问题定义
行业挑战
- 01 深部开采导致提升高度增加，钢丝绳弹性伸长量大，造成系统动态特性复杂
- 02 重载循环作业下，传统机械制动磨损快，且制动过程产生的热量难以耗散
- 03 国家对矿山提升系统的安全完整性等级（SIL）要求日益严格，旧系统难以满足GB 16423等新规
核心具体痛点
- 提升机启动瞬间存在“溜钩”或冲击现象，影响钢丝绳寿命及乘坐舒适性
- 停车平层精度受负载变化影响大，导致罐笼与井口对接困难，降低作业效率
- 下放重物或减速过程中产生的大量再生能量通过制动电阻消耗，造成能源浪费且增加井下/机房散热负担
现状工程分析
"现有系统多采用转子串电阻调速或老式晶闸管直流调速，功率因数低且谐波污染严重 安全回路多为继电器逻辑，缺乏故障诊断能力，且单点故障可能导致保护失效 缺乏闭环位置控制，完全依赖司机经验进行减速和平层，人为误操作风险高"
性能指标影响
平层精度
≤ ±5mm (稳态)
能量回馈率
≥ 20% (重载下放工况)
系统响应时间
< 5ms (转矩响应)
速度控制精度
≤ 0.01% (闭环矢量控制)
紧急制动减速度
1.5 m/s² - 2.5 m/s² (可调，符合煤安规程)
冷却方式
水冷或强迫风冷 (取决于环境温度)
制动冗余
双回路液压站 + 电气回馈制动
过载能力
150% 60秒 / 200% 3秒
防护等级
IP54 (电控柜) / IP23 (电机)
技术实施范围
- 中高压四象限变频调速系统（VFD）改造，含AFE有源前端
- 基于SIL3标准的双冗余安全PLC控制系统集成
- 恒减速液压制动系统与电气制动的协同控制逻辑开发
- 多重位置检测系统（轴编码器+井筒开关+激光测距）融合
合规标准
GB 16423-2020 金属非金属矿山安全规程
AQ 1035-2007 煤矿用变频调速提升机安全检验规范
IEC 61508 功能安全标准 (SIL2/SIL3)
ISO 13849 机械安全-控制系统安全相关部件
实施策略
第一阶段（1-2周）：现场勘测，采集提升机负载图谱、钢丝绳参数及井筒环境数据；\n第二阶段（3-5周）：系统仿真建模，设计S型速度曲线与制动时序，完成电气图纸设计；\n第三阶段（6-8周）：控制柜制造、软件编写及工厂验收测试（FAT）；\n第四阶段（1周）：利用检修窗口期进行旧设备拆除与新系统安装；\n第五阶段（2-3周）：空载、半载、满载及超载（110%）调试，进行安全钳跌落试验与紧急制动测试。
关键交付物
具备全转矩零速悬停功能的提升控制系统
符合IEC 61508 SIL3等级的安全仪表系统（SIS）认证报告
能量回馈效率报告（预计节能率提升）
平层精度优化至±10mm以内的验收测试
咨询注释
1. 安全制动策略设计
在SIL3安全体系下，必须确保机械制动与电气制动的独立性与协调性。设计中应采用“电气制动优先，机械制动保持”的策略。在正常停车时，变频器输出反向转矩使电机减速至零速，随后施加机械抱闸；在紧急停机（E-Stop）工况下，安全PLC直接切断安全回路，触发二级制动（恒减速制动），防止因制动力过大导致钢丝绳打滑或机械冲击。
2. 零速悬停与防溜钩逻辑
针对大惯量重载提升，必须启用变频器的转矩记忆（Torque Memory）与预励磁功能。在松闸前，变频器应根据负载传感器或上次停车时的转矩记录，预先建立足以平衡重力的电磁转矩，确保松闸瞬间负载不发生位移。
3. 钢丝绳弹性伸长补偿
深井提升（超过600米）时，钢丝绳弹性伸长不可忽视。控制算法需引入位置环自适应修正，结合井口位置开关的校准信号，动态调整减速点位置，消除因载重变化引起的平层误差。
4. 谐波治理与电网兼容性
鉴于矿山电网通常较弱，使用AFE（有源前端）整流单元是必要的，它不仅能实现能量回馈，还能将总谐波失真（THDi）控制在5%以内，避免对井下其他敏感设备（如瓦斯监控系统）造成干扰。
基础设施分类
中高压四象限变频器 (Medium Voltage VFD with AFE)
故障安全型PLC (Safety PLC, SIL3 rated)
绝对值多圈编码器 (SSI/EnDat接口)
恒减速液压站控制阀组
动态无功补偿装置 (SVG, 如需)
典型应用模式:
深井多绳摩擦式提升机全数字化改造
斜井大倾角箕斗提升机能量回馈节能改造
副井罐笼提升系统无人值守/远程集控升级
知识领域
工程关系摘要
系统使用
中高压四象限变频调速系统、双冗余安全PLC、轴编码器与激光测距
工程约束
1.5 m/s² - 2.5 m/s²
核心优化逻辑
闭环矢量控制、全转矩零速悬停功能
工程实施案例摘要
项目简述
深井重载提升系统高精度控制与SIL3安全改造实施
系统规模
竖井深度850米，配置双滚筒缠绕式提升机，额定提升载荷25吨，最大运行速度12 m/s。主驱动系统由两台1250 kW交流电机串联驱动，变频器直流母线共用。
运行工况
机房环境存在导电性煤尘，夏季环境温度峰值达42°C。电网侧短路容量较低，且存在大型通风机产生的谐波干扰。系统执行24小时连续提升作业，重载下放工况占比约40%。
工程约束
现场改造必须在不中断主提升任务的前提下进行，每日可用调试窗口仅3小时。原有液压制动站需与新部署的SIL3安全PLC进行硬接线握手，且必须符合AQ 1035-2007对于二级制动延时的严格时序要求。
工程知识主题集群
智慧矿山建设与矿业工程一体化解决方案
本知识簇针对B2B工程采购与技术咨询意图，整合了从地质勘探、开采掘进、选矿加工到数字化管理的垂直领域内容。旨在通过技术参数、工艺流程与合规性标准的高相关性内容，捕获关于矿山自动化升级、设备选型及安全生产的搜索流量，建立涵盖全生命周期的技术权威性。
准备好规格说明了吗？
技术助手
专注于 变频器 / 电机 / 泵工程协助
需要帮助选择合适的设备吗？我们的 AI 助手可以指导您完成变频器、电机和泵的技术规格。