简论绞车煤矿提升绞车测速系统改造

【摘 要】 传统的矿用提升绞车测速装置因结构较为复杂，带有的电刷和换向器，其产生的干扰信号会对绞车上plc或者变频器等电控装置造成影响。本文重点介绍了基于霍尔传感器的绞车测速装置在仙亭煤矿中的使用情况，对今后该装置的推广使用具有一定的指导意义。
【关键词】 煤矿 霍尔传感器 提升绞车 测速
目前矿井提升绞车已基本实现了对其进行PLC或者变频控制的改造。但是很多提升绞车上仍然使用的是利用测速发电机这种传统测速方式，该种测速装置结构较为复杂，带有的电刷和换向器，其产生的干扰信号会使改造后的提升绞车电控装置造成不良影响。以仙亭煤矿使用的重庆GKT型绞车为例，该种绞车配备的是直流测速发电机，经过多年的运行，大部分测速装置已经不能正常使用，因此寻找一种廉价、易维护的测速方法对于绞车安全运行有很大价值。本文详细讲述霍尔传感器测速系统在矿山提升绞车上的应用情况。

1 霍尔传感器的原理

1.1 霍尔效应

在一块半导体薄片上，其长度为L，宽度为b，厚度为d，当它被置于磁感应强度为B的磁场中，如果在它相对的两边通以控制电流T，且磁场方向与电流方向正交，则在半导体另外两边将产生一个大小与控制电流I和磁感应强度B乘积成正比的电势u ，即UH=KHIB，其中KH为霍尔元件的灵敏度。该电势称为霍尔电势，半导体薄片就是霍尔元件。

1.2 工作原理

霍尔开关集成电路中的信号放大器将霍尔元件产生的幅值随磁场强度变化的霍尔电压UH放大后再经信号变换器、驱动器进行整形、放大后输出幅值相等、频率变化的方波信号。

2 霍尔传感器在仙亭矿绞车上的应用

2.1 霍尔开关概述

霍尔开关是一种磁感应电子器件，其原理是感应电势根据磁场强度的变化而变化——即霍尔效应。霍尔开关可以作为接近开关使用，主要用于转速及位移检测，其分类有开关型霍尔传感器和线性霍尔传感器两种，开关型霍尔传感器输出为0和1两种信号，是一种数字信号，可以直接连接PLC或者单片机的I/O引脚，而线性传感器则需要AD转换器。霍尔开关便宜，稳定性较好，是一种理想的非高精度测速原件，现以仙亭矿201采区GKT

1.6绞车为例，探讨使用霍尔传感器对绞车测速。

2.2 测速方法介绍

仙亭矿201采区绞车的电控系统现为PLC电控，结合变频器使用，使用的PLC型号为欧姆龙CPM2AE-60CDR-A，扩展模块为CPM1A-20EDR，扩展模拟模块为CPM1A-AD401，其测速装置使用测速发电机输出220V电压后，进入型号为DP（I）4-PDV500C的数字式直流电压表（DVP）作为采集装置，信号发送到CPM1A-AD401（如图1所示）。PLC模拟模块编程后，可设置输入电流信号上下限，起到限速保护作用（数字式电压表DP（I）4-PDV500C自身带有上下限设定功能，本文不做讨论）。此时测速发电机如果损坏，可考虑使用使用线性霍尔传感器替代，线性霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成输出的是模拟型号，根据外加磁场强度变化，输出电流也在变化，将霍尔传感器的输出端直接连接DP（I）4-PDV500C即可，PLC程序无需修改，选择适当型号的霍尔传感器即可。

2.3 硬件实现

2.3.1安装

使用霍尔接近传感器测速时，采用旋转式接近，将配套磁钢片以同一极性按一定的角度贴在电机转轴上，传感器正面对准磁钢片固定，工作距离大概在2～10mm之间（如图2所示）。当电机旋转时，传感器霍尔电势随磁钢片磁场强度变化而变化，对于线性霍尔传感器来说，是电流电压的线性变化。

2.3.2 接线方式

一般的霍尔接近开关有三条线，棕色接电源正极，蓝色接电源负极，黑色为输出线，输出线接负载，负载可以是继电器线圈、信号灯，对于PLC则是数字输入模块。需要注意的是，不同PLC需要选择不同的接近开关，公共输入端为0V的 PLC要选用NPN型接近开关，公共输入端为24V的PLC则需选用PNP型，欧姆龙等日系PLC公共输入端一般为0V。

2.4 软件实现

限速保护实现流程图：
利用PLC编程软件设定上限值，并在安全回路设置过速保护开关，可实现限速保护，如果利用多位数码显示管，还可显示速度。具体的软件设置和梯形图需根据现场及PLC的型号而定。

3 其他测速方式

除线性霍尔传感器，还可使用开关型霍尔传感器，需要设置转速公式，编程较为复杂，但不需要plc模拟模块；另外还可以使用旋转编码器，其优点是精度较高，接触式旋转编码器安装十分不便，而非接触式旋转编码器对环境要求高。
接近开关可以组合使用，对于牌坊式深度指示器的提升绞车，在深度指示器安装和电机等部位各安装若干个传感器，进入PLC后进行数据对比，设置差值上限，可作为深度指示失效保护。霍尔传感器在工控领域应用已十分成熟，在几十至几百元不等，低廉，对于矿井设备控制也能有十分广阔的应用。
4 结语
本霍尔传感器适用于矿山提升绞车的速度测量，从根本上解决了传统的利用

摘自：毕业论文摘要范文www.udooo.com

测速发电机这种电磁式转速传感器输出信号的幅值不稳定，响应频率不高，以及抗电磁波干扰能力差的缺陷。能够更好的保障矿井的安全生产，值得在煤炭行业广泛推广。
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