礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)的改造

郭建國 彭新榮 郭昊萌

(1.平禹煤電公司鳳翅山礦，河南 平頂山 467001;2.平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，河南 平頂山 467001;田莊洗煤廠，河南 平頂山 467001)

可編程控制器(簡稱PLC)是基于電子計(jì)算機(jī)，且是用于工業(yè)現(xiàn)場工作的電控制器。它源于繼電控制裝置，但它不像繼電裝置那樣，通過電路的物理過程實(shí)現(xiàn)控制，而主要靠運(yùn)行儲(chǔ)存于PLC 內(nèi)存中的程序，進(jìn)行入出信息變換實(shí)現(xiàn)控制。PLC的應(yīng)用特點(diǎn)是可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)，易學(xué)易用，深受廣大工程技術(shù)人員歡迎。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作量小，維護(hù)方便，容易改造。平煤股份十二礦副井自經(jīng)過改造原電控，采用以PLC 為核心的電控系統(tǒng)以來，操作簡單，管理方便，確保了礦井提升機(jī)的安全性和可靠性，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。

1 系統(tǒng)配置

平煤股份十二礦副井提升機(jī)PLC 電控系統(tǒng)主要由PLC、主控臺(tái)、調(diào)速柜、換向柜及電源柜組成。信號(hào)系統(tǒng)主要由PLC信號(hào)箱，上、下井口PLC 信號(hào)操作臺(tái)，語言顯示箱組成。

作為控制系統(tǒng)的核心部分，PCL 采用日本三菱公司生產(chǎn)的FX2N系列產(chǎn)品。在提升機(jī)電控系統(tǒng)中共有四塊:主控機(jī)PLC 采用FX2N—64MT 型，監(jiān)控機(jī)、調(diào)速控制、換向控制、均采用FX2N—32MR 型，F(xiàn)X2N—64MT 為晶體管輸出形式，F(xiàn)X2N—32MR 為繼電器輸出形式。

2 控制系統(tǒng)的原理

提升機(jī)PLC 電控系統(tǒng)的各項(xiàng)控制和保護(hù)功能之間的邏輯關(guān)系，是根據(jù)原TKD 繼電器電控系統(tǒng)的工作過程，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，用編程的方法預(yù)先輸入PLC 內(nèi)加以解決。

PLC 電控系統(tǒng)采用RS485 通訊方式，通過通訊模塊之間工作指令的傳送，將各種外設(shè)控制開關(guān)，傳感器來的信號(hào)均接到主控臺(tái)PLC 的輸入站，PLC 根據(jù)預(yù)先輸入的用戶程序結(jié)合外設(shè)開關(guān)及傳感器的動(dòng)作情況，經(jīng)PLC 的邏輯運(yùn)算，并經(jīng)調(diào)速柜、制動(dòng)柜去控制調(diào)速回路、制動(dòng)回路等被控制對象動(dòng)作，而其中一部分控制開關(guān)、傳感器發(fā)出的信號(hào)，經(jīng)主控臺(tái)PLC 處理后，去驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的安全繼電器、工作繼電器及各控制單元，完成提升機(jī)的啟動(dòng)、加速、等速、減速、爬行、停車等過程，以及實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的各種安全保護(hù)，語音報(bào)警、PID 速度閉環(huán)控制等。

監(jiān)控機(jī)PLC 采用FX2N—32MR 型可編程控制器，作為中控機(jī)的監(jiān)視使用，用以系統(tǒng)的后備保護(hù)、關(guān)鍵控制參數(shù)以及系統(tǒng)的參數(shù)顯示功能，主控機(jī)、監(jiān)視機(jī)兩臺(tái)PLC 即相互獨(dú)立，又相互監(jiān)視，對某些重要保護(hù)(如過卷、超速)還能相互備用，提高系統(tǒng)的可靠性。

可調(diào)閘模塊由電壓選擇電路、運(yùn)算放大電路、射極跟隨電路等組成，由腳踏自整角機(jī)來的動(dòng)力制動(dòng)開環(huán)信號(hào)和由主監(jiān)控機(jī)經(jīng)FX2N—40A(數(shù)模轉(zhuǎn)換)模塊輸出的動(dòng)力制動(dòng)閉環(huán)信號(hào)經(jīng)電壓選擇器比較，取其中最大值經(jīng)運(yùn)算放大器放大，由射極跟隨輸出到可控硅制動(dòng)電源的觸發(fā)器中，從而控制制動(dòng)電流的大小。而另一路由PLC 邏輯運(yùn)算經(jīng)FX2N—40A 輸出的可調(diào)閘閉環(huán)輸入信號(hào)經(jīng)集成運(yùn)算放大器放大后，由射極跟隨器輸出到可調(diào)閘KT 線圈中，用以控制制動(dòng)壓力的大小，從而保證提升機(jī)有效的制動(dòng)，達(dá)到安全運(yùn)行的目的。

模擬顯示器與監(jiān)控機(jī)PLC 可連接，用來顯示運(yùn)行時(shí)的即時(shí)技術(shù)參數(shù)，有預(yù)備態(tài)、運(yùn)行態(tài)、故障記憶三種狀態(tài)，模擬屏具有故障記憶功能，可以記錄發(fā)生故障時(shí)的異常技術(shù)參數(shù)，便于故障的查找與處理。

提升機(jī)的正反向運(yùn)行采用高壓真空接觸器控制，當(dāng)提升機(jī)需要正向(或反向)運(yùn)行時(shí)，主控臺(tái)PLC 發(fā)出正轉(zhuǎn)(或反轉(zhuǎn))指令，高壓換向柜內(nèi)的PLC 立即響應(yīng)，其輸出端發(fā)出正向(或反向)運(yùn)行信號(hào)，使正向(或反向)高壓真空接觸器動(dòng)作，從而完成提升機(jī)的正反向運(yùn)行。正反向高壓真空接觸器之間沒有電氣和機(jī)械閉鎖，用以防止相間短路，同時(shí)主電路的接通、斷開必須經(jīng)過兩個(gè)相互串聯(lián)的真空接觸器主觸頭，以保證電路的可靠斷開，確保設(shè)備工作期間的可靠性與安全性。

提升機(jī)的啟動(dòng)和調(diào)速采用逐段切除電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子中附加電阻的方法，其切除電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)自附加電阻采用以電流為主，時(shí)間為輔的控制方法。用晶閘管替代交流接觸器，具有優(yōu)良的動(dòng)、靜態(tài)特性，運(yùn)行可靠無噪音，結(jié)構(gòu)簡單，使用維護(hù)方便。

提升及信號(hào)系統(tǒng)的PLC 采用串行通訊方法，在車房安裝的信號(hào)顯示箱，一方面與上井口PLC 信號(hào)箱進(jìn)行通訊聯(lián)系，另一方面與提升機(jī)控制柜相連接，主要控制提升開車信號(hào)回路和可調(diào)閘回路，上井口PLC 接受下礦井口傳來的信號(hào)，通過PLC 邏輯運(yùn)算，做出相應(yīng)的輸出控制，信號(hào)裝置有KXH16 型語言安全告警箱的接口，信號(hào)工發(fā)出開車信號(hào)后，語言告警箱的LED 告警顯示字符亮:“信號(hào)發(fā)出，禁止上罐”。并伴有相同的語言告警，經(jīng)過一段延時(shí)后，聲音停止，此信號(hào)系統(tǒng)通過PLC的程序執(zhí)行，發(fā)出相應(yīng)指令，大大的改善了信號(hào)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高了安全性能。

3 應(yīng)用特點(diǎn)

(1)PLC 電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可根據(jù)用戶的要求，任意調(diào)整程序設(shè)置，增加控制功能，而不必增加任何設(shè)備，節(jié)約生產(chǎn)投入。

(2)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，PLC 采用梯形圖編程方式，程序從上到下，從左到右順序循環(huán)執(zhí)行，以梯形圖為基礎(chǔ)編程方式，與繼電氣控制相似，易學(xué)、易懂，實(shí)用性強(qiáng)，維護(hù)方便。

(3)系統(tǒng)的所有操作均有PLC 控制執(zhí)行，可以方便的調(diào)整各個(gè)環(huán)節(jié)的控制參數(shù)，使組態(tài)更為靈活，提高了處理信號(hào)的速度，數(shù)字顯示與模擬信號(hào)相結(jié)合，使司機(jī)能輕松愉快的操作。

(4)軸編碼器將提升機(jī)的實(shí)際速度和行程轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)輸入到主監(jiān)控PLC 中，有PLC 與設(shè)定參數(shù)比較、分析，自動(dòng)產(chǎn)生提升機(jī)所需要的速度信號(hào)，減少啟動(dòng)、制動(dòng)過程中的機(jī)械沖擊，提高了提升機(jī)控制精度。

(5)可靠性，控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到安全和生產(chǎn)效率，在本控制系統(tǒng)選用日本三菱公司生產(chǎn)的高精度、高可靠性的FX 系列PLC。同時(shí)，在輸入和輸出信號(hào)的防護(hù)，連鎖與互鎖功能的軟硬件設(shè)置，故障檢測軟件的設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)保護(hù)等方面均采取了相應(yīng)的有效措施，從而保證了控制系統(tǒng)安全、高校和可靠地運(yùn)行。

4 抗干擾措施

由于礦井提升機(jī)系統(tǒng)的環(huán)境與PLC 電控系統(tǒng)所要求的安全、穩(wěn)定、無雜波的工作環(huán)境有一定的差異。因此，抗干擾能力成為PLC 裝置運(yùn)行質(zhì)量的重要因素，為減少干擾影響，采取以下措施:

(1)PLC 電源采用UPS 電源供電以消除工頻干擾，為了抑制附加在電源及輸入、輸出端的干擾，應(yīng)給PLC 接專用地線，并且接地點(diǎn)要與其他設(shè)備接地線分開。

(2)PLC 的通訊線及A/D 轉(zhuǎn)換的輸入線采用屏蔽電纜且屏蔽層接地。

(3)交流繼電器線圈并接浪涌吸收回路，用于吸收瞬間過電壓和防止繼電器誤動(dòng)作。

(4)維護(hù)檢修時(shí)，不得隨意甩掉部件或改線，避免雜波影響。

(5)軟件編程設(shè)置程序口令，自檢程序等措施，提高軟件抗干擾的能力。

5 使用維護(hù)

交流提升機(jī)PLC 電控系統(tǒng)是在原TKD 電控基礎(chǔ)上運(yùn)行設(shè)計(jì)的，但由于電路的特殊性，因此在使用與維護(hù)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

(1)PLC 允許電流電壓波動(dòng)為±10%，使用中不能使電壓過高，否則可能損壞某些部件。

(2)PLC 的輸出電路設(shè)有熔斷器，因此當(dāng)某一輸出回路不動(dòng)作時(shí)，首先應(yīng)檢查熔斷器是否熔斷，查出熔斷原因，并更換相同容量的熔斷器即可。

(3)定期清掃電器衛(wèi)生，防止因灰塵而引起短路和接觸不良，損壞設(shè)備，破壞設(shè)備安全運(yùn)行。

(4)PLC 電控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，一般是外部傳感器和控制開關(guān)引起的，因此，在查找故障時(shí)，首先應(yīng)觀察PLC 個(gè)輸入端的指示是否正常，若指示不正常，應(yīng)檢查有關(guān)外設(shè)。若各外設(shè)指示正常還有問題，應(yīng)通過編程器調(diào)出內(nèi)部程序一個(gè)節(jié)點(diǎn)一個(gè)節(jié)點(diǎn)尋找，根據(jù)梯形圖的邏輯關(guān)系分析后再作處理。

(5)由于PLC 的輸入、輸出的邏輯關(guān)系，是通過使用其內(nèi)部大量軟元件和編程而實(shí)現(xiàn)的，因而在處理問題時(shí)，不能按繼電器電路的概念處理，一定要把每個(gè)端點(diǎn)的問題獨(dú)立處理好，再分析邏輯關(guān)系圖，只要保證各輸入，輸出沒有問題，控制結(jié)果也就正常。

(6)可編程控制器的采用，簡化了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及維修量，但也相應(yīng)地提高了對維修人員的要求。維修人員必須會(huì)看梯形圖，會(huì)用編程器跳出PLC 程序，以及會(huì)用編程器監(jiān)視各輸入，輸出點(diǎn)內(nèi)部定時(shí)器，計(jì)數(shù)器等的變化情況，只有不斷提高自身的業(yè)務(wù)水平，才能使用，維護(hù)好設(shè)備。

6 結(jié)束語

提升機(jī)電控系統(tǒng)經(jīng)過改造投入使用后，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定工作可靠，控制精度大幅提高。能夠滿足生產(chǎn)要求，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減小了設(shè)備的故障率和誤操作，節(jié)約了能源，提高了工作效率，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。