基于PLC的礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)應(yīng)用研究

【摘要】可編程控制技術(shù)（PLC技術(shù)）以其安全可靠性高、可編程、便于維護(hù)等優(yōu)勢，在煤礦機(jī)電設(shè)備控制系統(tǒng)中得到大量的應(yīng)用。本文探討了礦井提升機(jī)的電氣要求，在此基礎(chǔ)上提出由歐姆龍公司開發(fā)的CPM1A型PLC和ABB公司DCS800變流器構(gòu)成的礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)，并給出了相應(yīng)的軟硬件設(shè)計思路。

【關(guān)鍵詞】礦井提升；PLC技術(shù)；DCS800；電控系統(tǒng)

引言

近年來，我國的煤礦生產(chǎn)能力得到很大的提升，特別是以機(jī)電、電子計算機(jī)、控制技術(shù)相互交叉的煤礦機(jī)電成套設(shè)備系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用，為煤礦安全高效生產(chǎn)做出了突出的貢獻(xiàn)。同時礦井機(jī)電設(shè)備造成的安全事故也時常發(fā)生，礦井提升機(jī)作為煤礦“大機(jī)電設(shè)備”之一的運輸提升設(shè)備，擔(dān)負(fù)著不間斷的提升煤炭、人、物料的運輸重?fù)?dān)。提升機(jī)的傳動需求復(fù)雜、正方向運轉(zhuǎn)變換頻繁、停開不斷轉(zhuǎn)換，且由于提升任務(wù)繁重，經(jīng)常發(fā)生提升機(jī)運轉(zhuǎn)異常故障。提升機(jī)的停運時常給煤礦正常的生產(chǎn)帶來了嚴(yán)重的影響，造成井下的原煤開采停滯，更有甚者，造成設(shè)備損壞和安全事故。如何提高礦井提升機(jī)的自動化水平、安全性是當(dāng)前煤礦機(jī)電設(shè)備研發(fā)的重要方向之一?？删幊炭刂萍夹g(shù)（PLC技術(shù)，Programable Logical Controller）是電力電子技術(shù)發(fā)展的重要產(chǎn)物之一，其安全可靠性高、可編程、便于維護(hù)等優(yōu)勢，在煤礦機(jī)電設(shè)備控制系統(tǒng)中得到大量的應(yīng)用。本文基于PLC技術(shù)，研究了礦井提升機(jī)的電控系統(tǒng)。

1、礦井提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)要求

礦井提升機(jī)是礦山運輸系統(tǒng)中的主要設(shè)備之一，主要用于礦井提升礦石（主井）或人員、材料（副井）。提升機(jī)由于其特殊的應(yīng)用環(huán)境，對于啟停和加速都有著苛刻的要求，各個運動階段都存在著突變，對加速曲線都有著嚴(yán)格的要求。礦井提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)原理圖見圖1。相關(guān)研究表明，礦井提升機(jī)還需要滿足以下的幾點要求：

1）S形加速曲線。S形加速曲線能夠有效的控制電機(jī)的啟動電流，減少對提升機(jī)系統(tǒng)的不利影響，而且由于電流變化是平緩線性，對應(yīng)的電力拖動也是連續(xù)的，消除了鋼絲繩的應(yīng)力突變，有效控制了鋼絲繩的抖動。同時平緩線性的電流變化，也有利于對控制電流的整流元器件的保護(hù)。

2）動、靜態(tài)性能——提升機(jī)四象限運行要求。與S形加速曲線對應(yīng)的是要求電力拖動的實現(xiàn)，為了實現(xiàn)S形曲線，電氣傳動系統(tǒng)的工作狀態(tài)要及時根據(jù)負(fù)載變化而發(fā)生變化，即要求電氣傳動系統(tǒng)應(yīng)能夠滿足四象限運行。

3）顯示和故障監(jiān)視裝置。為方便提升機(jī)司機(jī)操作，電控系統(tǒng)必須配備有可靠的顯示提升容器在井筒中的位置的裝置（也即是深度指示器）。礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)要求必須設(shè)置完善的故障監(jiān)視裝置。通常提升機(jī)的故障監(jiān)視內(nèi)容少則幾十項，多則數(shù)百項。

2、礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)設(shè)計

本系統(tǒng)采用采用歐姆龍公司開發(fā)的CPM1A型40點PLC實現(xiàn)提升機(jī)離開控制系統(tǒng)的半自動控制。同時采用ABB公司的DCS800，主要完成提升機(jī)速度和電流雙閉環(huán)調(diào)節(jié)，并實現(xiàn)電樞回路和磁場回路的各種保護(hù)。其主回路電樞恒定，磁場可逆，帶有過電壓、風(fēng)壓及其它必須的各種保護(hù)功能。它可以通過軟件設(shè)定所需要的S形速度圖形，調(diào)試十分方便。

基于PLC+DCS800的礦山主井提升機(jī)電控系統(tǒng)實現(xiàn)提升機(jī)運行速度給定，系統(tǒng)運行狀態(tài)監(jiān)控，過程信號的采集和數(shù)據(jù)的集中處理，在上下兩個井口端減速區(qū)段進(jìn)行逐點速度監(jiān)視和故障處理，即當(dāng)提升機(jī)發(fā)生故障時，判斷故障性質(zhì)，并根據(jù)當(dāng)時的提升機(jī)運行狀態(tài)做出相應(yīng)的處理，同時判斷首發(fā)故障并一記錄，便于現(xiàn)場人員查找和排除故障。該系統(tǒng)具有對各行程開關(guān)量的邏輯運算控制，對各種行程模擬量的控制以及對來自過程的行程脈沖計數(shù)等功能。通過上位機(jī)能對行程、故障、速度等信號進(jìn)行顯示和打印。系統(tǒng)實現(xiàn)框圖如圖2所示。

主控制系統(tǒng)主要包括：直流調(diào)速柜、直流切換柜、低壓輔助電源柜、主控柜、主控操作臺和外圍檢測開關(guān)。其中主控柜包含主控PLC以及監(jiān)控PLC，主控PLC主要控制直流傳動裝置、液壓制動裝置、位置判定等外圍檢測設(shè)備。主控操作臺負(fù)責(zé)發(fā)送接收信號、實時監(jiān)視提升的運行狀態(tài)。監(jiān)控PLC用西門子PLC，當(dāng)主控PLC出現(xiàn)異?；蛑骺貦z測點異常時，監(jiān)控PLC亦可發(fā)出警報信號和動作安全回路。

3、提升機(jī)行程控制軟件設(shè)計

S形加速曲線能夠有效的控制電機(jī)的啟動電流，消除了鋼絲繩的應(yīng)力突變，也有利于對控制電流的整流元器件的保護(hù)。行程控制算法：在啟動加速段采用時間給定，其基本公式都是時間的函數(shù)，算法簡單，容易實現(xiàn)；為了減速段的可靠運行、準(zhǔn)確停車，在減速運行過程中應(yīng)按行程原則來確定給定速度。S形速度給定曲線的產(chǎn)生，在加速度段采用加速度變化率對時間的雙積分形式給出，即時間給定方式，而在減速段則按照行程原則來控制。圖3所示為速度曲線控制程序流程圖。

4、結(jié)束語

本系統(tǒng)采用采用歐姆龍公司開發(fā)的CPM1A型40點PLC實現(xiàn)提升機(jī)離開控制系統(tǒng)的半自動控制。在設(shè)備的配套方面，優(yōu)化設(shè)計各種計算機(jī)的配置，本著先進(jìn)、可靠、安全、經(jīng)濟(jì)的原則，選用ABB公司的DCS800全數(shù)控晶閘管整流裝置；以可編程控制器實現(xiàn)提升機(jī)的程序控制；采用先進(jìn)的PC計算機(jī)和高性能軟件實現(xiàn)了提升系統(tǒng)的實時監(jiān)視。隨著電子科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，礦井提升機(jī)的電控系統(tǒng)也會不斷的改進(jìn)，為煤礦安全高效生產(chǎn)保駕護(hù)航。

參考文獻(xiàn)

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[3]譚國俊，熊樹.礦井提升機(jī)全數(shù)字新型電控系統(tǒng)[J].煤礦機(jī)電，2006，（l）：4-6.

作者簡介

劉運武（1985-），男，安徽淮南人，本科學(xué)歷，工程師，主要從事煤礦機(jī)電工作。研究方向：大型固定設(shè)備的電氣自動化控制、提升機(jī)直流、變頻電氣拖動、ABB閘控原理等。