煤矿主提升机制动控制系统的研究.pdf

引言 提升机是用于联系地面和井下的通道，主要负 责物料和人员的运输， 是矿山核心设备之一， 对确保 煤矿运输安全具有十分重要的意义。矿井提升机在 工作过程中主要采用恒压力制动的方式进行制动控 制， 但在特殊工况或者紧急制动的情况下， 目前的控 制方案存在着制动及时性差、 速度慢的缺陷， 给提升 作业安全造成了一定的隐患，而且由于采用了开环 控制模式、 制动力矩恒定， 无法根据运输工况进行灵 活的调整， 随着矿井提升作业向着高速、 重载方向的 发展， 目前控制方案下提升机在运行过程中的震动、 冲击现象越发严重，给煤矿的运输安全造成了严重 的影响[1]。因此本文利用仿真分析系统对钢丝绳提 升机的恒减速制动特性进行研究。 1基于闭环控制的恒减速制动原理 提升机的恒减速制动系统的整体结构如图 1 所 示， 该控制系统采用了双回路制动控制模式[2]， 能够 有效提升子系统的制动安全性，同时在该制动系统 中引入了闭环控制的逻辑，利用测速传感器实现对 提升机提升滚筒运行速度的连续性监测，将监测结 果实时传递到制动调节控制器内，从而实现对提升 机提升速度的连续性闭环控制。为了满足在正常制 动和紧急制动情况下的恒减速制动控制，建立了制 动压力传感器和液压控制系统的电磁比例溢流阀之 间的闭环调控逻辑[3]， 根据不同的控制需求实现对 电磁比例溢流阀调整电磁信号的控制，满足对制动 压力的调整，同时根据制动减速情况进一步地对电 磁比例溢流阀的电磁控制信号进行反馈控制调整， 实现恒减速制动控制，有效降低在制动过程中的稳 定性， 减少对提升机系统的冲击。 2钢丝绳提升机仿真分析模型的建立 钢丝绳作为提升机的关键零件，其特性对矿井 提升机的运行稳定性具有较大的影响，传统对钢丝 绳的建模均采用了钢体建模方案，与实际差异性较 大， 为实现对提升机制动控制系统的有效控制， 本文 提出了一种新的开尔文钢丝绳建模方案，其结构模 型如下页图 2 所示[4]。 由图 2 可知，该结构模型主要包括弹性元件和 黏性元件构成，在外部提升平台重量 M 的作用下， 弹性元件 k 和黏性元件 b 的应变一致，此情况下元 件的总应力为弹性元件和黏性元件的应力和，可表 示为[5] 着着H 着 N， 滓滓H 滓 N. 根据胡可定律可知 滓Hb着H， 滓Nb着N. 式中 着 为钢丝绳应变量； 着H为弹性元件应变量； 着N 煤矿主提升机制动控制系统的研究 张杰勋 （晋煤集团长平公司机电工区， 山西晋城048411） 摘要 通常情况下， 矿井提升机的运行采用恒压力制动系统进行控制， 当出现紧急制动情况时无法满足快速、 安全的制动要求， 而且目前的恒压力控制逻辑也存在着控制精确性差、 制动时震动冲击强烈， 给煤矿井下生产安 全造成严重的影响。基于此， 采用仿真分析系统对提升机的恒减速制动特性进行研究， 建立了制动控制仿真分析 模型， 对制动过程进行优化分析， 结果表明， 采用模糊 PID 控制算法能够有效增加提升机制动控制系统的控制精 度和稳定性。 关键词 提升机制动系统PID 控制 中图分类号 TD534文献标识码 A文章编号 1003-773X （2020） 06-0065-02 收稿日期 2019-12-30 作者简介 张杰勋 （1986） ， 男， 本科， 机电助理工程师， 研究方 向为煤矿主通风机、 矿山提升机、 矿山排水自动化。 DOI10.16525/14-1134/th.2020.06.028 总第 206 期 2020 年第6 期 机械管理开发 MECHANICALMANAGEMENTANDDEVELOPMENT Total 206 No.6， 2020 图 1基于闭环控制的恒减速制动原理 测速发 电机 控制 器 机械分析与设计 第 35 卷 机械管理开发 jxglkfbjb 为阻尼器的应变量； 滓 为钢丝绳应力； 滓H为弹性元件 应力； 滓N为阻尼器应力； k 为弹性元件的刚度系数； b 为黏性元件的阻尼系数。 通过对上式联合建立提升本构方程并求解， 可 获得钢丝绳在运动过程中的动力学方程为 着 滓0 k （1-e -kt b ）. 3基于模糊 PID 控制的制动特效仿真 利用 SimulationX 仿真分析软件建立提升机提 升控制系统的仿真分析模型，将钢丝绳在运动过程 中的动力学方程带入到该仿真分析逻辑控制编辑器 内，对钢丝绳在不同工况下的制动情况进行仿真分 析， 结果如图 3 所示， 图中速度 1 表示采用模糊 PID 控制逻辑，速度 2 表示采用传统的恒压力制动控制 模式。 由图 3 可知，该工况为提升机制动时的速度为 10 m/s， 负载重量为 5 000 kg， 制动时的制动减速度 为 1.25 m/s2， 由仿真分析结果可知， 当采用传统控制 方案时， 在制动瞬间速度出现了极大的波动， 会使制 动系统产生较大的冲击。当采用优化后的模糊 PID 控制时， 制动时速度基本上无波动， 能够有效提升提 升机在制动过程中的稳定性和可靠性，增强提升机 的使用寿命。 4结论 1） 该控制系统采用了双回路制动控制模式， 在该制动系统中引入了闭环控制的逻辑，利用测 速传感器实现对提升机提升滚筒运行速度的连续 性监测； 2） 利用开尔文钢丝绳建模方案， 建立钢丝绳运 动时的动态模型，能够有效提升仿真分析结果的准 确性； 3） 用优化后的模糊 PID 控制时， 制动时速度基 本上无波动，能够有效提升在制动过程中的稳定性 和可靠性， 增强提升机的使用寿命。 参考文献 [1]朱云霞， 菅从光， 袁兴.矿井提升机恒减速制动控制系统的研究 [J].煤矿机械， 2007， 28 （2） 121－123． [2]麻慧君， 张国新， 权龙， 等.基于 PID 自整定控制恒减速制动系 统的研究[J].煤矿机械， 2013， 34 （7） 155－156． [3]刘景艳， 郭顺京， 李玉东.基于模糊小波神经网络的提升机恒减 速制动系统的研究[J].工矿自动化， 2010 （6） 40－43． [4]黄家海， 郭晓霞， 权龙， 等.软硬件冗余矿井提升机恒减速制动 系统研制[J].中国机械工程， 2016， 27 （4） 475－478． [5]史书林， 肖兴明．提升机恒减速制动过程的模糊控制仿真研究 [J].煤矿机械， 2010， 31 （8） 80－82． （编辑 贾娟） 图 2开尔文模型结构示意图 图 3不同控制特效下的制动性能曲线 棕 （t） 滓着 b k M 2 4 6 8 10 0 6420810 时间 /s 速度 1速度 1 速度 2 给定速度 Research on Dynamic Control System of Main Lifting Mechanism in Coal Mine Zhang Jiexun （Changping Company Mechanical and Electrical Work Area, Jincheng Shanxi 048411） Abstract The operation of mine hoist is controlled by constant pressure braking system, which can not meet the requirements of fast and safe braking when emergency braking occurs, and the current constant pressure control logic also has poor control accuracy and strong vibration impact during braking, which has a serious impact on the safety of underground production in coal mines. Based on this, the simulation analysis system is used to study the constant deceleration braking characteristics of the hoist, the simulation analysis model of braking control is established, and the braking process is optimized. The results show that the fuzzy PID control algorithm can effectively increase the control accuracy and accuracy of the lifting mechanism dynamic control system. Key words hoist; brake system; PID control 66