机速度和位置信号与主控系统数据进行对比，一旦偏差过大立即发出报警或故障信号。
2.3 安全回路
为使提升机控制系统在异常情况下能够立即停止，保证提升机安全运行，提升机控制系统设计有硬件、软件两条安全回路。反映系统关键设备状态的继电器辅助触点信号串接入硬件安全回路，一旦设备信号状态发生改变，硬件安全回路就会断开使提升机停止运行；同样各关键设备的信号也接入到主控系统控制器中，形成软件安全回路，控制器向继电器发出跳闸命令，提升机停止运行，硬件安全回路也会跳开。硬件安全回路的設计遵循安全设计原则，有电时安全回路各继电器吸合，失电时分断。
2.4 传动系统
直流传动控制系统由两台直流传动装置构成，主要功能为实现速度、电流闭环功能及对直流传动系统进行监测保护。直流传动系统接收到来自主控系统的控制信号后，通过内部的速度、电流双闭环控制系统PI调节，对可控制硅出发脉冲进行调节，实现对电枢电流的进行PI控制。
双闭环调速系统电流调节和转速调节分别进行，转速调节器的输出即是电流调节器的输出，转速调节器的输出要设置限幅，幅值和系统最大电流相匹配，在负载电流小于系统最大电流时转速无静差，转速调节器起主要作用。当电流达到系统最大电流时电流调节器起到主要作用，电流无静差。目前比较常见的控制算法由饱和限幅的PI调节算法和积分分离PI调节算法。
对于可控硅变流装置，因其电流中含有高次谐波，会造成电网打压波形畸变。利用两个整流变压器二次绕组接法的不同，使两组三相交流电源间相位错开30°，形成输出整流电压在每个交流周期内脉动12次的12脉波整流电路，既能减少谐波的产生，又能让输出更加平滑。
出于安全角度考虑，两台传动装置互为备用，如果两台直流传动装置中的一台发生故障，可以通过改变隔离开关的状态将12脉波切换为6脉波运行，实现单台直流传动装置驱动提升机运行，使提升机以半速全载的方式运行，此功能在紧急情况下十分重要。
2.5 闸控系统
除实现正常启停时的制动功能外，闸控系统的最主要功能为提升机在异常情况下的紧急制动，按照制动控制原理不同，闸控系统制动控制分为恒力矩和恒减速两种制动方式。闸控系统采用的能在不同载荷、不同提升工况、不同速度下同一制动过程中保持减速度恒定不变的恒减速制动方式。通过闸控柜内的闸卡检测提升机紧急制动时的减速度，当减速度达到预定值时。根据现场采集的油压和减速度曲线可以看出，恒减速制动时闸控系统能将油压和减速度控制一定的范围，闸卡通过控制提供给比例电磁阀的电流来控制比例阀的导通压力，使制动力矩保持，提升机以稳定的减速度恒减速制动，减速过程十分平稳，起到了保护人员和设备的作用。
2.6 网络和故障诊断系统
提升机控制系统网络主要有以太网和PROFIBUS-DP两种，主控控制器和监控控制器、触摸屏、上位机之间的通讯网络为以太网；主控控制器同传动装置、井下各中段信号箱之间的通讯网络为PROFIBUS-DP。通过以上两种计算机网络，将提升机所有电控设备集成到一起，实现了提升机的网络化控制。通过网络系统将系统各个设备的信号采集到控制器中，再通过上位机软件将故障的时间、类型、位置实时显示出来，对于因某个故障引起的联锁故障，控制程序可以实现首故障判断和后续连锁故障的封锁，极大的提高了故障的诊断的准确性，保障了提升机的高效运行。
3、结论
数字网络将提升机的所有系统的设备集成到一起，借助对各个系统的实时状态监控，实现了提升故障的智能诊断，提高了故障判断的准确性和故障处理的速度。全数字提升机控制系统的应用，不仅使提升机电控系统在技术上有了质的飞跃，更提高矿山设备的自动化、信息化、智能化水平，发挥了十分良好的经济效益。
参考文献
[1]马建民赵增玉.现代提升机数字控制系统[M].江苏徐州：中国矿业大学出版社，2002：6-10.
[2]何凤有谭国俊.矿井直流提升机计算机控制技术[M].江苏徐州：中国矿业大学出版社，2003：88-101.
[3]顾绳谷.电机及拖动基础[M].北京：机械工业出版社，2004：40-48.