提升机行程控制方法

提升机行程控制方法李春平济宁运河煤矿责任有限公司[摘要]：提升机的控制从本质说是一个位置控制，要保证提升容器在预定地点准确停车，要求准确度高。

在我们的系统中采用微机控制，通过采集各种传感信号，如转角脉冲变换、井筒位置、滚筒及钢丝绳打滑等信号进行处理，计算出容器准确的位置；从而施以一定的控制和保护。

行程控制，即位置控制，也就是通常所说的行程给定，它的功能是根据提升机的行程来确定速度给定信号的大小。

[关键词]：电控系统减速点行程控制算法提升机对其电控系统的可靠性要求很高。

因为提升机一旦出现故障，轻则影响生产，重则危机人员生命。

电控装置的高可靠性表现在两个方面：一是电控装置质量好，故障少；二是出现故障后应能根据故障性质及时进行保护，并能对故障内容（即使是单次）进行记忆和显示，以便能迅速排除故障。

为了便于提升机司机操作判断，提升机电控系统需设置可靠的行程显示装置（又称深度指示器）用于显示提升容器在井筒中的位置。

老的深度显示常采用牌坊指针式或圆盘指针式深度显示装置；新的深度显示采用数字显示。

另外，提升机电控装置应设置比较可靠的位置检测装置，能够准确地检测出提升容器在井筒中减速、停车、过卷和限位等相应的位置，以便控制提升机能可靠地减速、停车。

另外，一些要求较高的提升机在井筒中还设置多个井筒同步开关开关，用于行程同步、逐点速度监视、停车、过卷和限位等保护。

对于有些重要的位置（如同步位置、过卷点）需设置多只行程开关，以实现冗余控制。

1、行程控制的基本原理提升机的控制从本质说是一个位置控制，要保证提升容器在预定地点准确停车，要求准确度高。

在我们的系统中采用微机控制，通过采集各种传感信号，如编码器脉冲、井筒位置、滚筒及钢丝绳打滑等信号进行处理，计算出容器准确的位置；从而施以一定的控制和保护。

行程控制，即位置控制，也就是通常所说的行程给定，它的功能是根据提升机的行程来确定速度给定信号的大小。

提升机可以有各种不同的运行速度，减速时对各种运行速度产生S 形速度给定，则要求S 形速度给定行程环节的输入信号开始衰减的时刻不同。

如单靠时间给定在采用自动控制方式时，则需要针对各种确定的速度设置多个减速点开关，使提升系统的控制复杂化；若采用手动控制方式，虽然能控制给定信号的大小，但仍难以控制其减速的时刻及减速度，使提升机不能以满足提升系统的要求的最佳速度和时间运行至停车点，往往造成停车不准和提升周期的改变。

采用位置控制（即行程给定）后，在减速至停车阶段，根据提升容器距离停车点的行程△S 的大小来确定速度给定信号。

该行程△S 大，则相应的由行程给定产生的速度给定信号高；行程△S 小，则由其产生的速度给定信号低。

因此，从减速点至停车点区间内的任意一位置上都对应一个由行程给定产生的速度给定信号（故此称为位置控制）。

该速度给定信号与提升机运行速度和运行时间无关，仅仅同提升容器所处的位置有关。

因而在一定的速度范围内，提升机都可以按照行程所产生的速度给定信号减速运行且能准确停车，从而克服了给定方式的缺点。

下面讨论一种简单的、采用如图1所示的三段速度图时，提升机在减速点至停车点区间内行程给定的情况。

图1.1 在图1.1中，设其最大提升速度为V max 、加速度a 1、减速度a 2。

当提升机容器进入减速区（t 2-t 3)后，提升机的运行速度从V 及从0时刻（容器处在井下停车点）开始运行的行程S 的表达式分别是：t1t 2t t 3）（）（）（3.1)(21)(212.1)(21)()(211.1)(2222max 2112222max 12max 21122max t t a t t V t a t t a t t V t t V t a S t t a V V t -∙--+∙=-∙--+-+∙=--= 一个提升周期中容器的行程为一个固定的数值223213max 2113)(21)(21t t a t t V t a S t -∙--+∙=）（4.1 在V —t 坐标中，它表示整个梯形图的面积，一旦井深确定后，3t S 就是一个固定的数值。

如果要确定在减速点t 时刻容器距停车点t 3时刻的行程ΔS 。

那么它就应该等于一个提升周期的全部行程3t S 即减去达到t 时刻容器所走过的行程Δ)(3max 3t t V S S S t t -=-=）（5.1因为t=3t 时，V=0，由式（1.2）知();0232max =--t t a V 从而2max 23a V t t =－，代入ΔS 表达式整理得：)(21)(21)()(222322max 23max t t a t t a t t V t t V S -∙+-∙----=∆ 222222m a x 22m a x 2m a x 2)(212)(t t a a a V t t V a V -∙∙+∙---= [][]222m a x 222222m a x 2m a x 22)(21)()(221t t a V a t t a t t V a V a --∙=-+--∙=2221V a ∙∙=（1.6） 推出：S a V ∆∙=22 （1.7）上述推导结果表明：在恒减速的情况下，容器停车点的行程ΔS 与提升机运行速度之间是二次函数关系，行程给定原则正是建立在此关系的基础上。

根据关系式S a V ∆∙=22，在确定了满足提升系统的减速度2a 的情况下，只要能检测到容器在井筒中某一位置（在减速点至停车点区间内）距停车点的行程ΔS 时，便可以确定相应的速度信号的大小，通过给定电路将其转化为相应的电位信号便可以作为给定信号。

在减速点至停车点区间内，提升机运行速度V 与提升机S 的行程之间的关系曲线如图1.2所示。

图中D ：减速点E ：停车点。

图1.2速度与行程关系曲线目前提升机采用的给定方式基本上有两类：一是给定速度为时间的函数；二是给定速度为形成的函数，简称行程给定。

当调速系统的机械特性具有足够的硬度时，这两种给定方式效果基本是一样的，但当调速系统的静差较大，负载的波动较大（例如副井）时，这两种给定方式效果就有差别。

为了改善提升系统的运行性能，近年来在速度给定电路中增加了加速度变化率限制环节，为了使提升系统更加安全可靠地运行，有的提升机速度给定电路中采用行程给定和时间给定的串级连接。

但这种电路设计复杂、参数调整不易，因而为了获得理想的速度给定曲线，现在采用计算机软件来实现速度给定信号的计算。

2、行程控制算法：最大运行速度是提升机运行参数中极为重要的一个参数，它的任何变化将直接导致运行曲线相应变化。

下面就m a x V 值变化，行程控制的算法做进一步的分析。

1.变减速点行程控制算法设在减速段Ⅰ、减速段Ⅱ、减速段Ⅲ及爬行段，行程距离分别为P S S S S 765∆∆∆，则总减速行程距离为P J S S S S S +∆+∆+∆=765。

在实际情况中，max V 值是个变值，或者大于最大给定速度，或者低于最大给定速度。

若max V 值大于最大给定速度，将减速点提前；反之，将减速点后移，以变减速点的方法来保证爬行距离不便。

实际上，这是一种减速策略，此时改变的运行参数只是5S ∆、6S ∆和7S ∆，运行减速度2a 和减速变化率3m r 、4m r 则保持不变。

各段减速行程距离值为：6/)()(45345max 5t t r t t V S m ---=∆)6/(/323232max m m r a r a V -= （2.1） )2/()(222566a V V S -=∆ （2.2）367426726767)(61)(21)(t t r t t a t t V S m -+---=∆ )3/(/2432426m m r a r a V -= （2.3） 总减速行程距离为P J S S S S S +∆+∆+∆=765，而P S 为恒值，在运行减速参数2a 、3m r 和4m r 不变的情况下，J S 由max V 唯一确定。

行程控制计算机在提升机匀速运行阶段，检测到实际运行的最大速度max V ，根据上述算法计算出5S ∆、6S ∆和7S ∆，也就是求出了实际减速点的位置。

根据提升机实际运行的最大速度max V ，适当调整减速度2a ，即若max V 越大则调整2a 越大，若max V 越小，则调整2a 越小，这样也可以获得良好的减速结果。

在调整2a 的时候，必须同T(时间)时也要调整3m r 和4m r ，否则将会在加速度的转折点出现速度给定的跳变。

在调整减速段参数时，有两种情况，一是减速度变化率3m r 不便，仅改变2a 和4m r ；二是对减速度变化率3m r 、4m r 和2a 都调整，下面就这两种情况分别进行讨论。

设对应于加速度转折点处参考点为K ，其位置和速度是可变的，其具体大小需由调整后的运行参数实时确定。

若在参数调整过程中减速度变化率3m r 保持不变，而将2a 减小，则由式（2.1）可知道，参考点K 将上移，其速度为：322max 2/m k r a V V -= （2.4）为了保证参考点K 处不发生给定的跳边，应使调整后的参数2a 和3m r 满足：5V V k = （2.5）2126625)2(V S a V K +=- （2.6）式中：6-K S ——参考点K 和K6之间的距离值减速参数4m r 由下式确定： )(26224P m V V a r -= （2.7） 式中：P V ——给定爬行速度（m/s ）需要指出的是，随2a 减小，4m r 也将减小，这时减速段Ⅲ行程将增加，此时参考点K6实际位置前移，而爬行点位置保持不变。

若要在改变2a 后，参考点K 的位置保持不变，这是需在调整2a 的时候对3m r 也同时加以调整,以减速点为参考点，设：()23232max 6//m m r a r a V S -=∆ （2.8） 式中：ΔS ——减速点到参考点K 的运行距离（m ）这时，由上式根据2a 、max V 和ΔS 值则可求出减速参数3m r ，同样，调整2a 和3m r 时必须参考在参考点K 处不致发生速度给定的跳变，这时的约束条件同样是（2.5），关于4m r 的调整如式（2.7）所示。

这时减速参数43m m r r 及2a 都同时加以调整，参考点K 的位置保持不变，在整个减速参数的调整过程中由于采用行程给定算法，因此可以保证爬行点位置不变，爬行行程固定。

现场运行曲线图参考文献[1] 顾永辉范廷瓒总编煤矿电工手册（第三分册）北京：煤炭工业出版社 1987年[2] 徐志毅主编机电一体化实用技术上海：上海科学技术文献出版社1994年[3]王兆安黄俊主编电力电子技术机械工业出版社2006年[4]唐国祥武文辉王有益主编矿井提升机故障处理和改造机械工业出版社出版 2005年。