方建中
开滦股份范各庄矿业分公司，河北 唐山 063100
摘要：近年来，我国的煤矿工程建设的发展迅速，为了确保矿井安全提升，设计了煤矿提升机制动系统电控装置。基于液压制动特性，研究了电控装置硬件和软件系统，硬件方面主要分析了传感器装置、人机交互界面、恒减速制动控制卡、PLC和电源的选型和设计;软件方面主要研究了系统状态显示和故障处理功能流程、安全制动功能流程及人机界面的主界面设计。研究为确保煤矿提升机制动系统安全可靠运行提供了技术支持。
关键词：煤矿主提升机；制动控制系统；研究
引言
煤矿提升机电控系统为成套设备，在煤矿生产中时常出现故障，电控系统仅采用上位机对故障进行指示及记录，某一个故障发生往往引起其他故障相继发生，但是上位机软件采集数据的速率有限，致使低于采集周期发生的故障无法判断其发生的先后顺序，导致一但电控系统发生故障，上位机监视报警系统出现多条故障记录，现场技术人员极难及时处置。煤矿上位机报警信息仅在提升机厂房内看到，副矿远离主矿，管理者或者专业维护人员很难远程实时获取现场的详细状态信息，造成了管理、技术支持与现场的信息不对称，严重影响生产效率的提升。针对此问题，煤矿在现有电控系统监控系统基础之上，引入故障处置专家系统，实现故障自动智能诊断，通过故障处理专家系统，实现故障诊断的智能化、傻瓜化，有效提高副矿提升机电控系统故障处置效率，对煤矿生产作业产生了显著的积极作用。
1 煤矿提升机电控系统故障特点及分类
提升机电控系统较为复杂，涉及到高压系统、直流回路系统、PLC系统等多个系统，因此导致故障现象与故障类型之间存在复杂联系，具体可概括为:复杂性、层次性及相关性，具体如下:1)复杂性。一个故障现象可对应多种故障类型，一个故障类型对应多种故障现象;工况改变后，故障类型与故障现象之间的关系可能发生变化;故障的各种现象不一定能够完全掌握。2)层次性。故障往往由低层次向高层次发展，比如由报警故障发展为停机故障。3)相关性。提升机故障往往是几个故障同时发生，并且存在一定联系和影响。煤矿提升机电控系统故障根据子系统可划分为七大类:操作监视系统故障、低压电源系统故障、调节整流系统故障、信号系统故障、PLC柜故障、直流回路系统故障及高压系统故障。每一大类又细分众多小类故障，由于数量众多便不一一介绍。梳理故障类型、故障现象及故障间关系是建立故障分析及处理专家系统的基础，知识库、推理机及解释机构便是据此搭建，一定程度上此项工作决定了专家系统的准确性及实用性。
2 提升机恒减速制动控制系统的结构要求
为了减轻制动过程的冲击，缩短制动距离，恒减速制动系统在提升机中得到越来越多的应用。目前国内安全制动控制系统采用电液比例方向阀作为核心元件，且工作制动与安全制动设计为两条独立的回路，控制系统回路复杂。当液压站油泵不能正常工作时，使用蓄能器提供制动油压。有些恒减速制动液压系统在不同的工作模式全部采用自动控制模式，未能设置可人工手动干预的安全制动模式，降低了安全系数。针对目前应用的恒减速制动系统的缺点，设计新结构的提升机恒减速制动控制系统，采用安全、可靠、稳定的电液比例溢流阀作为控制系统的核心部件，其压力受流量的影响微小，且与输入控制信号比例呈线性关系，可精确调节其他控制阀的压力。同时，减少不同工作模式的控制元件和控制回路，降低制造成本和检修难度；改进供电模式，建设新型电网，保证煤矿电力持续稳定地供应，防止大规模停电停工现象出现，并配套相应的紧急电源和临时电源，保证制动系统在工作时油泵正常稳定地提供油压，当出现意外事故时，备用电源可以保证控制元件正常工作；控制系统中增加手动制动模式，并设计两级安全制动方式，提高恒减速制动系统的可靠性和安全系数。
3 专家系统搭建
专家系统搭建主要涉及知识库设计、推理机设计及解释器设计三大关键模块，现详细介绍煤矿提升机电控系统故障分析及处理专家系统三部分设计。
3.1 知识库设计
知识库的建设涉及到三个方面:知识获取、特征参数提取及特征描述。专家系统知识库是专家系统判断的基础，故障数据传输到专家系统后需要与知识库比对才能得出准确的判断，因此知识库关系着专家系统的灵敏度及准确度。煤矿专家系统知识库知识获取采用非自动获取知识方法，因此知识库需要根据需要由管理员不断维护，因为提升机电控系统故障处理专家系统相比较于其他专家系统相对简单，此种方法更容易实现，系统维护更简单。特征参数及特征描述本质上是对故障现象特征的描述，比如电流幅值、电流均方根值、电流变化率等参数可归为特征参数，电流增长较快、电流增长慢等描述可归为特征描述。两者直接决定了专家系统的灵敏度及准确度，在专家系统建设时需做细致、准确。
3.2 推理机建设
推理机建设本质上是确定专家系统决策思路，梳理煤矿提升机历年故障案例发现:提升机电控系统故障具有很高的重复性，即故障重复发生，常见故障20余种。因此煤矿提升机电控系统故障处理专家系统选择基于案例的推理方法。1)选取当前故障S的核心特征;2)从故障案例知识库中选取与故障S核心特征相似的故障案例;3)根据设定的算法计算匹配相似度;4)给出相似度最高的三种故障案例及处置思路(不超过三个的，以实际数量为准)。
3.3 解释器建设
解释器用于解析、记录专家系统故障诊断过程及结果，煤矿提升机电控系统故障处理专家系统采用预制文本的方法，跟踪专辑系统故障诊断过程及最终结果，并一一记录，便于管理员和现场技术人员查阅、调用，同时根据记录可追溯专家系统潜在问题，并及时修正、维护。
3.4 恒减速制动系统控制策略
新的恒减速制动系统设置了电液比例溢流阀，并将其作为核心部件。制动油缸压力可通过电磁换向阀将油泵或蓄能器作为动力源，设计独立恒减速制动油压调整回路，由电磁换向阀和先导溢流阀共同完成控制过程。提升机在系统故噶生障时启动手动制动模式，采用手动方式调整换向阀完成安全制动。提升机正常工作时采用油泵供油，实现恒减速制动。具体流程为：系统发出速制动信号后，电磁阀工作开启，制动器液压缸通过先导式溢流阀泄压回油，闸瓦逐渐和制动盘产生接触，当达到预设值后，电液比例溢流阀控制油泵实现恒减速制动。工作制动回路主体结构包括油箱、电泵、电液比例溢流阀、液动换向阀和电磁换向阀，并采用“一备一用”冗余结构设计，提高其安全性。煤矿提升机在正常工作时，电泵产生油压，通过回路中控制阀门向制动器油缸提供动力，电液比例溢流阀对液压回路系统的压力进行精确控制，调节制动力矩。提升机在安全制动模式时，根据不同工况由电泵或蓄能器提供回路油压。在电力供应正常时，选择稳定的油泵提供安全制动油压，完成安全制动过程；当电泵发生故障时，电磁换向阀换向选择蓄能器，保证恒减速安全制动的顺利实施。增加恒减速制动系统手动制动模式，当煤矿提升机操作者发现运行存在问题或系统失控时，可立即操作手动拨杆启动安全制动。
4 结语
通过对煤矿提升机液压制动特性的分析，设计了电控装置硬件系统和软件系统，硬件主要由传感器装置、人机交互界面、恒减速制动控制卡、PLC和电源组成;软件系统主要包括PLC程序、恒减速制动卡程序和人机交互设备界面等。研究为煤矿安全提升提供了技术支持。
参考文献:
［1］贾慧慧．矿井提升机常见故障及诊断探析［J］．煤，2017，26(7):62－63．