文献综述

摘要

矿井提升机是重要的矿山设备之一，它肩负着井上，井下联系的重要任务在整个矿井中占有非常重要的地位。由此可见，解决提升机行程、速度监视问题，是防止提升机严重事故的关键。但目前，国内矿山大多采用机械式装置监测提升机的提升速度和行程，但此类设备精度不高，可靠性差，维护量大，这些都与煤矿的安全形势和采矿业的发展不相适应。针对这一现状，开发一套简单、适用的监控系统是非常必要的。

本文从煤矿工业现场的实际情况出发，通过对矿井提升系统和矿井提升机监控系统功能的综合分析，提出了完整的设计方案。选用实用测量方法测量钢丝绳张力、选用激光测距的方式精确的确定提升机的位置、选用适当的传感器监测提升机速度及制动系统温度。在硬件设计上系统采用了微控制器AT89S52作为主处理器，软件采用单片机汇编语言编制，由主程序和若干个子程序构成。设计中充分考虑到监控系统恶劣的使用环境，使整机性能稳定。系统对各个传感器产生的脉冲信号进行采样，由主处理器进行计算、判断，结果送入显示。当提升过程中出现超速等故障时，实现安全制动。

本文对矿井提升机监控系统的设计进行了全方位考虑，能基本满足矿山生产的需要，达到了预想的效果，今后的任务是要在此基础上对系统进行完善。1.传统矿井提升机的现状和问题及走向

传统的矿井提升机大多数采用绕线型异步电动机转子串电阻的交流调速系统，这种方法初期投资少，维护容易。但是这些提升机都是上个世纪60年代到70年代的产品，各项保护都采用机械机构与继电机的材料在性能上容易被破坏。使电机在运行中不明原因的故障增加。修理人员在修理时无从下手，从而增加了修理难度，电机的使用寿命也会严重降低，在可能的条件下最好不要采用。随着PLC 技术日臻成熟地出现，给矿井提升机电气控制系统的发展提供了稳固的安全保障。矿井交流提升机电气控制系统由20世纪60-70年代直流发电机组调速，到20

世纪80-90年代晶闸管可控硅动力制动装置，再到进入21世纪矿井提升机电气控制系统采用PLC控制技术替代传统继电-接触器控制方式历经40年的发展变化，矿用提升机自动控制系统已经取得了飞跃的发展。

，传统提升机的保护基本上是单线保护，一旦某项保护装置因任何原因而失效，提升装置即失去该项保护，从而导致事故。显然，如果每项保护都是双线的，即每项保护都有两套相互独立的保护装置，一旦一套保护装置失效，另一套保护装置可以继续发挥保护作用，保护的可靠性就必然得到提高，提升装置的安全运行水平也就相应得到提高。基于这一优点，有些国家，例如英国国家煤炭局就要求所有的缠绕式和摩擦轮式提升机安装机械和电子双重连续保护装置。我国原煤炭工业部提出增设后备保护这一措施，其目的也是要使我国矿井提升装置的保护走向双线制，以改善提升安全运行状况。而提升机综合后备保护装置是在提升机原有保护功能上新增加的一套综合后备自动保护装置，能使电控系统中的深度指示器部分纳入双线并行工作，且相互独立，使提升机的保护形成了双线，提高了安全性能。

我国早期投产的煤矿中，其提升机控制核心采用继电器为主要控制元件，存在触点多、接线复杂而导致可靠性不高、维护困难等弊病。可编程控制器PLC由于具有抗干扰能力强、适应性强、性价比高、性能稳定等特点，就成了最好的选择，它不仅可解决继电器控制系统无法克服的弊病，同时能与上位机进行通信，实现计算机对煤矿的监控，在国内外工业控制领域得到了广泛的应用。利用现代工业计算机技术(可编程控制器PLC)对提升机的运行状态进行连续快速的检测，并将测量的提升机或绞车运行瞬时参数与微机内的标准参数相比较．进而对提升机加速段、等速段、减速段、爬行段、井口的卡箕斗、过卷及深度指示器的运行状况进行实时监测保护，并且具有提升信号硅示、寄存、方向闭锁、提升钩数累计等功能。提升容器运行到每一深度的时间及对应的瞬时速度都能够

记录，当它们超过允许值时进行保护。

2. 国内外提升及研究状况

近三十年来，国外提升机机械部分和电气部分都得到了飞速的发展，而且两者相互促进，相互提高。起初的提升机是电动机通过减速器传动卷筒的系统，后来出现了直流慢速电动机和直流电动机悬臂安装直接传动的提升机。上世纪七十年代

西门子发明矢量控制的交一直一交变频原理后，标志着用同步电动机来代替直流电机实现调速的技术时代已经到来。1981年第一台用同步机悬臂传动的提升机在德国Monopol矿问世，1988年由MA VGHH和西门子合作制造的机电一体的提升机(习惯称为内装电机式)在德国Romberg矿诞生了，这是世界上第一台机械和电气融合成一体的同步电机传动提升机。在提升机机械和电气传动技术飞速发展的同时，电子技术和计算机技术的发展，使提升机的电气控制系统更是日新月异。早在上世纪七十年代，国外就将可编程控制器(PLC)应用于提升机控制。上世纪八十年代初，计算机又被用于提升机的监视和管理。计算机和PLC的应用，使提升机自动化水平、安全、可靠性都达到了一个新的高度，并提供了新的、现代化的管理、监视手段。特别要强调的是，此时期在国外一著名的提升机制造公司，如西门子、ABB、ALSTHOM都利用新的技术和装备，开发或完善了提升机的安全保护和监控装置，使安全保护性能又有了新的提高。

就在国外科学技术突飞猛进发展的时候，我国提升机电控系统很长时间都处于落后的状况。直到目前为止，我国正在服务的矿井提升机电控系统大多数还是转子回路串金属电阻的交流调速系统，设备陈旧、技术落后。国产提升机安全性、可靠性差，在关键部位—上下两井口减速区段没有配套的有效的速度监视装置，就提升机控制技术而言，依然是陈旧的，和国外相比，我们存在很大的差距。

矿井提升系统的类型很多，按被提升对象分:主井提升、副井提升;按井筒的提升道角度分:竖井(如图1.1所示为竖井井架设备)和斜井;按提升容器分:箕斗提升、笼提升、矿车提升;按提升类型分:单绳缠绕式和多绳摩擦式等。我国常用的矿用提升机主要是单绳缠绕式和多绳摩擦式。我国的矿井与世界上矿业较发达的国家相比，开采的井型较小、矿井提升高度较浅，煤矿用提升机较多，其他矿(如金属矿、非金属矿)则较少。因此在20世纪60年代开始单绳缠绕式矿井提升机采用较多。

目前我国提升机90%以上均采用交流绕线式异步电动机的拖动方式，其电控系统用于单绳缠绕式提升机的有TKD系列，多绳磨擦式提升机的有JKM、幻J系列。这几种提升机通常在电动机转子回路中串接附加电阻进行起动和调速。串电阻调速是一种恒转矩调速方法转子功率的损耗随着串入的电阻的增大而增大。尽管转子串电阻调速方法很不经济，低速特性也很软，稳定性差，但是由于这种调速方