論機(jī)電一體化設(shè)計(jì)—ＰＬＣ提升機(jī)電控技術(shù)

李曉鑫

摘要：機(jī)電一體化顧名思義就是將機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合。充分發(fā)揮各自的長處，彌補(bǔ)各項(xiàng)技術(shù)的不足。因?yàn)闄C(jī)械強(qiáng)度較高，輸出功率大，可以承受較大的載荷，但實(shí)現(xiàn)微小的運(yùn)動(dòng)比較困難，而在電子領(lǐng)域，利用傳感器和計(jì)算機(jī)可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的檢測和控制，但只利用電子技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)重載荷運(yùn)動(dòng)。將機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合，是機(jī)械既能夠像動(dòng)物那樣靈活動(dòng)作，也能夠像人類那樣會(huì)思考判斷，也就是說利用電子技術(shù)是運(yùn)動(dòng)機(jī)械實(shí)現(xiàn)靈活化和智能化。

關(guān)鍵詞：PLC；礦井提升；機(jī)電一體化

中圖分類號：TE9

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1672-3198(2009)09-0304-02

當(dāng)前，隨著計(jì)算機(jī)、電力電子技術(shù)及自動(dòng)控制理論等的發(fā)展，機(jī)電一體化正在大踏步走進(jìn)煤礦，其中礦井提升是機(jī)電一體化在煤炭行業(yè)最完美的結(jié)合之一。它是通過PLC這種先進(jìn)的控制器轉(zhuǎn)化并充分實(shí)現(xiàn)在提升過程中提升要完成的啟動(dòng)加速、等速、減速、及爬行等階段，其拖動(dòng)力及速度將隨之變化，每個(gè)階段控制方式也不完全相同。

PLC即可編程邏輯控制器，它具有邏輯控制、模擬量閉環(huán)控制、數(shù)字量的智能控制、數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、通信聯(lián)網(wǎng)及集散控制。如今PLC都配有A／D、D／A轉(zhuǎn)換及算術(shù)運(yùn)算功能，有的還有PID功能，這些功能使PLC在模擬量閉環(huán)控制。運(yùn)動(dòng)控制、速度控制等方面具有了硬件基礎(chǔ)；許多PLC具有輸出和接收高速脈沖的功能，配合相應(yīng)的傳感器及伺服設(shè)備，PLC可實(shí)現(xiàn)數(shù)字量的智能控制；PLC配合可編程序終端設(shè)備，可實(shí)時(shí)顯示采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)及分析結(jié)果，為系統(tǒng)分析、研究工作提供依據(jù)，利用PLC自檢信號可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)控；PLC具有較強(qiáng)有力通信功能，可以與計(jì)算機(jī)或其他智能裝置進(jìn)行通信機(jī)聯(lián)網(wǎng)，從而能方便地實(shí)現(xiàn)集散控制。PLC的應(yīng)用通?？煞譃轫樞蚩刂啤⑦\(yùn)動(dòng)控制、閉環(huán)過程控制、數(shù)據(jù)處理、通信聯(lián)網(wǎng)。它具有抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高；控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、通用性強(qiáng)、應(yīng)用靈活；編程方便、易于使用；功能完善、擴(kuò)展能力強(qiáng)；PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試方便、維修方便、維修工作量?。唤Y(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。

基于PLC技術(shù)的礦井交流提升機(jī)電控系統(tǒng)控制電路組成結(jié)構(gòu)如圖所示，要由以下5部分組成：高壓主電路(包括高壓換向器、電動(dòng)機(jī)、啟動(dòng)柜、動(dòng)力制動(dòng)電源)、主控PLC電路、提升行程檢測與顯示電路、提升速度檢測、提升信號電路，其中高壓主電路部分仍采用傳統(tǒng)的繼電器控制電路。

工作過程：當(dāng)井口或井底通過信號通信電路發(fā)出開車信號后，開車條件具備。司機(jī)將制動(dòng)手柄向前推離緊閘位置。主電動(dòng)機(jī)松閘。司機(jī)將主令控制器的操作手柄推向正向(或反向)極端位置，主控PLC通過程序控制高壓換向器首先得電，使高壓信號送入主電動(dòng)機(jī)定子繞組，主電動(dòng)機(jī)接人全部轉(zhuǎn)子電阻啟動(dòng)，然后依次切除8段電阻，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加速，最后運(yùn)行在自然機(jī)械特性上。交流提升機(jī)運(yùn)行時(shí)，旋轉(zhuǎn)編碼器跟隨主電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出2列a／b相脈沖，分別接到主控PLC的高速計(jì)數(shù)器HSC0的a／b相脈沖輸入端，由主控PLC根據(jù)a／b脈沖的相位關(guān)系，自動(dòng)確定HSC0的加、減計(jì)數(shù)方式。根據(jù)HSC0的計(jì)數(shù)值，就可以計(jì)算出提升行程并顯示。同時(shí)只根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的a相脈沖，主控PLC進(jìn)行加計(jì)數(shù)。根據(jù)HSC1在恒定間隔時(shí)間內(nèi)的計(jì)數(shù)值，就可以計(jì)算出提升速度。

下面是PLC控制軟件主程序流程圖如圖所示。

(1)初始化子程序用于對高速計(jì)數(shù)器HSC0和HSC1進(jìn)行以下操作：寫控制字、定義工作模式、清零、寫設(shè)定值、設(shè)置定時(shí)中斷、連接中斷、啟動(dòng)計(jì)數(shù)。

(2)制動(dòng)油泵、潤滑油泵、動(dòng)力制動(dòng)電源、五通閥電磁鐵、四通閥電磁鐵和安全閥電磁鐵等的控制屬于交流提升機(jī)安全運(yùn)行所需輔助設(shè)備的控制。

(3)制動(dòng)油過壓信號、制動(dòng)油過熱信號和潤滑油過壓信號的顯示控制用于交流提升機(jī)工作狀態(tài)的顯示控制。

(4)調(diào)繩閉鎖回路是在調(diào)繩過程中起安全保護(hù)作用。雙卷簡提升機(jī)換水平調(diào)繩時(shí)，調(diào)繩轉(zhuǎn)換開關(guān)1hk－3斷開，使調(diào)繩連鎖環(huán)節(jié)串入安全回路。正常運(yùn)行時(shí)，1hk－3接通，調(diào)繩連鎖不起作用。

(5)提升信號回路用于對交流提升電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)或減速作好準(zhǔn)備。

(6)位置測量子程序用于測量提升機(jī)在礦井中的位置。

(7)行程顯示子程序根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器的脈沖個(gè)數(shù)來顯示當(dāng)前的行程位置。

(8)減速信號回路和減速信號鈴用于減速控制并且發(fā)出鈴聲提示信號。

(9)自動(dòng)換向工作回路和手動(dòng)正反轉(zhuǎn)工作回路分別用于自動(dòng)和手動(dòng)方式下對交流提升電動(dòng)機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)控制。

(10)安全回路用于防止和避免交流提升機(jī)發(fā)生意外事故。

(11)定時(shí)器控制回路和轉(zhuǎn)子電阻通斷控制用于交流提升電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)或減速時(shí)的轉(zhuǎn)子電阻切換控制。

(12)動(dòng)力制動(dòng)回路用于動(dòng)力制動(dòng)電源的投入與切除控制。

(13)腳踏制動(dòng)聯(lián)鎖和工作閘繼電器用于交流提升電動(dòng)機(jī)制動(dòng)控制。

下面簡述PLC在提升機(jī)運(yùn)行過程中的重要環(huán)節(jié)(梯形圖略)；

(1)安全回路通過連鎖功能保證了提升機(jī)安全、可靠運(yùn)行，當(dāng)出現(xiàn)不正常工作狀態(tài)時(shí)PLC輸出斷電信號，安全回路運(yùn)行指示燈熄滅，安全閩電磁鐵不得電，提升機(jī)進(jìn)行安全制動(dòng)。其中安全回路由主令控制器手柄零位連鎖觸電、工作閘制動(dòng)手柄連鎖觸點(diǎn)、測速回路斷線監(jiān)視繼電器KV的動(dòng)合觸點(diǎn)、過速保護(hù)繼電器動(dòng)合觸點(diǎn)、常速保護(hù)繼電器動(dòng)合觸點(diǎn)、高壓油過壓輔助動(dòng)合觸點(diǎn)、制動(dòng)油過壓輸出動(dòng)斷觸點(diǎn)、過卷開關(guān)松繩保護(hù)開關(guān)、閘瓦磨損保護(hù)開關(guān)、調(diào)繩開關(guān)調(diào)繩閉鎖賄賂觸電等觸電、元件完成安全保護(hù)。

(2)控制回路工作過程。

開車前的準(zhǔn)備條件：將制動(dòng)手柄至全抱閘位置(通電)，主令控制器處于中間位置(接通)，個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)板至所需位置；主回路和輔助回路送電；啟動(dòng)油泵；如果安全回路正常，安全回路指示燈亮，解除安全制動(dòng)。

提升機(jī)啟動(dòng)加速：當(dāng)井口發(fā)來開車信號，將制動(dòng)手柄至于松閘位置，電機(jī)啟動(dòng)并完成8級啟動(dòng)運(yùn)行。

(3)等速階段。

(4)正力減速階段。

(5)低速爬行階段。

(6)停車：當(dāng)達(dá)到停車點(diǎn)時(shí)，換向開關(guān)被撞開，使工作閘繼電器斷電，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)工作制動(dòng)，同時(shí)使提升機(jī)控制只能選擇反向運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換向，防止過卷。

這一偉大的革新，大大減少了過去繼電器一接觸器控制方式下大量硬件接線而帶來的諸多麻煩，進(jìn)一步提高提升機(jī)的安全性和可靠性，控制系統(tǒng)的工藝性和靈活性加強(qiáng)，可以說真正完成了一次控制技術(shù)的飛躍，也為微機(jī)控制應(yīng)用技術(shù)在礦井生產(chǎn)、安全運(yùn)營風(fēng)環(huán)節(jié)的應(yīng)用普及奠定了必要的基礎(chǔ)。綜上所述，礦井提升機(jī)電控技術(shù)對油田和礦山后期開發(fā)具有使用和推廣的價(jià)值。

致謝：本文得到陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院丁侯娥同志的支持和幫助，在此表示感謝。