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工作面提升機節能電氣控制系統的改造

文檔作者：李瑞霞文檔來源：陽煤集團一礦機電工區		點擊數：	更新時間： 2025年10月05日
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上一篇：刮板輸送機多電機運行控制研究

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引言
綜采工作面的采煤機、掘進機、輸送機以及提升
機等設備均屬于大型設備，其耗電量也非常巨大。因
此，應盡可能降低每個設備的耗電量將能從一定程
度上實現節能減排的目的[1-2]。提升機作為將物料、
設備或者作業人員運送至地面的關鍵設備，其耗電
量在煤礦總耗電量中所占比例較大。因此，完成對礦
井提升機的節能改造是綠色生產的基礎。本文將以
某礦提升機為研究對象，從電氣控制方面完成對其
的節能改造。
1 礦井提升機現狀分析
經研究發現，造成提升機耗能較大的主要原因
為目前的提升機控制系統并不能夠根據其工況對其
提升速度進行實時調控，導致出現大馬拉小車的情
況出現。此外，目前我礦提升機一旦出現事故或者意
外的情況下缺乏相應的報警功能，且其保護功能不
能滿足《煤炭安全手冊》的相關規定[3]。
鑒于上述問題，為了確保綜采工作面的安全生
產，提升工作面煤炭開采效率，急需對我礦提升機的
電氣控制系統進行改造，保證改造后的提升機在能
夠完成正常生產任務的同時達到節能減排的目的。
2 礦井提升機電氣控制系統的硬件改造
在實際生產過程中，根據提升機負載重量的不
同可分為重載和輕載；提升機電機的運行狀態包括
有減速、加速、勻速三種狀態。根據《煤炭安全規程》
的相關標準，要求提升機電氣系統滿足如下要求：
1）當提升機的負載為貨物時，在加速、減速階段
其加速度不能大于1.2 m/s2；當提升機的負載為作業人
員時，在加速、減速階段其加速度不能大于0.75 m/s2。
2）要求提升機能夠在重載情況下平穩啟動；
3）要求提升機具有較高的機械性能，即使提升
機的負載重量發生變化，但是要求提升速度不變。
改造后提升機電氣控制系統結構框圖如圖1所示：
如圖1 所示，監控系統的主要功能是對提升機
電機速度及運行位置、速度的實時監控；主控系統的
主要功能是根據監控系統采集到各部件的實時運行
狀態對電機轉速進行實時控制，其中的調速系統為
實現電氣節能控制系統的關鍵。
3 控制系統安全性能的改造
提升機的運行安全性是煤炭安全生產的關鍵。
PLC 控制器的正常運行是保障提升機安全運行的基
礎。為了確保PLC 在生產過程中能夠正常運行，對其
供電端采用雙電流供電設計。改造后的PLC 供電電
流如圖2 所示：
如圖2 所示，PLC 電源供電一路為供電電路，另
一路為備用電路。當供電電路出現故障時，由備用電
路供電。圖2 中的高壓換向柜動力切換柜的主要功
能是為提升機電機的定子繞組供電。
4 提升機調速系統的改造
通過上述分析可知，對當前礦井提升機電氣控
制系統改造的著手點為對現有提升機調速控制系統
的改造。目前應用較為廣泛且相對程度的調速控制
系統主要包括有：直流調速和變頻調速。
工作面提升機節能電氣控制系統的改造
李瑞霞
（陽煤集團一礦機電工區， 山西陽泉045008）
摘要：在分析調速理論和控制理論的基礎上，提出將交流變頻調速和PID 控制技術應用于提升機電氣系統改
造中的思路，并完成了對兩項關鍵技術參數的選型設計。改造后取得了較好的節能效果。
關鍵詞：提升機PID 變頻調速節能控制
中圖分類號：TD63+3 文獻標識碼：A 文章編號：1003-773X（2019）11-0175-02
收稿日期：2019-09-24
作者簡介：李瑞霞（1985—），女，本科，畢業于太原科技大學，
機電工程師。
DOI:10.16525/j.cnki.cn14-1134/th.2019.11.074
總第199 期
2019 年第11 期
機械管理開發
MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT
Total 199
No.11，2019
圖1 改造后的提升機電氣控制系統結構框圖
操作臺
遠程終端
輔助系統
主控系統
監控系統
液壓站
調速系統
主機設備
主電機
圖2 改造后PLC 供電電路
高壓饋電開關動力柜
備用電源
高壓換向柜動
力切換柜
實踐與應用
由于直流調速需要為提升機系統配備直流電動
機和其他輔助零部件，成本相對較高。因此，本文將
交流變頻調速的概念應用于電氣控制系統的改造
中。提升機調速系統改造的核心為變頻器的選型和
調速控制策略的設計。
對提升機電氣控制系統的節能改造的宗旨為：
系統能夠根據提升機的實際工況實時平滑調節其運
行速度。變頻調速原理如式（1）所示：
n=60f（1-s）/p . （1）
式中：n 為提升機電機的轉速，f 為電機頻率，s 為轉
差率，p 為提升機電機的極數。
礦井提升機節能電氣控制系統的改造中變頻器
將直接決定最終的控制效果。因此，變頻器的選型尤
為重要。結合我礦提升機電機的額定功率為220
kW，電子電流為472A，本次改造最終所選用的變頻
器型號為GH98-22-472。
礦井提升機節能電氣控制系統是否能夠達到節
能的效果，不僅與變頻器相關，還與其所設計的調速
控制策略相關。合適的變頻調速控制策略能夠控制
提升機達到最佳的控制效果，即在完成生產任務的
同時還能夠最大程度達到節能的目的。綜合考慮各
類控制策略，PID 控制器由于其結構簡單、控制精度
高等被廣泛應用[5]。因此，針對提升機變頻調速采用
PID 控制器。PID 控制器的控制原理如式（2）所示：
u（t）=Kp（e（t）+ 1
KI
t
0 乙e（t）dt+ KDde（t）
dt ）. （2）
與其對應的PID控制器的傳遞函數如式（3）所示:
GPID（s）=Kp+ 1
KIs +KDs . （3）
根據Simulink軟件搭建提升機電氣控制仿真模
型，對式（3）中的KP 、Ki 以及KD 進行整定優化。最終
得打三個參數值分別為：KP=0.001；KI=0.65；KD=0.02。
5 提升機節能效果分析
將上述改造完成后提升機電氣控制系統應用于
我礦的實際生產中，則改造后礦井提升機提升一次
物料所耗能如式（4）所示：
W=
1.02vm
T
0 乙Fdt
濁j濁d
. （4）
式中：F為不同時間段提升機的牽引力；vm為提升機
的最大提升速度，取2.5 m/s；濁j為該提升機系統中減
速器的效率，取濁j=0.85；濁d為提升系統中電機的效
率，取濁d=0.92。
基于對該提升機運動學及動力學分析，將一次
提升周期分為四個運動階段，各個階段提升機的平
均牽引力及持續時間如表1 所示：
則
T
0 乙Fdt=66 447×20+399 394×78+14 381×
15+23 894×3=4 731 579 N·s。
經計算可得，提升機每提一次貨物所消耗的能
量W=1.54×107 J。
由于該提升機正常運行時一次性提升貨物質量
m=2 t。則，改造后提升機提升每噸煤炭所消耗的電
能W1= W
m =1.54×107 J/2t=0.77×107 J/t。
預計我礦每年提升貨物的質量為1 000 000 t，
則改造后每年提升機消耗電能W2=0.77×107 J/t×
1 000 000 t=7.7×1012 J。
改造前，提升機每年消耗電能W3 =11.4×1012 J。
改造后，提升機的節電率的計算如下：
濁= W3-W2 W3
=32%.
可見，改造后提升機具有顯著的節能效果。
6 結語
將交流變頻調速技術應用于提升機的電氣控制
系統中能夠實現對提升機提升速度的實時控制。此
外，PID 控制策略在提升機變頻調速控制系統中應
用能夠實現提升機的平滑調速，無超調量。將PID 變
頻調速控制系統應用于提升機的實際生產中具有顯
著的節能效果，改造后每年提升機消耗電能為7.7×
1012 J，節能效果為32%。
參考文獻
[1] 王安山，牛秀金，劉竟雄.礦井提升機電氣控制系統的發展[J].
工礦自動化，1992（2）：52-57.
[2] 陳德航.煤礦提升機電氣控制系統的技術改造[J].煤炭技術，
2013，32（7）：56-58.
[3] 閆桂生，王濤，李振新.煤礦提升機電氣控制系統的技術改造
[J].煤礦安全，2000，31（10）：16-16.
[4] 徐方立，張懷房，王猛，等.JK型提升機電氣保護的幾點改進
[J].煤炭技術，2004，19（11）：27-28.
[5] 王震生，楊桂娟，等. 淺議煤礦提升機的自動化控制[J].煤炭技
術，2013，32（5）：49-50.
（編輯：何方欣）
運動狀態平均牽引力/N 持續時間/s
加速66 447 20
勻速39 939 78
減速1 14 381 15
減速2 23 894 3
表1 不同階段提升機受力及持續時間
（下轉第247頁）
機械管理開發 第 34 卷
·176· jxglkfbjb@126.com
業控制計算機，2011，24（2）：88-88.
[3] 陳辰.礦井中央水泵房自動化排水系統的設計[J].科研，2015
（1）：67-67.
[4] 劉紅英. 煤礦主排水系統自動化控制研究[J]. 煤礦機械，
2018，39（4）：27-28.
[5] 李春光.礦井排水系統自動化改造設計與應用[J].煤炭科技，
2016（1）：74-76.
[6] 朱文軍，王才，韓小慶，等. 淺談礦井排水自動化監控系統的應
用[C]//中國煤礦信息化與自動化高層論壇，2010.
（編輯：何方欣）
Design of Electrical Automation Control System for Fully-
Mechanized Mining Face Drainage System
Wang Ruixue
（Production Technology Department of No. 1 Mine, Yangquan Coal Mine Group,
Yangquan Shanxi 045000）
Abstract: The reliability of drainage system directly determines the safety of working face, coupled with the continuous
advocacy of the concept of energy saving and emission reduction. Therefore, taking the central pump room of Yangshan
Coal Mine as the research object, an automatic drainage control system suitable for its field situation is designed, and
the final energy saving effect is verified.
Key words: coal mine; working face; drainage; energy saving; automation
Transformation of Energy-saving Electric Control System of
Working Face Hoist
Li Ruixia
（No. 1 Mine of Yangquan Coal Mine Group, Yangquan Shanxi 045008）
Abstract: On the basis of analyzing the theory of speed regulation and control theory, the idea of applying AC
frequency conversion speed regulation and PID control technology to the transformation of electric system of hoist is put
forward, and the selection design of two key technical parameters is completed. Finally, the reformed electrical control
system is applied to the actual production, and good energy saving effect is obtained.
Key words: hoist; PID; variable frequency speed regulation; energy saving; control
（上接第176頁）
Research on Automatic Matching and Energy Saving Technology of
Belt Conveyor Transportation Coal Quantity
Shi Yonggang
（Guandi Coal Preparation Plant, Shanxi Coking Coal Xishan Coal Power Group Co., Ltd.,
Taiyuan Shanxi 030022）
Abstract: Aiming at the running state of the belt conveyor in the coal preparation plant for a long time and
under-load, the automatic matching control algorithm is put forward, that is, according to the real-time coal quantity
transported by the belt conveyor, the belt speed is automatically adjusted, so that the coal conveying quantity and the
belt speed match the best, So as to achieve the purpose of energy conservation and efficiency enhancement. On the
basis of the composition and working principle of the analysis system, the hardware analysis and software design are
carried out, and the designed scheme is used for industrial test. The results show that the automatic matching control
algorithm can reduce the average running speed and current of the belt conveyor. And the power supply and energy
consumption are reduced, and the work efficiency is improved by 116.1%.
Key words: PLC controller; frequency converter; automatic matching; conveyor; energy saving
（上接第191頁）
2019 年第 11期 王瑞雪：綜采工作面排水系統電氣自動化控制系統的設計 ·247·

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