一种提升机悬停锁罐张力释放控制装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种控制方法，具体涉及提升机悬停锁罐张力释放控制装置及方法， 属于矿山提升机控制技术领域。
【背景技术】
[0002] 矿井是地下矿山的咽喉，而矿井提升系统是矿山安全生产的重要组成部分。矿井 提升机是矿井井下和地面的联系桥梁，其主要是采用钢丝绳带动容器/罐笼等在井筒中升 降，以完成输送物料或人员的任务，是矿山生产至关重要的大型设备，矿井提升机能否安全 可靠的运行，将直接影响到煤矿生产人员的生命安全和煤矿的生产能力。
[0003] 矿井提升系统的核心设备之一是提升容器/罐笼等，主要承担着物料或人员的上 下井的承载任务，随着我国煤炭行业的高速发展，矿井提升系统的对象呈现深井、重物的发 展态势，因此罐笼也趋于大型化，以满足现代矿井一体式、大型化、高重量设备的上下井的 工作需求。当罐笼在立井与井口、井底等连接处进行装载及卸载重型设备时，由于提升钢丝 绳终端载荷的变化，很容易引起钢丝绳的弹性伸缩，罐笼会因此突然上下窜动，使钢丝绳打 滑以及操车设备作业困难，导致矿车冲击罐道以致罐道变形或损坏，甚至造成事故。与此同 时，作为矿井提升机的一个重要组成部分，钢丝绳承担着悬挂提升容器(罐笼)和传递力矩 的任务，其在提升过程中，特别是提升容器装载及卸载重型设备时受力较为复杂多样，不仅 存在钢丝绳伸缩现象，而且当受到外力例如动静载荷、编捻力等，反复作用时，极易造成钢 丝绳损坏，影响钢丝绳寿命，甚至会造成断绳等重大事故。
[0004]为此，为了确保矿井提升运行的可靠、安全，通常国内煤矿生产企业都在矿井上下 停车位置设置承接锁罐装置，以降低重型设备进出罐笼时因钢丝绳伸缩而上下窜动，同时 避免外力磨损钢丝绳。目前，国内立井罐笼提升中常用的罐笼承接锁罐装置多通过摇台、锁 爪及驱动液压油缸实现，但在使用过程中仍存在一些问题。摇台承接时，罐笼呈全悬吊状 态，罐笼与摇台硬连接，摇台从上面搭接罐笼的底盘，通过锁爪锁罐，能量变化主要集中在 钢丝绳与摇台及锁爪间的转换，这需要对液压油缸进行准确控制，确保三者的同步工作，可 补偿设备或货物等进罐时钢丝绳引起的弹性形变；当释放罐笼时，由于重型设备或货物出 罐笼带来的载荷变化使钢丝绳弹性伸长量相应的发生变化而无法得到适当补偿，进而造成 罐笼释放后上下浮动，其浮动量很容易超过安全裕量从而使钢丝绳打滑，对提升设备产生 较大的冲击，不仅如此，如果液压压力过快释放，也容易导致钢丝绳和罐笼上下蠕动，液压 压力释放过慢，使得驱动时间加长，降低煤矿生产运行效率，无法满足安全、高效生产的要 求，因此，迫切的需要一种新的技术方案来解决上述技术问题。
【发明内容】
[0005]针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种提升机悬停锁罐张力释放控制方 法及装置，该方法实现短时乃至长时间罐笼的悬停精确控制，提高了安全性及可靠性，同时 缩短物品进出罐笼的时间，降低了运行维护工作量，提高了生产效率。
[0006] 为使矿井提升机控制装置具备短时乃至长时间悬停提升物的能力，同时可实现锁 罐张力释放控制，本发明提供一种提升机悬停锁罐张力释放控制装置，其特征在于，包括提 升机、功率变换器、悬停张力释放控制系统、非线性电机控制系统、数据处理与数据交互系 统、人机系统。功率变换器分别和提升机及非线性电机控制系统相连，悬停张力释放控制系 统分别和非线性电机控制系统与数据处理与数据交互系统相连，人机系统输出控制信号与 数据处理与数据交互系统进行数据交互。通过悬停控制配合逐步的释放张力实现的，通过 对力矩的控制，达到钢丝绳缓慢释放，不上下抖动，从而保证罐笼平稳。
[0007] 进一步，悬停张力释放控制系统包括速度控制器、悬停控制器、钢丝绳张力控制 器、PLC控制器组成。所述的速度控制器分别与悬停控制器及钢丝绳张力控制器相连，悬停 控制器分别和速度控制器、钢丝绳张力控制器相连，其输出端与非线性电机控制系统相连。 速度控制器采集速度给定信号ω 和提升机实际转速ω r，构成闭环控制，同时通过对速度 信息量的比较、处理输出实际转速其幅值| c〇r|、速度偏差量Δ cor及幅值| Δ cor|。
[0008] 进一步，所述悬停控制器通过采集实际转速〇^及其幅值| ωτ|、速度偏差量Δ 及幅值I Α ωτ|输出控制提升机所需的电磁转矩给定信息量Tref至钢丝绳张力控制器及非 线性电机控制系统。钢丝绳张力控制器同时采集悬停控制器输出的电磁转矩给定信息量 Tref及PLC控制器传输的行程距离，锁罐、释放等信号，输出与钢丝绳张力对应的提升机负载 信号T给非线性电机控制系统。
[0009] 进一步，非线性电机系统输出触发信号，控制功率变换器工作，同时与数据处理与 数据交互系统进行并行通讯。所述的数据处理与数据交互系统通过工业以太网与人机系统 进行信息通讯。
[0010] 具体的，当PLC控制器检测到释放罐笼的信息时，悬停张力释放控制系统检测由于 重型设备或货物出罐笼带来的载荷变化，对钢丝绳张力进行控制。
[0011] -种提升机悬停锁罐张力释放控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤： I) 钢丝绳张力控制器主要实现在锁罐释放后提升机悬停至启动加减速时，自适应补偿 由载荷变化使钢丝绳弹性伸长量的张力，进行张力释放控制，避免罐笼释放后上下浮动， 具体的实现步骤为： II) 钢丝绳张力控制器采集PLC控制器传输过来的罐笼下放深度L，由弹性力学可知，钢 丝绳张力模型为：
式中，S为钢丝绳的横断面积，E为钢丝绳的弹性模量； 12) 若提升点至罐笼的钢丝绳的张力伸长量为X，悬停控制释放罐笼启动时的加速度为 a，钢丝绳每米质量为m，由钢丝绳下放或提升重物的偏微分模型可知：
13) 弹性张力的传输速度取決t钢丝绳的目身参数，有：
14) 考虑悬停控制输出电磁转矩，构建钢丝绳张力模型为：
式中，g为重力加速度，满足数理方程解：
可得钢丝绳的最大/最小张力为：
2)建立力矩随加速度变化的斜坡函数，通过逐步减小张力补偿量ΛΤ，在设定的七时刻 达到钢丝绳的最小释放张力，以匹配钢丝绳的弹性伸缩量，实现张力释放控制，其斜坡函数 为：
[0012] 相对于现有技术，本发明的优点如下:通过逐步增加力矩补偿增量，实现张力的缓 慢释放，避免突然增大力矩增量导致，张力瞬间释放造成钢丝绳弹性抖动;该提升机悬停锁 罐张力释放控制方法无需额外增加硬件投资，可消除在在整个锁罐过程中，装、卸载轻载或 重载物品进出罐笼因钢丝绳弹性伸缩多带来的冲击，保证进出罐笼的平稳，实现短时乃至 长时间罐笼的悬停精确控制，提高了安全性及可靠性，同时缩短物品进出罐笼的时间，降低 了