矿井提升机系统的智能化的应用--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

矿井提升机系统的智能化的应用

发表时间：2020/10/27 来源：《基层建设》2020年第19期作者：毛少军

[导读] 摘要：随着数字化、智慧化概念的兴起，“智慧化城市”、“智慧化矿山”等术语层出不穷。

        陕西陕煤榆北煤业有限公司陕西榆林 719000
        摘要：随着数字化、智慧化概念的兴起，“智慧化城市”、“智慧化矿山”等术语层出不穷。对于能源行业来说，“数字化矿山”的概念已经不再是新鲜的事物。近年来，许多终端用户、设计院和供应商参与了“智能矿山”的建设。然而，如何实现智能矿山，目前尚无统一成熟的定义和方法。矿井提升系统的智能化主要体现在无人操作和较少的人性化操作和维护上。
        关键词：矿井；提升机系统；智能化；应用
        导言：矿井提升机作为配合综采工作面生产的关键设备，其稳定性和可靠性直接决定着综采工作面的开采效率。矿井提升机在煤矿开采过程中的主要功能是实现综采工作面煤炭和地面人员的运输和提升，由于其结构简单、制造方便、价格实惠，在煤矿开采中得到广泛应用。但随着煤矿综采自动化水平的不断提高和产业结构的不断升级优化，矿井提升机在应用中存在诸多隐患，归纳起来有以下四个问题：
        1）目前矿井提升机的极限位置控制主要是基于其行程开关，即只有当行程开关被激活时，相关设备才会停止运行。但在实际应用中，由于大量煤尘和粉尘，行程开关经常卡死，只能通过中期检查来解决。
        2）当提升机在提升重物的过程中，目前的提升机控制系统中没有报警装置，只能通过工人的经验来识别。
        3）目前矿井提升机控制系统主要是基于接触器、继电器等简单的控制设备，很容易出现线路老化、设备故障等问题。
        4）矿井提升机早期设计中使用的部分零部件是非标准件，给矿井提升机的后期维护带来了很大的困难。
        基于以上分析，现有矿井提升机不仅结构存在安全隐患，而且其控制系统也存在一定问题。根据矿井提升工作位置的特殊性，煤尘及粉尘浓度过高，将结构由传统的钢丝绳提升机改造为钢丝绳卷筒结构，并对PLC控制系统进行自动改造。为了提高工作效率和自动化水平，大大提高了安全系数。
        1提升机制动控制系统结构
        矿井提升机的制动实际上是一个统一的控制信号，向液压制动系统发出控制命令。通过控制液压系统电磁阀的开度，控制作用在制动盘上的制动力，从而实现提升机的恒减速和稳定制动控制。
        矿井提升机制动控制系统主要包括液压控制单元和电气控制单元。系统通过电子控制单元控制液压系统。当启闭机正常工作时，启闭鼓轮两侧的制动缸打开，蓄能器内储存有大量高压油。同时，系统进入间歇供油状态，使制动缸保持打开状态。当启闭机接收到制动信号时，电磁换向阀通电换向，此时蓄能器中的高压油通过比例安全阀进入制动缸无杆腔，设置在提升滚筒上的光电编码器对提升机的实际运行速度进行接触式测量，并将测量结果传送给单片机。在单片机中对数据进行分析后，输出电磁控制信号，控制比例安全阀的开度，从而实现对提升卷筒的控制功率调节，满足不同制动工况下的安全制动要求，提高了系统的稳定性和可靠性制动过程。
        2无人化运行
        无人操作是智能矿山在设备操作层面的基本体现。以瑞典基鲁纳铁矿为例。该矿年产量3300万吨，现有职工400余人。它的地下生产系统，从水平运输、装卸到提升系统，都实现了无人操作。所有生产系统都在地面办公室进行监控，并由一名技术人员进行监督。从人员配备数量上看，无人操作可以大大降低人工数量和人工成本。然而，无人驾驶对提升机控制系统、信号系统和制动系统的安全性和可靠性有很高的要求。
        首先，提升机控制系统需要为提升机操作指令相关功能提供完善的逻辑控制和保护。包括对系统各环节“运行”和“准备就绪”状态的准确判断，“运行”和“停止”指令的准确性和可靠性，安全电路的稳定性和可靠性。其次，信号系统需要准确判断装卸、车辆运行和信号机构作用的状态，以及各机构动作的可靠性和安全性，以及信号系统内部和信号系统与控制系统之间信号通信的稳定性和可靠性。目前，国内许多副井提升机都缺乏这一环节。许多执行机构的可靠性较低，信号与控制系统的联锁和保护不完善，已成为制约提升系统，特别是副井提升系统实现无人操作的最大障碍。最后，制动系统仍然是无人驾驶操作的最后一个安全保障环节。该部分要求制动系统本身的安全性和可靠性高，同时主控与所制定的系统之间的通信、逻辑联锁和保护也应达到较高的安全性和可靠性。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆

        2.1矿井提升设备存在的问题
        ①该矿设备采购急躁，控制较为复杂，动作时间较长，甚至会出现延时现象。部分部件老化，更换成本高，或零部件不足，导致设备不能稳定运行。由于设备较旧，部分保护功能不完善，目前矿山生产任务繁重，需要频繁启停设备，导致部分部件容易更换，无法满足当前繁重的生产任务；②设备智能化程度低，对一些故障不能及时、准确的响应，维护成本高，故障排除困难，影响矿井的正常生产；③由于设备陈旧，缺乏必要的通信工程，当出现异常情况时，无法及时反馈信息，不利于管理人员根据实际情况做出判断，造成其他环节的不平衡，导致提升管理效率低下，影响矿井效率；④设备运行参数调整复杂，缺乏智能化人机界面，不利于系统运行。一旦发生故障，由于现场人员排除故障的时间较长，需要长时间的实践来停止设备的运行，从而影响正常生产；⑤目前部分部件已被排除或停产。一旦部分部件损坏，就很难购买更换部件，或者购买的更换部件不能与现有设备完全兼容，造成设备运行过程中的安全隐患，不利于安全管理。当设备不兼容时，技术人员不能快速判断，故障排除时间长，给设备的维修和维护带来困难。
        3矿井提升机控制系统的优化
        基于TKD电控系统对矿井提升机进行了优化。保留原控制系统液压站，更换其它设备。
        采购先进的机电一体化设备，主要包括tszx-01终端显示设备、YTX报警设备、CL-1电流监测系统、ktdlzd制动设备。设备有主控系统、辅助操作系统、速度监控系统和报警系统。
        3.1参数检测
        参数检测通过手机脉冲信号，并通过分析处理进入系统，显示系统的运行速度，或运行位置。当发现相关参数超过设定的指标值时，系统将进行相应的操作，如实现设备故障时的正常启动，准确定位设备的运行位置，随时监控和调整编码器装置，并根据工况的变化做出相应的调整。
        3.2主控系统
        主控系统中的变量控制器与主机相连，以提高设备的工艺要求。主控系统的主要功能有：实现起重人员的手动和自动操作任务；根据不同工况调整起重设备的参数；根据设定方式调整速度变化；具有多种保护功能，并能保护设备不过载、过卷、超速，保证设备的正常运行；通过数字化操作过程，使系统运行更加精确，避免了因运行引起的故障。
        3.3制动系统
        制动系统的主要部件包括PLC装置、继电器和手动制动装置。制动系统的功能包括：当运行过程中出现故障或线路断开时，可通过采集的数据和系统分析来进行限速等保护动作；根据设备的运行位置，不能采取制动方式，以保证车辆的安全操作过程中的设备。
        4交流提升机的加速改造
        可控硅具有体积小、重量轻、效率高、寿命长、操作简单、维护方便等优点，应用范围广。八段式电阻元件的接触器装置包括8组晶闸管装置。当一组设备连接后，它在系统中变回断开状态。并在操作过程中给予指导，提高操作的准确性。当设备加速时，通过设定的程序进行调整和控制，并发出指令消除8个短路电阻，从而实现设备的加速功能。当设备需要减速时，系统会发出相应的程序，并在系统中加入相应的阻力来完成减速过程。
        结束语
        矿井提升机是煤矿生产中不可缺少的提升设备。在实际应用中，由于矿井提升系统设备陈旧，控制系统落后，出现了故障率高、能耗高、提升效率低等问题。为了改善上述问题，从钢桶结构、电气控制系统和PLC控制系统改造实现原提升机控制系统的自动化改造。改进后的提升机控制系统具有节约提升成本、提高安全系数和生产效率的特点，为进一步提高综采工作面的开采效率奠定了基础。
        参考文献：
        [1]何晓群.矿井提升机调速和控制系统的发展[J].工矿自动化，2019，35（7）：121-125.
        [2]彭佑多，张永忠，刘德顺，等.矿井提升机的安全可靠性分析与设计[J].中国安全科学学报，2018，12（6）：29.
        [3]王致杰，王耀才，李冬.基于小波网络的矿井提升机运行故障趋势预测研究[J].中国矿业大学学报，2017，34（4）：528-532.
        [4]周孟然，吴永祥.基于红外激光定位技术的矿井提升机位置跟踪系统的研究[J].煤炭学报，2019，27（6）：658-660.
        [5]张德坤，葛世荣，熊党生.矿井提升机用提升钢丝绳的微动磨损行为研究[J].摩擦学学报，2017，21（5）：362-365.