淺談西門子S7-300PLC在副井提升機(jī)上的應(yīng)用

董镕璇姜海濱張敏生

（1.江西省豐城市豐龍礦業(yè)有限責(zé)任公司，江西 豐城 331100；2.江西省建新煤礦，江西 豐城 331100）

1 概述

提升機(jī)在礦井生產(chǎn)中素有咽喉設(shè)備之稱，提升機(jī)對于礦井的安全生產(chǎn)有著至關(guān)重要的作用。提升機(jī)電力傳動系統(tǒng)復(fù)雜，控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的控制功能較多，因此對于提升機(jī)的控制系統(tǒng)的設(shè)計，需要能夠滿足提升機(jī)頻繁制動和不同工作狀態(tài)相互轉(zhuǎn)換的功能需求。針對提升機(jī)如此復(fù)雜的控制要求，傳統(tǒng)的電氣控制難以實(shí)現(xiàn)，因此，必須借助于PLC自動控制實(shí)現(xiàn)。本論文主要結(jié)合西門子S7-300在副井提升機(jī)自動控制系統(tǒng)上的應(yīng)用，對提升機(jī)自動控制系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的分析設(shè)計研究，以期從中能夠找到合理可靠的提升機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用方法，并以此和廣大同行分享。

2 礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀分析

(1)我國提升機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

我國礦井提升機(jī)一直承擔(dān)著井下與地面之間輸送人員或者貨物的重任，因此一直素有礦井咽喉設(shè)備之稱。我國礦井提升機(jī)控制技術(shù)相較于國外處于落后階段，國外已經(jīng)發(fā)展到智能實(shí)時監(jiān)控提升機(jī)并實(shí)現(xiàn)故障智能診斷技術(shù)，而目前我國提升機(jī)控制系統(tǒng)的技術(shù)，還普遍停留在原始的電氣控制階段，對于數(shù)字化控制技術(shù)、計算機(jī)智能控制技術(shù)目前還處于研究探索階段?？v觀我國的提升機(jī)電控系統(tǒng)控制技術(shù)的應(yīng)用，發(fā)展緩慢，多數(shù)是借鑒或者仿制國外的電控系統(tǒng)，并且電控系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中也存在一定的問題。

(2)我國提升機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用中存在的問題

①我國提升機(jī)電控系統(tǒng)沒有專業(yè)的生產(chǎn)廠家。這是我國目前提升機(jī)控制系統(tǒng)和控制技術(shù)發(fā)展的最大瓶頸。我國的提升機(jī)電控系統(tǒng)，要么直接從國外公司進(jìn)口，這樣成本十分高昂，且后期設(shè)備維護(hù)維修十分不便；國內(nèi)現(xiàn)有的提升機(jī)電控系統(tǒng)均是高?？蒲性核园l(fā)研制的電控系統(tǒng)，多數(shù)并不具備通用性。②我國提升機(jī)電控技術(shù)落后。目前僅僅在一些大型煤礦上的先進(jìn)提升機(jī)才采用了計算機(jī)、PLC或者數(shù)字控制技術(shù)，傳統(tǒng)的提升機(jī)電控系統(tǒng)都是采用電氣化控制系統(tǒng)，繼電器、接觸器控制廣泛使用，導(dǎo)致能耗過高，控制不可靠，嚴(yán)重制約了我國提升機(jī)電控系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)用。③我國提升機(jī)控制系統(tǒng)安全性和可靠性較差。目前我國礦井提升機(jī)僅僅在上下井口端采用切除電阻的方法實(shí)現(xiàn)提升機(jī)運(yùn)行速度的制動，制動能耗過高，造成提升機(jī)電控系統(tǒng)負(fù)荷太大，由此導(dǎo)致我國提升機(jī)控制系統(tǒng)安全性和可靠性較差。對于提升機(jī)運(yùn)行過程中的關(guān)鍵工作參數(shù)、狀態(tài)參數(shù)及運(yùn)行參數(shù)根本沒有實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)控，經(jīng)常發(fā)生過卷或者超速等安全事故。鑒于以上問題，我國必須要大力發(fā)展提升機(jī)在運(yùn)行過程中的電控系統(tǒng)的自動化、智能化控制，逐步形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的提升機(jī)電控系統(tǒng)。

3 西門子S7-300在副井提升機(jī)上的應(yīng)用分析

3.1 基于PLC的控制系統(tǒng)設(shè)計。利用西門子S7-300構(gòu)建提升機(jī)電控系統(tǒng)，根據(jù)提升機(jī)的工作模塊，將PLC電控以網(wǎng)絡(luò)化模式進(jìn)行布控，分為主控PLC、監(jiān)控PLC和信號PLC三個主從式控制PLC，其具體結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。

圖1 基于PLC的副井提升機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理

如圖1所示，信號PLC作為整個電控系統(tǒng)的信號管理站，負(fù)責(zé)對提升機(jī)工作過程中的狀態(tài)參數(shù)、環(huán)境參數(shù)及其必要參數(shù)做信號管理，統(tǒng)一發(fā)送至控制主站；監(jiān)控PLC主要對提升機(jī)的關(guān)鍵控制參數(shù)，如井深、進(jìn)口提升速度等指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，并受主控PLC統(tǒng)一調(diào)度管理；主控PLC一方面實(shí)現(xiàn)對監(jiān)控PLC和信號PLC的控制管理，并對由監(jiān)控PLC和信號PLC發(fā)送過來的數(shù)據(jù)信號進(jìn)行整合管理，并發(fā)送至上位機(jī)進(jìn)行集中管理、顯示、數(shù)據(jù)存儲等功能，以提高提升機(jī)工作過程的管理效率；另一方面主控PLC通過交流變頻調(diào)速裝置實(shí)現(xiàn)對同步電機(jī)的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)提升機(jī)速度的電氣化控制，同時將提升機(jī)的工作參數(shù)再反饋回信號PLC和監(jiān)控PLC，從而實(shí)現(xiàn)了PLC網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)對提升機(jī)的閉環(huán)控制。

3.2 基于PLC實(shí)現(xiàn)的提升機(jī)速度控制應(yīng)用

提升機(jī)控制系統(tǒng)最為關(guān)鍵、也是最難實(shí)現(xiàn)的技術(shù)要點(diǎn)，就是對提升機(jī)運(yùn)行速度的控制。借助于西門子S7-300的PLC，能夠很方便的實(shí)現(xiàn)對提升機(jī)速度的控制。

基于PLC實(shí)現(xiàn)的提升機(jī)運(yùn)行速度的具體控制方案設(shè)計如下：（1）在井口與井底分別放置接近傳感器，一旦提升機(jī)到達(dá)接近傳感器，即可認(rèn)定提升機(jī)即將到達(dá)井口或者井底，從而進(jìn)入預(yù)定的制動階段。（2）利用光電傳感器和深度指示器配合使用，實(shí)時監(jiān)控提升機(jī)當(dāng)前所處巷道中的位置，并將位置轉(zhuǎn)化為數(shù)字量傳送至監(jiān)控PLC，利用監(jiān)控PLC與主控PLC的通信實(shí)現(xiàn)對提升機(jī)位置的實(shí)時監(jiān)控。（3）一旦提升機(jī)觸發(fā)接近傳感器，由主控PLC發(fā)出調(diào)速指令給交流變頻調(diào)速裝置，由交流變頻調(diào)速裝置實(shí)現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對提升機(jī)運(yùn)行速度的調(diào)節(jié)與控制。（4）主控PLC利用監(jiān)控PLC監(jiān)測到的提升機(jī)當(dāng)前運(yùn)行速度與深度指示器的位置信號進(jìn)行交叉運(yùn)算，得出調(diào)速幅度，并將調(diào)速幅度指令傳輸給交流變頻調(diào)速裝置，從而實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速；另一方面，監(jiān)控PLC通過實(shí)時監(jiān)測提升機(jī)的運(yùn)行速度并反饋回主控PLC，主控PLC根據(jù)反饋回來的運(yùn)行速度和程序中的預(yù)設(shè)值進(jìn)行對比，結(jié)合PID調(diào)節(jié)算法實(shí)現(xiàn)對提升機(jī)運(yùn)行速度的閉環(huán)調(diào)節(jié)與控制。

結(jié)語。提升機(jī)作為礦井安全生產(chǎn)的樞紐設(shè)備，其安全性對于整個礦山生產(chǎn)的安全起著舉足輕重的作用。我國目前提升機(jī)電控系統(tǒng)理論研究較為深入，但是實(shí)際技術(shù)應(yīng)用還有待進(jìn)一步提高和挖掘。本論文結(jié)合西門子PLC對提升機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計分析，對于提升機(jī)電控系統(tǒng)及其控制技術(shù)的應(yīng)用研究，不論是在理論研究方面，還是在實(shí)際技術(shù)應(yīng)用方面，都具有一定的指導(dǎo)意義。當(dāng)然，關(guān)于提升機(jī)電控系統(tǒng)方面的更多技術(shù)，還有賴于廣大礦井科技工作人員的共同努力，才能夠最終實(shí)現(xiàn)我國提升機(jī)電控系統(tǒng)及其控制技術(shù)的提高應(yīng)用。

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