简析矿井提升机电控系统组成及原理设计
矿井提升机电控系统设计方案研究
矿井提升机电控系统设计方案研究目前，矿井提升机操作人员对该机械的电控系统的要求逐渐提高。
良好的矿井提升机电控系统能够保证提升机的工作性能和保障相关工作人员的生命安全，在发生故障前及时预警并自行制动，避免或减少造成采矿设备损坏以及操作人员的伤亡，因此提高矿井提升机电控系统的安全稳定性能是一件迫在眉睫的事情。
本文通过对某矿区矿井提升机电控系统进行全新的设计，采用直流可逆调速系统控制提升机运行，取得了较好的实践效果。
1矿井情况本文研究对象选取某生产能力为380万t/年岩矿的矿山，该矿山的采矿工作采用竖井开拓方式，其中有一条主井作为矿区的主要运输通道，主井深250m，平均爬升速度为6m/s。
现采用主井提升设备，型号为JKMD3.5X4，为多绳落地提升设备，功率为2240kW。
工作时，电机转数设置为每分钟45r。
提升机在主井距地表123m处进行安装，其容量为两个矿用多绳箕斗。
现就该提升机的硬件条件来选择相应的电控系统设计方案。
2矿井提升机电控系统的方案分析我国矿井提升机的系统设计，可选用我国目前在技术较为成熟的直流可逆调速方法、交流变频调速方法。
需结合提升设备具体状况选择适合的方法处理，上述两种方法均能加强工作人员对矿井提升机系统的控制，提高矿井提升机的安全性和稳定性。
2.1直流可逆调速方法的分析。
直流可逆调速方法，能结合提升设备自身的功率，将直流调速磁场设置为恒定的状态，电枢换向方法分成6脉动和12脉动两种主回路。
为满足不同功率提升机的不同效率，并降低谐波危害的使用要求，功率小于500kW的提升机，建议选择6脉动方法处理，针对功率＞500kW提升设备来讲，可考虑使用12脉动方法，以便保证设备工作的效率和安全性。
结合本研究所选提升机的实际功率，在此处需要选择12脉动方案来对提升机电控系统进行设计。
2.2交流变频调速方案介绍。
在功率为600～2000kW 的交流电动机运行电控系统进行方案设计时，一般会通过高压变频器，以绕线式异步电动设备，做好设备的控制、调速工作。
矿井提升机变频电控系统
一、变频器选型
1、二象限变频器系统组成及特点： 、二象限变频器系统组成及特点： 二象限变频器原理简图
• 变频器直流侧使用二极管整流，提供直流电源， 变频器直流侧使用二极管整流，提供直流电源， 能量不能回馈。 能量不能回馈。 • 采用制动斩波器加制动电阻解决电机减速的问题， 采用制动斩波器加制动电阻解决电机减速的问题， 如果电阻选择正确， 如果电阻选择正确，可以产生等同于电机加速时 相同的力矩，使电机减速。 相同的力矩，使电机减速。 • 逆变侧采用 逆变侧采用IGBT电流元件，性能优于 电流元件， 电流元件 性能优于GTO，使变 ， 频器功率能够达到300kVA以上，并且提高了可靠 以上， 频器功率能够达到 以上 性。
2、四象限变频器系统组成及特点 、 四象限变频器原理简图
• 直流侧采用动态前端代替二极管整流桥，可以根 直流侧采用动态前端代替二极管整流桥， 据电机负荷变化进行整流或者逆变， 据电机负荷变化进行整流或者逆变，直流电源端 本身就是一台变频器， 本身就是一台变频器，和输出逆变端变频器 BTB(BACK TO BACK)配置。 配置。 配置 • 由于能量可以直接反馈电网，不再需要制动单元 由于能量可以直接反馈电网， 和制动电阻，但是反馈电源质量没有保证， 和制动电阻，但是反馈电源质量没有保证，变频 器电源端需要增加电源滤波器， 器电源端需要增加电源滤波器，对回馈电源进行 滤波。 滤波。 • 两种方案运行效果完全相同，四象限方案节能效 两种方案运行效果完全相同， 果更显著。 果更显著。
3、限制电机力矩设 、 定： 电机力矩极限值在4 电机力矩极限值在 个象限内， 个象限内，均可以 单独设定， 单独设定，一般情 况下出厂设定为额 定力矩的200%，最 定力矩的 ， 大值可以设定为 300%。 。
提升机电控系统
提升机电控系统提升机电控系统一、提升机控制系统组成本系统装置适用于煤矿等行业的提升机控制。
对现在沿用的TKD 系统进行技术改造或控制设备更新尤为适用。
（1）使用范围①环境温度 -5℃－+40℃②相对湿度不超过90％（+20℃）③其周围环境空气中没有导电尘埃和绝缘材料的气体和微粒，无爆炸性气体和煤尘；④没有剧烈振动、冲击的场所⑤没有高温、结霜、雨淋的场所二、矿井提升机控制系统的功能（1）手动和半自动功能系统有手动和半自动两种运行功能，在半自动状态下，提升机的启动由主令手动给定速度，等运行到变坡点后通过司机按半自动运行按钮实现半自动运行，半自动运行时等速、减速及停车按预先设定的速度图运行；在手动状态下，提升机在操作司机的控制下运行。
（2）半自动验绳、半自动检修运行功能、应急开车方式验绳时提升机的速度由PLC数字输出给变频器一个恒速(0.37m/s)运行命令，设备的起停和方向由司机操纵主令手柄控制。
半自动检修运行时，提升机的速度由PLC数字输出给变频器一个恒速(0.37m/s)运行命令，设备的起停和方向由司机操纵主令手柄控制。
应急开车只用在有一套PLC系统发生故障时运行。
此时系统完全由一台PLC控制且各种保护具备，绞车能在限定的速度(0.37m/s)下由司机手动完成本次提升。
（3）测速及容器位置指示安装在提升机上的两个轴编码器输出的数字脉冲与主电动机的转速成正比，一个用于提升机速度和行程的显示，另一个用于速度保护，两个轴编码器相互监测，如果一个失效，将切换到另一个进行提升机速度和行程的显示和速度保护。
（4）保护及联锁功能①首次上电或故障时安全继电器断电后，只有提升机在主令零位紧闸位才能再次接通安全继电器，当有故障时安全继电器断电后，配合液压站安全阀使提升机实现一级或二级制动；，工作闸继电器及制动油泵等控制回路断电，使制动油压降为零。
②任何情况下，只有提升机在主令零位紧闸位才能接收到开车信号，只有当司机接到开车信号后，才能起动提升机使其运行。
矿井提升机系统
4
矿井提升机系统 的发展趋势
节能环保
2019
采用环保型润滑 油和冷却液，减 少对环境的污染
2021
采用环保型材料 和工艺，减少生 产过程中的污染
01
02
采用高效节能 的电机和变频 器，降低能耗
2020
03
04
采用节能型控 制系统，降低
系统能耗
02
提高设备可靠性统，实 时监测设备运行状态
04
加强人员培训，提高操作 人员安全意识和操作技能
谢谢
04
提升机系统在 煤矿开采中具 有节能、环保 的特点
金属矿开采
01
提升机系统用于金属矿开采过程中的矿石提升
02
提升机系统可以提高金属矿开采的效率和安全性
03
提升机系统可以降低金属矿开采过程中的能耗和成本
04
提升机系统可以减少金属矿开采过程中的环境污染和生态破坏
其他地下工程
地下隧道：用于地铁、公路、铁路 等交通设施的建设
维护：定期检查钢丝绳的磨损、腐蚀 0 4 和变形情况，及时更换损坏的钢丝绳
提升容器
提升容器是矿 井提升机系统 的重要组成部 分
提升容器用于 装载人员和物 料，实现矿井 上下运输
提升容器有多 种类型，如罐 笼、箕斗等
提升容器的设 计和制造需要 满足严格的安 全标准和要求
2
矿井提升机系统 的工作原理
地下仓库：用于储存物资、设备等
地下商场：用于商业设施的建设
地下军事设施：用于军事设施的建 设
地下娱乐设施：用于娱乐设施的建 设，如地下游乐场、地下电影院等
地下管道：用于供水、排水、燃气 等市政设施的建设
简析矿井提升机调控系统
简析矿井提升机调控系统矿井提升机调速的控制系统具有自动化的特点，深入应用变频技术和PLC技术，全面控制提升机调速，促使其满足矿井作业的需求，以免超出矿井提升机的规定负载。
矿井提升机调速控制系统的设计与应用，需要符合矿井作业的实践需求，一方面体现调速控制系统的优势，另一方面改善矿井提升机的性能，加强提升机调速的控制能力。
1 矿井提升机调速控制系统的设计提升机调速控制系统在矿井作业中，应该保持灵活便捷的调节方式，为了确保提升机调速的稳定，同时保障载荷、频率的科学性，需要规划提升机调速控制系统的设计，维持提升机高效率的运行状态。
1.1 主系统设计矿井提升机的主系统中的设备有空气断路器、接触器、变频器以及电机等，组成了具有控制作用的主系统。
主系统设计中引入了变频控制的理论，目的是确保提升机调速控制系统的安全与稳定，可以负担矿井作业中的提升负荷。
主系统设计中比较重要的是矢量控制部分，矢量控制的对象是提升机调速控制系统中的变量设备，如电动机等，严格控制主要变量，根据矿井提升机的运行实况提供合理的电源。
矿井提升机调速主系统中涉及到了报警设计，在矿井提升机运行时，既可以起到故障报警的作用，又可以保护提升机调速控制系统的安全性，为矿井提升机提供高级别的安全防护。
1.2 PLC控制设计PLC控制设计是提升机调速控制系统设计的关键，因为PLC控制设计中涉及到的功能比较多，比较重要的是控制与监视，规范出PLC外接设备的接线，对照安装依据连接PLC和外接设备，确保PLC对提升机的控制力度，所以在提升机调速控制系统中进行PLC设计。
PLC控制设计主要体现在三个方面，分析如下：（1）主令操作，控制提升机调速的发送指令，PLC具有自动化的特点，其可根据矿井的实况，在PLC的作用下设计合理的运行速度；（2）保护监控，调速控制系统不仅要适应矿井作业中提升机的运行，还要利用PLC实现监控保护，保证提升机调速控制系统运行的效率；（3）信息监测，PLC在矿井提升机调速控制系统内，主动监测提升机的性能信息，确保提升机调速的准确性。
矿井提升机电控系统原理设计
矿井提升机电控系统原理设计摘要我国矿井提升机大多是采用交流异步电机拖动，其电气控制系统采用转子串、切电阻调速，由继电器-接触器构成逻辑控制装置。
本文以安全、可靠、高效、经济为出发点，以可靠性原则为依据，对矿井交流提升机电控系统进行研究设计，由可编程控制器(PLC)代替继电器-接触器构成的逻辑控制装置。
其中简单介绍了国内外矿井提升机发展概况，提升机机械结构、工作原理，分析了其技术经济性。
对于PLC的控制原理及应用做了一般性的介绍。
详述了提升机电控系统和调速原理，如：测速部分和保护部分。
本文以TKD-NT单绳缠绕式矿井提升机为例，提出了研究设计方案，并且在实践中成功实施。
PLC电控系统实现了对提升过程的程序控制，精度高；实现了速度、电流以及矢量的数字交换等，对提升机进行闭环调节；实现行程、速度等重要参数及提升状态的监视；实现无触点控制，寿命长，可靠性大大提高，具有良好的控制监视系统；实现了显示、记录等有关数据的全部自动化。
关键词：矿井交流提升机，PLC，调速，电控技术研究THE DESIGN OF ELECTRIC CONTROL SYSTEMBASED ON MINE ELEVATORABSTRACTIn China, mine elevator whose electric control system uses speed regulation by means of stringing and slicing the rotor resistance, and it constitutes the logic control device by the relay and contactor adopting the means of the drive of AC asynchronous motor in most cases. This paper which studies and designs the electric control system of AC mine elevator, adopting PLC which takes the place of the logic control device constituted by the relay and contactor takes the security, reliability, high efficiency, economy as a starting point, and takes the reliability principle as the basis. There into, this paper gives a brief introduction on the development of mine elevator in home and abroad, its framework and theory, while doing some economic study. Then, it introduces the theory and application of PLC simply. On the side, it goes into particulars about electric control system, for example, speed measurement and safeguard. This paper sets TKD-NT elevator for an example, proposes the research and design plan which puts in practice successfully. The electric control system based on PLC has carried out the procedure control of hoist process and high accuracy, closed-cycle control of mine elevator through speed, electric current as well as digital switching of vector and so on, the monitor of important parameters such as the distance of travel, speed, the state of hoist. In addition, the system also has carried out contact less control, long life-span, reliability greatly improved, good control supervisory system and completely automation of relevant data’s demonstration, recording and so on.KEY WORDS: AC mine elevator, PLC, speed regulation, electric controltechnology research目录摘要 (1)绪论 (4)第1章国内外矿井提升机发展概述 (5)1.1 国内矿井提升机现状 (5)1.2我国矿井提升机电气控制系统的现状 (5)第2章提升机机械结构及工作原理 (7)2.1机械结构 (7)2.2工作原理 (8)第3章串电阻调速系统 (10)3.1串电阻调速系统原理 (10)3.2串电阻调速程序 (11)第4章提升机电控系统构成 (18)4.1引言 (18)4.2主回路 (19)4.3测速回路 (20)4.4安全回路 (21)4.5控制回路 (22)4.5.1 信号回路 (22)4.5.2 电机正反转回路 (22)4.5.3 制动回路 (23)4.5.4 转子电阻控制回路 (23)4.6监控系统 (24)4.6.1 上位机 (24)4.6.2 操作台 (25)第5章PLC 操作主控系统原理及应用 (26)5.1PLC系统组成 (26)5.2各单元基本特点 (26)第6章技术经济性分析 (28)结论 (30)致谢 (32)参考文献 (33)绪论矿井提升机常被人们称为矿山的咽喉，是矿山最重要的关键设备，是地下矿井与外界的唯一通道，肩负着矿石、物料、人员等的重要运输责任。
交流矿井提升机电控系统设计 (1)
mm(宽x 厚x 高)的开关柜中， 控制可靠， 体积小， 维护简单。
高压换向动力制动切换柜: 用真空接触器构成，过电压保护 措施为RC 吸收和压敏电阻双重保护，动力制动切换采用多 断点小电流切换技术，解决了真空接触器切断直流的问题。 各开关问除了电气闭锁还有机械闭锁，所有器件均装在 1 个 800mm x 800mm x 1800mm 的开关柜中。 动力制动电源柜: 采用晶闸管整流技术，电路结构加了多重保护，尺寸仅为 .
相连 ; 结构 易于扩 展 。
JTKD- PC型电控系统虽然较传统TKD- A电控系统有了 较大改善，但未从根本上解决串电阻调速的固有缺点，如特
性软、稳定性差、能耗大等。 3 结束语
1. 5 有用程序的实现按行程给定和按时间给定两种方案 供用户选择，省去了现场安装和调整手续，并为实现自 动化 方式运行提供了有效手段。 1. 6 有安全回路控制接点动作记忆电路。一旦安全回路 动作，引起动作的接点即被记忆，并不断以语言形式播放接 点位置，只有维修人员才能解除播放。动作记忆和语言播放 内容有: 减速段过速、 等速段过速、 速度超过2m / s 紧急停 车、 深度指示器失效、 制动油过压、闸瓦磨损、 钢丝绳松绳、 到达减速点等。 1.7 设计电路时从井口到车房， 井口 到井底的信号按 《 安
可编程序控制器(简称PC机)是当前工业控制领域应用量
最大的工业控制之一。它在交流பைடு நூலகம்动的矿井提升机系统中得
到应用，JTKD- PC 型电控系统是目 前较先进的矿井提升机 交流拖动电控系统。 JT KD- P C 型电控系统采用日 本立石公司 C 系列 P 型 60+60 点可编程序控制器，配以用引进技术生产的真空接触 器和TSZX- O 1型提升机综合显示控制仪、 KT- KI JZD可 调闸动力制动电子模板、YTXH- 0 1型语言报警通讯机式提
矿井提升机电控制系统设计
矿井提升机电控制系统设计
首先，硬件设计是矿井提升机电控制系统的基础。
在硬件设计中，需
要考虑到矿井环境复杂、恶劣的特点，选择适合的电气元器件，并进行合
理的布线。
此外，还需要合理设计电气保护装置，如过流保护、过载保护
和接地保护等，以确保提升机运行的安全性和可靠性。
其次，软件设计是矿井提升机电控制系统的核心。
在软件设计中，需
要考虑到提升机的运行特点，采用合适的控制算法和控制策略。
例如，可
以采用速度闭环控制算法，通过实时测量提升机的速度信号，实现对提升
机的精确控制。
同时，还需要结合传感器数据，实现对提升机的状态监测
和故障诊断，以及对提升机的启动、停止和运行速度的调整等功能。
此外，还需要考虑到通信协议的选择，以实现与上位机的数据交互和远程监控。
最后，安全性能是矿井提升机电控制系统设计的重要方面。
矿井提升
机作为一种特殊的运输设备，其工作环境复杂、风险高，因此安全性能是
至关重要的。
在设计中应采用多重安全保护措施，确保提升机的安全运行。
例如，可以采用双电源供电设计，以确保电源的可靠性；还可以设计限位
开关、安全传感器等，及时检测到异常情况并采取安全措施。
综上所述，矿井提升机电控制系统设计涉及到硬件设计、软件设计以
及安全性能等多个方面。
在设计中，需要考虑到矿井环境的特殊性和提升
机的工作特点，采用合适的控制算法和控制策略，设计相应的电气保护装置，以确保提升机的安全运行。
只有在充分考虑到这些因素的基础上，才
能设计出一套性能优良、安全可靠的矿井提升机电控制系统。
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简析矿井提升机电控系统组成及原理设计
1、矿井提升机电控系统机械结构组成
在进行矿山采矿时矿井提升机属于一种把井下和地面联系起来来的唯一运输工具。
它是由主轴、制动器、卷筒、电控柜、减速器、液压站、深度指示器以及操作台等部分所构成的。
1.1、主轴装置
对于主轴装置而言它是由主轴、两个卷轴、调绳装置等所组成。
主轴装置中固定转轴在右侧，游动转轴在左侧，在进行调绳时它能和主轴进行相对滑动，主轴装置大多都是采用整体焊接式或者是剖分式。
对于弹性结构的卷轴而言，其强度大，受力均匀。
1.2、液压站
对于液压站它主要是在控制制动器中所使用，它的特点大概有下面几点：（1）当有压力产生时它能通过调节制动油进而来控制制动器，同时获取制动力柜。
（2）液压站他可以迅速使制动器回油，还可以产生二级甚至一级安全制动。
（3）液压站它能产生压力油，这样对于双筒提升机调绳装置的控制（就是离合器开合）有很大作用。
1.3、盘形制动器
在矿井提升机的制动系统当中盘形制动器是其中的一重要部件，它是在安全制动与工作制动时所使用的。
所以对其要求就不仅仅是重量轻、结构紧凑，还要求动作灵敏、操作简单即要安全又要可靠。
1.4、减速器
矿井提升机所采用的减速器是双极圆弧齿轮，它是由机体、两级人字齿轮对和机盖等所构成。
而减速器中所用润滑油是通过独立的润滑油站所稀油强制的，每个轴承用的都是滚动轴承。
1.5、润滑系统
减速器轴承、主轴承以及齿轮的润滑油都是通过润滑油站集中进行供给的，润滑系统主要有薄片过滤器、齿轮油泵、供油指示器、电接点压力表、管路、旋
塞等构成。
矿井提升机电气系统中的润滑油站一共有两套齿轮泵装置，有一套是备用的。
注意过滤器一定要定期进行清洗。
1.6、测速发电机
矿井提升机电气系统中的测速发动机，它主要组成是三角皮带轮、直流电机、护罩、三角皮带等。
它主要有以下作用：能发出与矿井提升机的减速轴真正的转数相适应的直流电压，能够真实的反映容器的速度。
测速发电机能提供直流电源给起速保护继电器与限速保护继电器等。
1.7、联轴器
矿井提升机一般用的联轴器有两种，减速器高速轴和主电机两者之间通常采用都是蛇形弹簧联轴器，它的好处就是降低机器运转时的较大冲击。
减速低速器和卷筒主轴两者之间采用的通常都是齿轮联轴器，它的特点是传递扭矩大，它的好处是能补偿两轴安装时的不同心以及微量偏斜，以上所说的这两种联轴器在进行使用时一定要加润滑脂降低磨损程度。
1.8、调绳联锁装置
调绳联锁装置是在进行调绳是发信号所用的，对于工作人员要知道液压站安全阀联锁、以及离合器“离开”和“合上”的位置。
1.9、深度指示器
在礦井提升机电控系统组成当中深度指示器可以说是最重要的部件之一，它主要由以下几点用途：明确井筒中矿井提升机的真正位置；必要时它可以发送过卷以及减速信号；它可以限速保护矿井直升机；有一种牌坊式深度指示器，它的主要组成就是传动装置和深度指示器。
2、矿井提升机电控系统工作原理
在矿井提升机的主机或者说是井筒两端，其中一端是机械深度指示器，另一端就是电机，我们现在要讲的这种所采用的的深度指示器是牌坊式的，它是由两条丝杠、四条支柱数对齿轮、蜗杆、蜗轮以及两个圆盘所构成。
其中为主轴装置提供动力的是电机，当矿井提升机主轴进行旋转时，是通过深度指示器的传动装置通过齿轮再传经两条丝杠，并让这两条丝杠互相逆向旋转，同时也使两个左旋转梯形螺母进行反向即一下一上的直线运动，它们一个代表主井位置，另一个代表副井位置。
在进行运行时，它们能够一起发送位置信号。
高压换向柜及转子控制柜它们与电机相连，转子控制椐可接收主令控制柜的控制信号，而高压换向椐可接收控制电源柜控制信号。
在矿井提升机的辅助控制系统当中，控制润滑站及液压站工作的是从自主令控制柜中发出的信号，这确保了矿井提升机能够安全有效的运行下去。
3、矿井提升机电控系统组成部分
矿井提升机电控系统我们可以把它划分开来：控制系统（它包括有辅控系统和主控系统两种）、调速控制系统（它包括有供电系统以及调速系统两种）、监控系统（包含有操作台与上位机两种）。
矿井提升机主控系统指的就是完成提升机加、等、减、爬、停这五个车体运行过程，它属于开关逻辑控制，还指一些必要保护以及和其子系统进行的信号交换，一同实现对整个矿山提升机电控系统的有效控制。
矿井提升机电控系统的辅助装置指的就是各路电源，辅助系统中的控制部分及控制回路。
而传统的接触器-继电器控制系统，它所包括的还有动力（指的是低频）制动速度闭环环节（这所指的是交流矿井提升机电控）、可调闸速度闭环环节、测速环节以及包络线速度保护环节等。
矿井提升机电控系统的调速系统指的就是依照控制系统的指示，使矿井提升机的主拖动电动机完成减速、加速、稳速、起停运行控制的最终执行系统。
矿井提升机电控系统的监控系统所知的就是其中的一些关键部位，它包含有矿井提升机在运行时的关键参数、矿井提升机信号系统的具体工作情况、对司机操作是否正确的显示以及监控、参量的曲线、做一些必要记录以备不时之需。
矿井提升机电控系统的操作台所指的就是其中的人机界面，它的责任重大，是对矿井提升机进行监视、集中控制以及显示参号信息的系统。
4、矿井提升机电控系统的控制线路组成部分
矿井提升机电控系统的控制线路包括有主回路、安全回路、测速回路、控制回路、调绳闭锁回路、减速时过速保护以及控制回路、辅助回路以及自整角机深度指示器回路等这十部分组成。
其中主回路、安全回路、测速回路以及控制回路这几部分尤为重要，要注意对其进行深入的研究与分析。
5、结束语：
不管怎样，如今伴随我国经济迅速发展，人民生活水平提高，对矿山资源的需求也急剧上升，所以对于矿山生产技术而言也就有了更高的要求了。
而矿井提升机又是进行矿山生产时的主要设备之一，要了解矿井提升机首先要做的就是了解其电控系统的原理设计构成。
因此，对于矿井提升机电控系统的原理设计我们一定要加以重视，因为只有对矿井提升机电控系统的原理设计有了深入的了解以后，才可以从根本上去解决其中存在的一些问题，才可以使采矿时的安全更加有保障，才可以使矿井提升机电气系统设备更加先进，最终使我国矿山产业生产满足人们的需求。
参考文献：
[1]刘梦然，矿井提升机电控原理设计要求[M].华中出版社，2010.（56）234～235.
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[3]董珍珍，矿井提升机故障分析[J]，中国矿产，2012.（35）211-212.。