矿井提升机电控系统的现状与发展趋势
浅析矿山提升机系统的自动化控制趋势
浅析矿山提升机系统的自动化控制趋势矿山提升机在矿产企业的日常生产作业中发挥着重要的作用。
通常情况下，煤炭开采和有色金属开采中往往会用到这一设备。
随着科学技术的发展，矿山提升机也取得了巨大的进步，逐渐呈现出自动化的发展趋势。
矿山提升机的自动化发展，能够有效地降低人工操作失误现象，大幅度地提升企业的生产效率，进而实现矿山行业的持续、稳定发展。
1矿山提升机控制系统发展现状现阶段，矿山提升机主要被应用在煤矿、有色金属矿、黑色金属矿以及化工行业中，承担着运输矿产、工作人员以及材料等任务。
因此，矿山提升机发挥着重要作用，承担着生产原料及工业制成品、工作人员的运输工作，直接影响着人员的生命安全及产品安全。
与此同时，矿山提升机的性能直接影响着矿山的生产安全和矿山工作人员的生命安全。
目前，我国的矿山提升机发展比较落后，在相当长的一段时间内，矿山提升机仍采用发达国家早已淘汰的控制系统，导致我国矿山的生产效率低下，生产安全得不到保障。
随着社会的发展，发达国家的矿山提升机控制技术已经达到了一个新的发展水平，矿山提升机的工作效率和安全性远远高于国内的矿山提升机。
发达国家的矿山提升机已经全面采用了数字控制技术，在实际操作中实现了矿山提升机的自动化控制，比如，直直交拖动的全数字调速控制和交-交变流拖动的全数字变频控制技术。
交-交变频技术的应用已经在一些研究机构得到了推广，而交-直-交变流技术还处于探索阶段，距离实际应用还有一段时间。
目前，国际领先水平的全自动控制系统龙头是属德国西门子公司和瑞典的ABB公司，其系统技术先进，操作简、单易学，功能强大且故障率低，是世界上大多数国家工业领域采用的主要控制系统。
由于我国矿业企业的自动控制技术长期依赖国外进口，在企业的实际运营中增加了企业经营成本，极易受到发达国家技术垄断的影响，严重阻碍了我国矿业自动化控制的发展水平。
2主提升机自动化系统结构主井提升机主要承担矿产的提升任务，因此，对其运行的基本要求是可靠性强，安全有保障，能够实现四个象限内的平稳启动、爬行和停车，以及等速、减速运行。
矿井提升机现状与发展 中国矿业大学矿井运输提升设备小论文
China university of mining and technology 矿井提升运输设备矿井提升机学院名称机电工程学院专业名称机械工程及自动化学生姓名学号任课教师二〇一四年十二月矿井提升机摘要：作为矿山咽喉设备的矿井提升机，对矿山的高效安全生产与经济运营具有极其重要的作用。
它不仅装机容量大，耗能高，而且作为一个典型的位势力矩负载，要求其拖动电动机在其机械特性的四个象限内频繁周期性的进行起动、制动和反向运行。
反映其运行状态的速度图和力图是根据设计的提升能力和安全规程确定的，对其在运行过程中的加速度、减速度以及各个运行阶段的行程和最后的停车位置都有精确的要求和严格的限制。
因此，提升机始终是电力拖动与控制学科的典型应用装置和研究对象。
本文详细介绍了矿井提升机的研究发展。
关键词：矿井提升机；现状；发展；研究。
Mine hoistAbstract：As the mine throat equipment hoist, plays an extremely important role in effective and safe production and economic operation of mine. It not only installed capacity of large, high energy consumption, but also as a typical potential torque load requirements, the motor drive in the four quadrants of the mechanical properties of periodic in frequent starting, braking and reverse operation. Reflect the running state of the speed chart and try to be determined according to enhance capacity and safety rules for the design, have the exact requirements and strict restrictions on the running process of acceleration, deceleration and each operation stage of the trip and the last stop position. Therefore, hoist always is a typical application of device and the object of study of electric drive and control subjects. This paper introduces the research and development of mine hoist.Key words: Mine hoist;status; development; research.1.概述矿井提升机，又叫绞车，是一种大型提升机械设备。
矿井提升控制系统的发展与现状
矿井提升控制系统的发展与现状矿井提升系统是矿井生产中极其重要的环节，它的正常运行与否直接影响到矿井的产量。
对于提升机传动方式的选择，必须在满足矿井生产工艺要求即满足各种可能出现的运行速度图的前提下，对各种可能的传动方案进行技术比较后，选择最合理的一种传动方式。
我国在20世纪50~60年代，一般采用交流传动方式。
交流传动的最大优点是：技术比较简单，设备及安装费用低，占地面积小，运行维护容易。
但它的最大缺点是：电气调速性能差，在减速和爬行阶段需要另外增设传动装置，如动力制动、低频传动以及晶闸管窜级传动等，虽然调速性能得到了改善，然而设备投资和系统的复杂性也增加了。
由于交流传动受主电动机和控制设备制造容量的限制，所以，对要求提升容量的、速度高的大型矿井，一般采用直流传动制造。
我国进入20世纪70年代后，矿井的规模愈来愈大，年设计生产能力为300万t、400万t、500万t，甚至更大。
特别是对于一些井深600m以上的矿井，要求装载容量大、提升速度高，箕斗容量从12t、18t、增大到32t，提升速度从6m/s、8m/s提高到14m/s，甚至还高，对于提升自动化的水平要求也愈来愈高，因此，原来的交流传动已远远不能满足要求，必须采用直流传动方式。
直流传动的最大优点是:调速平滑稳定，调速范围宽，容易实现提升自动化。
因为电动机的转速几乎与提升负载无关，在低速范围内也能稳定运行。
负力减速时可将机械能转换为电能返回电网。
它的缺点是建设投资大，基础费用高。
直流传动方式又分为发电机-电动机传动和晶闸管变流器-电动机传动两种，两者比较，晶闸管变流器-电动机传动又具有动作速度快、可靠性高、维护工作量小、故障少、运行效率高、体积小、重量轻和占地面积小等优点。
它的缺点是对交流电网的无功冲击大，，因而产生较大的启动压降；它的高次谐波会引起交流电网电压正弦波形的畸变，干扰其他用电设备；运行功率因数低；等等。
但如对变流器采取特殊接线方式，电枢回路用两组晶闸管桥窜联，才用“顺序控制”方法可以提高功率因数，特别是系统中配置无功补偿和谐波吸收装置后，将大大消弱晶闸管整流装置对交流电网的无功冲击和谐波污染，为此，晶闸管交流变流器供电的直流传动装置具有广阔的前景。
现代矿井提升机电控系统发展趋势
产品的结构模型
•四、交流提升机控制系统
•5 •交-直-交双馈式提升机变频控
制
• 绕线电机双三电平转子变频调速产品 ：GZM-100/200（NPC三电平 1MW/2MW）、GZM-100/200H（H 桥三电平1MW/2MW）
•水泵传动
•风机传动 •皮带传动
•提升机传动
三. 矿山电力传动网络化控制与故障诊断技术
• 基于CSCW技术，提出了多Agent进行远程故障诊断的方法，建立了诊断知 识库、推理机，实现了Agent之间通信和协作诊断推理；实现了网络化矿井 提升机故障诊断系统和运行状态网络发布，提供故障预警和故障在线诊断 功能，大幅度提升了矿山电力传动系统的安全性。
•IDG 4A
•HV-IGBT
•约 6000A/ s
•t ( s)
•Iload
功率半导体比较
•高压IGBT
•门极触发功率低 • 门极触发简单,
功率元件少
• 电流限制 • • 无任何附加电路的
短路保护变频器
•勿需缓冲电路
•GTO
•门极触发功率高 •门极触发复杂, 功率元件多 无电流限制
•需附加电路的 短路保护变频器(需输出滤 波器)
•第一代
•第二代
•占总数的9.7% • SCR-D驱动
•直
• 电控效率<80% • 模拟调速
• F-D驱动
•流
• 模拟调速
• PLC控制 • 机械式深度示
• 继电器控制
• 机械式深度指示
•占总数的90%
• 电控效率<60% • TKD驱动
我国矿井提升设备未来的发展趋势
矿井提升设备的组成
矿井主提升设备是机、电、液一体化的大型机械。 主要有以下 矿井提升机：包括缠绕式提升机，摩擦式提升机 内装式提升机。 提升容器：有箕斗、罐笼、矿车和吊桶等。 提升钢丝绳：有提升钢丝绳(主绳)，平衡钢丝绳(尾绳)，罐道 钢丝绳，防撞钢丝绳，防坠器的制动钢丝绳和缓冲钢丝绳等。 井架：安装天轮及其他设备的构筑物。包括木井架、钢井架、 混凝土井架和砖井架等。 天轮：设置在井架或暗井顶部，承托提升钢丝绳的导向轮。 装卸附属设备
返 回
井架的现状及未来发展趋势：
煤矿井架现阶段已经在强度，防腐等方 面能达到一定的要求，未来将会使井架 大型化，安装快速化，强度增大化，防 腐化方向发展。
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智能化潜力无限 现代化水平不断提 高 大型化势在必行
总结矿井提升 设备的未来发 展趋势
随着社会经济的 飞速发展，我国 工业对资源的需 求量逐渐增大， 使得煤矿产量也 越来越大，未来 的煤矿产量将会 越来越大，矿井 提升设备也会随 着社会的需求而 改进。
返
谢谢大家！
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提升钢丝绳的现状及未来 发展趋势
提升钢丝绳的现状：钢丝 绳分类方法很多，钢丝绳、 制绳钢丝现在执行的国家 标准、冶金行业标准中， 包括GB/T8919-1996优质 制绳用钢丝、GB8904-88 电梯钢丝绳用钢丝等等
未来发展趋势：未来钢丝 绳的研究发展，必定是在 加强钢丝绳强度，延长钢 丝绳寿命，减轻钢丝绳自 重，加大钢丝绳安全系数 的方向前进
大型化势在必行
大型化势在必行 地下矿山开采规模的矿大及开采工 艺的变更，将大量使用综采设备及一些联合机组。 这些设备越来越趋于在地面组装后整体下井；设备 大修及部件更换也必须升到地面机修厂进行，这就 要求提升设备的单次提升能力达到数十吨以上，提 升高度达到上千米。这两个指标均要求矿山必须使 用规格较大、性能现在进可靠的提升机。因此，更 大型的单绳缠绕式和多绳摩擦式提升机的发展势在 必行。
提升机电控系统现状分析
提升机电控系统现状分析目前全国各类矿山的提升机（绞车）多采用交流绕线式异步电动机转子串电阻调速方案，用交流接触器进行速度段切换，形成了低速降压启动、档位切换加速、全速运行、档位切换减速、低速降压停车的工作过程。
这种运行方式存在明显的缺点，主要体现在以下几个方面:(1)大量的电能消耗在转子电阻上，造成了严重的能源浪费。
当料车空车下放时，电机的转速超过了同步转速，电机处于发电状态，由于没有能量处理环节，大量的电能消耗在转子电阻上，致使电机能耗增加，不但浪费大量的电能，而且使电机铜损、铁损增加，增大了电机的维修费用。
(2)控制系统采用绕线电机转子串电阻的方式进行调速，不仅将大量的转差功率消耗在转子电阻上，浪费了大量电能，同时电阻器的安装需要占用很大的空间，增加了机房建设费用。
(3)这种切换转子电阻调速的控制系统复杂，导致系统的故障率高，接触器、电阻器、绕线电机碳刷容易损坏，维护工作量很大，直接影响了提升机的生产效率。
(4)低速和爬行阶段需要依靠制动闸皮摩擦滚筒实现速度控制，特别是在负载发生变化时，很难实现恒减速控制，导致调速不连续、速度控制性能较差。
(5)启动和换档冲击电流大，造成了很大的机械冲击，导致电机的使用寿命大大降低，而且极容易出现'掉道'现象。
(6)自动化程度不高，增加了开采成本，影响了矿山产量。
(7)低电压和低速段的启动力矩小，机械特性比较软，带负载能力差，无法实现恒转矩提升。
针对以上这些问题，煤矿决定对原系统进行改造。
采用技术含量较高的变频调速，替代原来的绕线电机串电阻调速，通过变频调速实现电机的软启动、软停车，连续平滑调速的生产要求，同时考虑到节能减排的时代背景,拟采用带能量回馈的单元的四象限运行变频器，将电机在发电状态下的再生电能回送电网，降低电能消耗，节约电能。
矿井提升机的现状和发展
矿井提升机的现状及发展矿井提升机是煤矿、有色金属矿中的重要运输设备，是“四大运转设备”之一。
矿井提升系统具有环节多、控制复杂、运行速度快、惯性质量大、运行特性复杂的特点，且工作状况经常交替转换。
虽然矿井提升系统本身有一些安全保护措施，但是由于现场使用环境条件恶劣，造成了各种机械零件和电气元件的功能失效，以及操作者的人为过失和对行程监测研究的局限性，使得现有保护未能达到预期的效果，致使提升系统的事故至今仍未能消除。
一旦提升机的行程失去控制，没有按照给定速度曲线运行，就会发生提升机超速、过卷事故，造成楔形罐道、箕斗的损坏，影响矿井正常生产，甚至造成重大人员伤亡，给煤矿生产带来极大的经济损失。
提升机电气控制系统在很大程度上决定了提升机能否实现平稳、安全、可靠地起制动运行，避免了严重的机械磨损，防止较大的机械冲击，减少机械部分维修的工作量，延长提升机械的使用寿命。
所以，提升机电气控制系统的研究一直是社会各届人士共同关注的一个重大课题。
随着矿井提升系统自动化，改善提升机的性能，以及提高提升设备的提升能力等的要求，对电气传动方式提出了更高的要求。
对矿井提升机电气传动系统的要求是：有良好的调速性能，调速精度高，四象限运行，能快速进行正、反转运行，动态响应速度快，有准确的制动和定位功能，可靠性要求高等。
而随着科学技术的进步和矿井生产现代化要求的不断提高，人们对提升机工作特性的认识进一步深化，提升设备及拖动控制系统也逐步趋于完善，各种新技术、新工艺逐步应用于矿井提升设备中。
特别是模拟技术、微电子技术、微电脑技术在提升机控制中的应用已成为必然的发展方向。
目前国内提升机电气传动系统现状：对于大型矿井提升机，主要采用晶闸管变流器—直流电动机传动控制系统和同步电动机矢量控制交一交变频传动控制系统。
这两种系统大都采用数字控制方式实现控制系统的高自动化运行，效率高，有准确的制动和定位功能，运行可靠性高，但造价昂贵，中小矿井难以承受。
矿井提升机电控系统的现状与发展趋势
矿井提升机电控系统的现状与发展趋势摘要：矿井提升机作为井上井下的唯一输送通道，是矿山的咽喉设备，其运行性能的好坏与优劣不仅直接影响到矿山的生产效率，而且影响到矿山的生产安全，同时它也是矿山机电自动、智能化发展水平的显著标志，是数字化矿山建设的重要组成部分矿井提升机属往复运动的生产机械，且其负载为位能型负载，其对电控系统要求比较高，所以它的电气传动及控制一直是各国电气传动界的一个重要研究领域。
基于此，本文主要对矿井提升机电控系统的现状与发展趋势进行分析探讨。
关键词：矿井提升机；电控系统；现状；发展趋势引言提升机运输设备在煤矿生产过程中发挥着重要作用，如煤矿井下、井上的生产过程，都需要通过提升机来实现货物的运输。
煤矿开采是一个施工环境较复杂，安全事故率高的过程，因此煤矿企业对提升机电控系统的安全性、可靠性提出了更高的要求，但提升机电控系统结构设计较复杂，优化提升机电控系统技术方案存在一定的困难。
1 矿井提升机电控系统的现状1.1 矿井提升机电控系统的范围矿井提升机电控系统主要包括配电控制系统、自动化控制系统、电气传动系统等三大部分。
配电系统包括动态无功补偿ＳＶＣ或ＳＶＧ、高低压配电（含各种变压器）及综合保护系统。
自动化控制系统包括闸控制系统、数字监控系统、速度控制系统等工艺控制。
1.2 矿井提升机配电系统高压配电系统采用单母线分段结线方式，双电源进线。
两回电源相互闭锁，当一段电源故障时另一段电源能担负全部负荷。
高压电源二次回路的连锁和控制接点，输入到提升机自动化控制系统即PLC系统进行操作控制，便于远程集中控制和监测。
同时提供过载、过压、过流报警节点。
低压电源为AC380V／220V电源，采用单母线运行方式，为全系统提供控制、操作电源。
配置低压电源柜，向电控系统、车房吊车、空调、冷却风机、液压站、照明以及检修开关提供控制、操作电源。
为防止供电系统意外停电造成事故，增设大容量UPS电源，保证控制电源安全、可靠，同时完成主机冷却风机的工艺控制。
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矿井提升机电控系统的现状与发展趋势
作者：刘永亮时永玲孔宪勇
来源：《科技传播》2012年第17期
0 引言
矿井提升机又称为矿井卷扬机。
作为井上与井下的唯一输送通道，矿井提升机承担着人员、物料、设备和煤炭等的运输任务。
矿井提升机属往复运动的大型生产机械，它具有自身惯性大、载荷能力强，载荷及其变化也大、载荷性质属位能性负载、运行速度快、调速范围广等一系列的优点，矿井提升机运行的状况，关系着矿井的正常生产，而且还影响着矿井的设备安全和矿工的人身安全。
由于矿井提升机的生产工艺和安全性的要求越来越高，其机械制造技术和电气控制技术也就成为各国机械制造界和电气传动界的一个重要的研究课题。
随着高产高效矿井的迅速发展，更有利的促进了矿井提升机朝着大容量、大功率、高效率、高安全性、高可靠性、全数字化及综合自动化的方向深入发展。
1 矿井提升机控制系统的发展现状
根据提升机对电控系统的要求，提升机的电气可分为直流传动和交流传动两大类。
直接传动即对直流电动机的速度控制。
直流电动机由于具有良好的调速特性、宽广的调速范围和易于实现四象限运行等优点，很适合在需要调速和频繁正反转的矿井提升机中作拖到应用。
随着电力技术的发展，特别是晶闸管的出现，对要求较高、容量较大或多水平开采的矿井，其提升机几乎都采用了晶闸管交流装置供电的直流电传动系统（V-M系统）。
但是直流电动机需要设置机械换向器和电刷，不仅需要经常维护，影响运行可靠性、而且电刷容易产生火花，限制了使用场所，特别是由于存在换向问题，难以制造出大容量、高转速、高电压的直流电动机来，使得目前3 000r/min左右的高速直流电动机，最大容量只能达到400kW～500kW；低速直流电动机只能做到两三千千瓦，已经越来越难适应现代矿井提升机向着高速大容量化发展的需要。
交流传动即对交流电动机的速度控制。
交流电机，尤其是笼型异步电动机，由于结构简单、制造方便、造价低廉、坚固耐用、无需维修、运行可靠，更可用于恶劣的环境之中，特别是能做成高速大容量，更适应在高速大容量的矿井提升机中作拖动应用。
就我国目前的情况来看，国产的交流传动矿井提升机大部分仍采用较老的控制方式，减速制动多采用能耗制动方式。
由于电力电子技术、大规模集成电路和计算机控制技术的发展，特别是交流传动的矢量控制和直接转矩控制理论的出现和成熟应用，形成了一系列可以喝直流调速系统相媲美的交流调速系统，国外已将交-交变频调速系统和具有四象限性能的交-直-交变频调速系统应用于复杂的、要求较高的、多水平、大容量的矿井提升机中。
2 矿井提升机电控系统的发展方向
矿井提升机电控系统经过多年的发展，展现出如下的发展方向。
2.1 平滑调速且调速精度高
由于矿井提升机负载变化大，调速范围广，为满足提升工艺要求而严格按照规定的速度图运行，因此要求电气传动系统应能平滑调速。
对于调速精度，提升机一般要求静差率较小（通常S〈3%），使系统在不同负载下的速度给定值于速度实际的偏差控制在一定范围内。
这一方面是为了避免启动过程中出现提升容器下坠现象，另一方面是在保证安全和准确停车的条件下将爬行段距离设计得尽可能短，进而获得较高的提升能力。
2.2 提升容器进一步改进
主井箕斗采用具有外动力的侧卸式，装载采用定量，同时在箕斗采用轻型材料制成，其自重与原来相比有所减轻。
由于采用外动力卸载，箕斗无需卸载曲轨，这样便可通过缩短提升循环时间来达到高产高效；副井罐笼为满足综采、综掘大型设备的提升要求，不少矿井采用了非标准、非对称布置，如采用一个大罐笼、两个小罐笼的型式。
2.3 完善的故障监视装置
矿井对提升机电控系统可靠性要求较高，因为一旦提升机发生故障，就会影响矿井的正常生产，而且还可能危及矿工的生命安全。
对电控系统可靠性的要求主要表现在如下两个方面：电控系统的产品质量要好，产生的故障要少；一旦出现故障能及时按照故障的性质进行保护，并且能对故障进行显示，使之迅速排除故障。
对于安全回路的故障检测、故障处理等，应采取“双线冗余”的保护措施，以提高安全保护性能的可靠性。
2.4 全数字化控制
由于引入微机控制系统，随着微机运算速度的进一步提高，存储器的容量化、高级专用集成电路的应用以及软、硬件的优化组合，以一种全新的方式解决了数字控制的小型化问题，使得数字化控制已经成为电机控制方式的主流方向。
矿井提升机实现了全数字化调速系统后，能够在很宽的范围内高精度测速，所以扩大了调速范围，提高了速度控制精度。
另一方面，一些模拟电路难以实现的控制规律和控制方法，如各种最优控制、自适应控制、复合控制等，都变得十分容易，从而使系统的控制性能得到提高。
2.5 满足四象限运行
矿井提升机是周期性的工作，在加速、等速、减速、爬行、停车及反向等不同阶段，每一提升周期都可能出现正力、负力以及正力与负力之间的变化，既有正转，又有反转，既有电动，又有制动等工况，因此要求电气传动系统必须是能在四象限中稳定运行的可逆调速系统。
2.6 综合自动化控制
随着控制、计算机、通信、网络等技术的发展，目前国内外生产的提升机，其控制、监视及保护措施已由原来的继电器或半导体逻辑单元的技术水平发展到多PLC（可编程序控制器）、智能仪表的数字控制以及上位工控机监控的网络控制技术水平。
网络形式有工业以太网、现场总线等。
3 结论
总之，矿井提升系统是矿山生产中极其重要的环节，它的正常运行与否直接影响着矿井的安全生产。
矿井提升机电控系统必将沿着数字化控制方向发展，数字化控制系统具有完善的通信功能，使传动级与上一级自动化系统实现可靠接入，从而构成具有很高自动化程度的、完善的控制系统，其适用性更加广泛。
必将能为矿井提供更安全、高效、强大的技术服务，使矿井提升电机控制朝着智能化控制的方向发展，为矿井建设提供更强大的物质基础。
参考文献
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