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煤矿提升机提升位置的精确指示与控制

摘要：随着大型、特大型矿井的设计，其装备的提升机配套功率增大。同时，

近年来，我国煤矿采煤机械化程度逐渐走高。对于煤矿安全生产中的一些关键设

备，例如煤矿提升机提升位置指示器，需要对提升容器运行位置进行精确指示。

煤矿提升机提升位置指示器是一种用来指示提升机罐笼等提升容器在提升井中状

态的仪器，也是提升机的重要组成部分。

关键词：煤矿提升机；提升位置；指示控制

引言

目前，国内的煤矿提升机提升位置指示器为牌坊式深度指示器和圆盘深度指

示器。它们的信号都是从主轴直接获取，以此推测提升容器的位置，然后通过自

整角机来调控其运动的位置。这种控制方式误差较大、精度不足，不仅威胁到生

产效率，更是埋下了很多的安全隐患。磁偶式无杆气缸具有定位精度高、安装方

便、构造简单、价格低廉等优点，因此非常适用于驱动煤矿提升位置指示器的运

行。目前，影响气动位置伺服控制精度的主要因素是：气动系统的非线性特性，

主要表现在比例方向控制阀质量流量方程的非线性、系统数学模型的非线性与磁

偶式无杆缸运动时摩擦力的非线性；合适的控制策略，合适的控制策略可以对气

动系统数学模型误差进行弥补，且可以进一步提高气动伺服系统的位置控制精度。

为了提高气动系统的位置控制精度，学者们一般将气动系统的数学模型进行线性

化。但如果模型的运动距离与最初预定的工作范围相差较大时，其设计与分析就

失去了意义。

1数智化无人操控技术

1.1智能检测监控技术

①提升机闸间隙监测保护采用高可靠性位移传感器在线实时采集闸间隙数据，

将数据信号传输到PLC控制箱。PLC控制箱由可编程控制器、信号变送器、中间

继电器、安全栅等组成，完成对间隙数据信号的变换、放大，将各个盘形闸间隙

值在显示屏上显示出来。由PLC测算出相应盘闸的状态，与无故障设定值进行比

较，判断识别各个盘形闸是否存在闸瓦磨损或弹簧疲劳等故障现象，在故障状态

时发出报警并保存报警记录。②提升机实时检测诊断系统在提升机主电动机、减

速机及卷筒固定位置设置监测点，实时监测电机、减速机、主轴的振动和温度，

并实现对轴承振动信号诊断分析、变化趋势分析、频谱分析、包络谱分析等离线

分析功能，在操控台显示屏上实时显示运行值，在超出限值时报警或发现停机信

号并自动生成诊断报告。③门禁和人员闯入系统在斜巷每水平车场口位置安装矿

用红外热释电传感器和声光报警仪，人员闯入时，由传感器触发断电延时继电器，

随后各水平车场口声光报警仪工作，提示、阻止人员在行车过程中进入行车巷道。

在提升机房设置门禁设备，包括人脸/虹膜识别系统和密码输入系统。对于在录

入库的人，门自动打开，并自动记录进入记录；不在录入库的人请求远程开门时，

按下可视对讲门禁主机上的对讲按钮，可视对讲门禁主机启动语音通信呼叫，自

动呼叫地面中心管理主机，并响起呼叫提示音乐，同时启动视频采集并同步传送

视频图像。

1.2冗余PLC控制技术

提升机电控系统采用2套西门子S7-1500作为主控单元：一套作为主控PLC，

完成提升过程的控制，完成与提升信号系统的联锁控制，完成与液压制动以及润

滑系统的联锁控制，和硬件安全回路共同构成提升机的软硬双重保护；另一套作

为数字监控系统，自动生成位置－速度包络线曲线，完成绞车的速度、位置监控，

且当主控PLC故障时，可替代完成提升控制。2套PLC各用1个转速传感器检测

提升机的位置、速度信号，两者实时进行比较，实现等速超速、定点超速、减速

超速、限速保护的双线制。

2监控系统

监控系统采用上位机形式，上位计算机与PLC网络通信，在调试期间可作为

PLC的编程器，在设备正常运行期间起到监控的作用，提供实时显示、记录、报

表等，配有WinCC软件平台、全汉字界面。监控软件实现以下功能：提升机系统

动静态画面生成；具有对提升机系统发生的轻重故障进行诊断和保存，实现综合

后备保护功能；能显示故障发生的位置、时间、原因以及故障前的有关数据参数，

对深度、速度实时值，提升种类，信号情况进行实时显示并记录，相当于飞机上

的“黑匣子”。

3PLC控制

PIC控制编程部分是整个提升机的灵魂，对机器的稳定运行起着决定性作用。

选用德国西门子S7-1500型PLC的主要原因是该设备运行稳定、操作简单易懂，

在市场上备受欢迎，应用较广。该系统是实现指令传输和实时监控的重要控制平

台，其工作原理是通过PLC的指令控制和监控系统使煤矿提升机的运行路线沿S

形曲线合理运转。使用光电