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[摘 要]通过分析现用矿井提升机机械牌坊式深度指示器及电气深度指示器的优缺点，研制出一种自主知识产权的，利用伺服电机传动技术与可编程控制器的一种新型矿井提升机伺服电机牌坊深度指示器装置，满足了矿井提升机技术高速发展的需求。
[关键词]矿井提升机；伺服电机；牌坊深度指示器
中图分类号：S632 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）26-0097-01
一、深度指示器是矿井提升机安全运行中不可缺少且非常重要的关键部件，它既用来指示提升容器在井筒中的实际位置，也提供矿井提升机行程及速度保护信号
我国矿井提升机现应用的深度指示器有直接测量式和间接测量式两大类，直接测量式如钢丝绳充磁式深度指示器由于成本高，抗干扰能力弱而没有得到推广，间接测量式主要有机械牌坊式、机电圆盘式、电气数字式三种。它们通过与主机传动机构机械直联或电气连接间接测量出提升容器在井筒的运行位置。其中圆盘式指示器原大量用于小型绞车，由于指示不直接且故障率高，现已基本淘汰，在新建和技术改造后的矿井中已开始大量使用电气数字式深度指示器，它解决了机械牌坊式指示精度不高和圆盘式指示不直观的缺点，但由于其尺寸小观察不方便，只是解决了设备控制和保护的问题，基本上作为牌坊式指示器的辅助冗余装置使用，绝大部分提升机依然采用机械牌坊式深度指示器，其优点是指示清楚、工作可靠、缺点是机械传动效率低，体积大、指示精度不高、不便于实现提升机远距离控制及无人值守智能控制。因此研制了一种既有原机械牌坊式深度指示器直观，又有电气数字深度指示器轻巧，便于控制及保护的多重优点的新型伺服电机传动牌坊深度指示器。
二、伺服电机牌坊深度指示器装置组成及原理功能
（一）、组成
它由指示器底座、外壳、两套传动模组、一套可编程控制器PLC、带网络通信功能的伺服控制器及伺服电机、冗余深度显示LED数显屏、减速、过卷专用语音示警模块、行程位置传感器、失效保护装置等主要元件组成。
（二）、工作原理
装在提升机主机上的编码器装置将提升机行程运行数据传给深度指示器专用可编程控制器，可编程控制器经运算并校正后将计算结果送至驱动控制器，驱动控制器驱动伺服电机按程序要求只能顺着深度指示器滑槽方向上下运行，提升机提升、下放每运行一个周期，伺服电机也只向上、向下运行同样一个周期，装置深度指针随着提升机运行速度的高低而自动调速运行，保证与提升机行程同步运行从而将提升容器的实时运行模拟在了深度指示器上。在装置面板上，固定有一个标尺，用户在现场安装时，根据实际提升高度进行刻度，供操作人员观察；同时可编程控制器经运算将深度通过LED数字显示屏进行同步显示，通过语音声光报警模块装置可以反应提升机运行方向、减速点及各种故障状况，进一步确保了提升机的安全运行。新型深度指示器装置可以实现下列保护功能：
1、过卷保护功能：当提升机容器过卷时，装在深度指示器上的过卷感应开关动作或PLC程序内数据动作，装置将停止运行并发出故障信号至提升机主控系统，同时发出声光报警。
2、减速保护功能：当提升机容器达到设定减速点时，安装在装置上的减速感应开关动作或PLC程序内数据动作，装置将发出信号至提升机主控系统，同时发出“减速”语音提示。
3、限速保护功能：当提升机运行时，PLC程序计算运行速度大于或等于提升机额度速度15%时，装置将停止运行并发出故障信号至提升机主控系统，同时发出声光报警；当提升机容器到达井口终端一定距离时，PLC程序计算运行速度大于2m/s时，装置将停止运行并发出故障信号至提升机主控系统，同时发出声光报警；
4、深指失效保护功能：当提升机正常运行时，编码器采集信号丢失或装置上失效感应开关动作或装置卡阻，装置将停止运行并发出故障信号至提升机主控系统，同时发出声光报警；
5、伺服电机牌坊深度指示器既有电气牌坊式深度指示，又有冗余数字深度指示，可靠性好。
三、控制原理设计
控制系统主要由可编程控制器（PLC）、伺服电机及伺服控制器、LED显示屏、故障报警语言模块及传感器组成。
PLC完成整个系统运行的逻辑控制、深度计算及数据储存，伺服电机及伺服控制器根据PLC信号驱动装置进行提升或下放运行，LED显示屏通过与PLC通讯完成深度显示功能，语言模块实时提醒装置的运行状态（包含：提升、下放、减速、过速、过卷、深指失效），传感器采集装置运行的位置，主要保护实现冗余控制。
PLC采集到伺服控制器经过比例运算脉冲指令信号存放到D800存储器，变换浮点数后传送至D26存储器。K628为系统系数，存放到D8存储器，变换浮点数后传送至D12存储器，做数据计算存放到D14存储器。D26与D14计算将结果传送到D18存储器，数据处理结果存放到D22存储器中，传送到D190存储器，与LED显示屏MODBUS通讯显示运行实际深度。
四、伺服电机深度指示器装置经过测试能达到以下技术指标：
1、速度响应频宽<1kMZ；
2、控制精度高<±3mm；
3、响应速度<10ms；
4、稳定性、可靠性高；
5、断电数据保持，记忆功能。
其中，控制精度指标比现用机械牌坊深度指示器提高了三倍。
五、结语
伺服电机传动牌坊深度指示器装置的研制结束了机械传动牌坊深度指示器传动效率低、占地面积大、故障率高的缺点。具有独立的保护检测开关及数字深度运算，LED高精度数字深度指示，并且伺服电机便于实现智能控制，可以通过通信接口将深度实时运行情况远程监控，这样就能实现用智能传动改造传统机械传动的目的，具有很好的经济价值及使用价值，确保了提升机的安全、高效运行。
参考文献
[1] 王广先，齐秀丽，张康，等.矿井深度指示器应用及发展现状[J].煤矿机械，2011，32（1）：11-13.
[2] 陈浩，刘振全，王汉芝.台达PLC编程技术及应用案例[M]北京：化学工业出版社，2014：90-120.
[3] 高园.矿井旋转编码器深度指示器研究[J].河南科技，2016，（9）：82-84.
[4] 李宏偉.基于PLC的矿井提升机多功能数字深度指示器研究[J].机械管理开发，2012，（4）：55-56.
作者简介
赵瑞峰（1965-），男，山西晋中人，高级工程师，山西新富升机器制造有限公司副总工程师，工学学士，主要从事矿井提升机机电自动化研究。
[关键词]矿井提升机；伺服电机；牌坊深度指示器
中图分类号：S632 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）26-0097-01
一、深度指示器是矿井提升机安全运行中不可缺少且非常重要的关键部件，它既用来指示提升容器在井筒中的实际位置，也提供矿井提升机行程及速度保护信号
我国矿井提升机现应用的深度指示器有直接测量式和间接测量式两大类，直接测量式如钢丝绳充磁式深度指示器由于成本高，抗干扰能力弱而没有得到推广，间接测量式主要有机械牌坊式、机电圆盘式、电气数字式三种。它们通过与主机传动机构机械直联或电气连接间接测量出提升容器在井筒的运行位置。其中圆盘式指示器原大量用于小型绞车，由于指示不直接且故障率高，现已基本淘汰，在新建和技术改造后的矿井中已开始大量使用电气数字式深度指示器，它解决了机械牌坊式指示精度不高和圆盘式指示不直观的缺点，但由于其尺寸小观察不方便，只是解决了设备控制和保护的问题，基本上作为牌坊式指示器的辅助冗余装置使用，绝大部分提升机依然采用机械牌坊式深度指示器，其优点是指示清楚、工作可靠、缺点是机械传动效率低，体积大、指示精度不高、不便于实现提升机远距离控制及无人值守智能控制。因此研制了一种既有原机械牌坊式深度指示器直观，又有电气数字深度指示器轻巧，便于控制及保护的多重优点的新型伺服电机传动牌坊深度指示器。
二、伺服电机牌坊深度指示器装置组成及原理功能
（一）、组成
它由指示器底座、外壳、两套传动模组、一套可编程控制器PLC、带网络通信功能的伺服控制器及伺服电机、冗余深度显示LED数显屏、减速、过卷专用语音示警模块、行程位置传感器、失效保护装置等主要元件组成。
（二）、工作原理
装在提升机主机上的编码器装置将提升机行程运行数据传给深度指示器专用可编程控制器，可编程控制器经运算并校正后将计算结果送至驱动控制器，驱动控制器驱动伺服电机按程序要求只能顺着深度指示器滑槽方向上下运行，提升机提升、下放每运行一个周期，伺服电机也只向上、向下运行同样一个周期，装置深度指针随着提升机运行速度的高低而自动调速运行，保证与提升机行程同步运行从而将提升容器的实时运行模拟在了深度指示器上。在装置面板上，固定有一个标尺，用户在现场安装时，根据实际提升高度进行刻度，供操作人员观察；同时可编程控制器经运算将深度通过LED数字显示屏进行同步显示，通过语音声光报警模块装置可以反应提升机运行方向、减速点及各种故障状况，进一步确保了提升机的安全运行。新型深度指示器装置可以实现下列保护功能：
1、过卷保护功能：当提升机容器过卷时，装在深度指示器上的过卷感应开关动作或PLC程序内数据动作，装置将停止运行并发出故障信号至提升机主控系统，同时发出声光报警。
2、减速保护功能：当提升机容器达到设定减速点时，安装在装置上的减速感应开关动作或PLC程序内数据动作，装置将发出信号至提升机主控系统，同时发出“减速”语音提示。
3、限速保护功能：当提升机运行时，PLC程序计算运行速度大于或等于提升机额度速度15%时，装置将停止运行并发出故障信号至提升机主控系统，同时发出声光报警；当提升机容器到达井口终端一定距离时，PLC程序计算运行速度大于2m/s时，装置将停止运行并发出故障信号至提升机主控系统，同时发出声光报警；
4、深指失效保护功能：当提升机正常运行时，编码器采集信号丢失或装置上失效感应开关动作或装置卡阻，装置将停止运行并发出故障信号至提升机主控系统，同时发出声光报警；
5、伺服电机牌坊深度指示器既有电气牌坊式深度指示，又有冗余数字深度指示，可靠性好。
三、控制原理设计
控制系统主要由可编程控制器（PLC）、伺服电机及伺服控制器、LED显示屏、故障报警语言模块及传感器组成。
PLC完成整个系统运行的逻辑控制、深度计算及数据储存，伺服电机及伺服控制器根据PLC信号驱动装置进行提升或下放运行，LED显示屏通过与PLC通讯完成深度显示功能，语言模块实时提醒装置的运行状态（包含：提升、下放、减速、过速、过卷、深指失效），传感器采集装置运行的位置，主要保护实现冗余控制。
PLC采集到伺服控制器经过比例运算脉冲指令信号存放到D800存储器，变换浮点数后传送至D26存储器。K628为系统系数，存放到D8存储器，变换浮点数后传送至D12存储器，做数据计算存放到D14存储器。D26与D14计算将结果传送到D18存储器，数据处理结果存放到D22存储器中，传送到D190存储器，与LED显示屏MODBUS通讯显示运行实际深度。
四、伺服电机深度指示器装置经过测试能达到以下技术指标：
1、速度响应频宽<1kMZ；
2、控制精度高<±3mm；
3、响应速度<10ms；
4、稳定性、可靠性高；
5、断电数据保持，记忆功能。
其中，控制精度指标比现用机械牌坊深度指示器提高了三倍。
五、结语
伺服电机传动牌坊深度指示器装置的研制结束了机械传动牌坊深度指示器传动效率低、占地面积大、故障率高的缺点。具有独立的保护检测开关及数字深度运算，LED高精度数字深度指示，并且伺服电机便于实现智能控制，可以通过通信接口将深度实时运行情况远程监控，这样就能实现用智能传动改造传统机械传动的目的，具有很好的经济价值及使用价值，确保了提升机的安全、高效运行。
参考文献
[1] 王广先，齐秀丽，张康，等.矿井深度指示器应用及发展现状[J].煤矿机械，2011，32（1）：11-13.
[2] 陈浩，刘振全，王汉芝.台达PLC编程技术及应用案例[M]北京：化学工业出版社，2014：90-120.
[3] 高园.矿井旋转编码器深度指示器研究[J].河南科技，2016，（9）：82-84.
[4] 李宏偉.基于PLC的矿井提升机多功能数字深度指示器研究[J].机械管理开发，2012，（4）：55-56.
作者简介
赵瑞峰（1965-），男，山西晋中人，高级工程师，山西新富升机器制造有限公司副总工程师，工学学士，主要从事矿井提升机机电自动化研究。