基于P L C的礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)分析

王建慶

（開灤股份呂家坨礦業(yè)分公司，河北 唐山 063106）

我國煤礦企業(yè)采用的傳統(tǒng)交流提升機(jī)電控系統(tǒng)主要由測速發(fā)電機(jī)、空氣接觸器、繼電器邏輯電路等組成，這種電控系統(tǒng)的接電線路復(fù)雜、電氣節(jié)點(diǎn)較多，導(dǎo)致該提升機(jī)電控系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性較差，易發(fā)生安全故障?；赑LC的礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)有效克服了傳統(tǒng)交流提升機(jī)電控系統(tǒng)存在的問題，有效改善煤礦提升機(jī)電控系統(tǒng)的運(yùn)行性能，對(duì)于提高煤礦企業(yè)的生產(chǎn)力有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 可編程邏輯控制PLC概述

可編程邏輯控制器PLC是一種重要的控制計(jì)算機(jī)，其可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、過程控制、邏輯控制等綜合控制，被廣泛的應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營中。PLC主要由擴(kuò)展接口、通信接口、輸出單元、輸入單元、存儲(chǔ)器、中央處理器CPU等組成[1]，通信接口主要用于上位計(jì)算機(jī)和PLC編程器的數(shù)據(jù)通信，輸出單元和輸入單元是連接CPU和輸入/輸出設(shè)備的接口電路，CPU是整個(gè)PLC控制系統(tǒng)的核心。PLC具有較強(qiáng)的抗干擾性和應(yīng)用性，可靠性和安全性較高，并且可編程邏輯控制器功能完善，編程簡單、直觀，在邏輯控制方面具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢。

2 基于PLC的礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)

2.1 PLC軟件程序設(shè)計(jì)

PLC軟件程序設(shè)計(jì)要結(jié)合礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)功能編寫相應(yīng)的程序代碼，其功能過程主要包括提升機(jī)的停車、爬行、減速、等速、加速、啟動(dòng)；根據(jù)礦井生產(chǎn)運(yùn)營情況選擇合適的操作方式，控制提升機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)；根據(jù)礦井采煤需求，控制提升機(jī)設(shè)備的速度；提升機(jī)的正反轉(zhuǎn)。在礦井提升機(jī)運(yùn)行過程中，PLC運(yùn)行故障檢測和狀況檢測系統(tǒng)，要根據(jù)軟件程序指令完成以下功能：根據(jù)提升機(jī)運(yùn)行故障類型，有針對(duì)性地采取相應(yīng)措施；檢查提升機(jī)內(nèi)部裝置是否運(yùn)行正常，判斷故障位置；監(jiān)測提升機(jī)運(yùn)行情況等。PLC作為礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)的控制核心進(jìn)行邏輯控制，控制功能較多、靈活性和擴(kuò)展功能較強(qiáng)，可有效提高提升機(jī)運(yùn)行控制可靠性，并且PLC輸入輸出模塊設(shè)有光電隔離，這種過載保護(hù)和抗干擾措施采用靈敏的自診斷機(jī)制，便于校正提升機(jī)運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井提升機(jī)的柔性控制。

2.2 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

礦井提升機(jī)主要由操縱臺(tái)、潤滑系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、深度指示器、制動(dòng)裝置、主軸裝置、減速器和電動(dòng)機(jī)等組成。提升機(jī)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)對(duì)于工作人員的人身安全和礦井正常生產(chǎn)有著直接的影響。因此應(yīng)根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》，合理配置基于PLC的礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)安全保護(hù)裝置、PLC主控單元、提升機(jī)速度控制模塊、監(jiān)測模塊和信號(hào)采集模塊，通過電控系統(tǒng)全面、實(shí)時(shí)的監(jiān)控提升機(jī)的運(yùn)行操作狀態(tài)，確保礦井提升機(jī)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3 基于PLC的控制過程

本文采用西門子314C-2DP型可編程邏輯控制器和主機(jī)作為礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)的核心控制單元，該P(yáng)LC內(nèi)存為96K，采用16路的輸出和輸入數(shù)字量以及2個(gè)32點(diǎn)的輸出和輸入容量的擴(kuò)展模塊[3]，可滿足礦井生產(chǎn)運(yùn)營對(duì)提升機(jī)的控制要求，主控單元是基于PLC的礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)的核心，通過PLC控制系統(tǒng)的輸入模塊接收傳感器的檢測信號(hào)或者采集外部控制開關(guān)信號(hào)，由CPU模塊進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理，由輸出模塊輸出模擬量信號(hào)開關(guān)指令，控制相應(yīng)的安全保護(hù)模塊、制動(dòng)回路、高壓換向器、速度控制模塊等設(shè)備做出相應(yīng)的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的停車、制動(dòng)、爬行、減速、等速、加速等運(yùn)行過程。

2.3.1 基于PLC的故障檢測控制

在礦井提升機(jī)運(yùn)行過程中，基于PLC的電控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控提升機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，提升機(jī)一旦發(fā)生運(yùn)行故障，PLC安全保護(hù)模塊會(huì)立刻進(jìn)行緊急控制或發(fā)出報(bào)警信號(hào)，工作人員可及時(shí)采取相應(yīng)的安全防護(hù)措施，確保礦井提升機(jī)安全、穩(wěn)定的運(yùn)行，消除礦井生產(chǎn)安全隱患，保障工作人員的人身安全。

2.3.2 基于PLC的提升機(jī)速度自動(dòng)控制

提升機(jī)主電機(jī)運(yùn)行速度和電控系統(tǒng)測速電機(jī)輸出電壓成正比關(guān)系，利用PLC電控測速電機(jī)輸出電壓信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)運(yùn)行速度的控制。結(jié)合光電編碼器采集提升機(jī)脈沖反饋信號(hào)，準(zhǔn)確計(jì)算提升機(jī)設(shè)備實(shí)時(shí)的運(yùn)行速度，通過PLC單元自動(dòng)控制提升機(jī)關(guān)鍵速度點(diǎn)，PLC電控系統(tǒng)深度指示器根據(jù)提升機(jī)的運(yùn)行速度，當(dāng)提升機(jī)即將達(dá)到終點(diǎn)停車位置時(shí)，限速裝置在減速階段可逐漸降低提升機(jī)運(yùn)行速度，最大不超過2m/s[3]。

2.3.3 基于PLC的行程位置控制

光電編碼器安裝在礦井提升機(jī)主軸上，經(jīng)過PLC系統(tǒng)的運(yùn)算模塊快速計(jì)算提升機(jī)的運(yùn)行參數(shù)、光電編碼器的相關(guān)操作信號(hào)脈沖信號(hào)，通過PLC高速計(jì)數(shù)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為提升機(jī)的位置信號(hào)，并且在提升機(jī)達(dá)到指定位置發(fā)出開關(guān)信號(hào)，光電編碼器的計(jì)數(shù)脈沖值會(huì)自動(dòng)保存在PLC系統(tǒng)高速計(jì)數(shù)器中，由深度指示器顯示當(dāng)前礦機(jī)提升機(jī)的運(yùn)行位置，便于操作人員實(shí)時(shí)監(jiān)控提升機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)，深度指示器和PLC軟件系統(tǒng)內(nèi)部包含過卷開關(guān)，當(dāng)?shù)V井提升機(jī)出現(xiàn)過卷情況時(shí)，內(nèi)部的過卷開關(guān)會(huì)自動(dòng)斷開電控系統(tǒng)的安全保護(hù)回路，實(shí)現(xiàn)礦井提升機(jī)的緊急制動(dòng)。

2.3.4 基于PLC的制動(dòng)回路控制

礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)的制動(dòng)回路一直處于斷開狀態(tài)，當(dāng)制動(dòng)回路各個(gè)觸點(diǎn)正常閉合時(shí)，對(duì)提升機(jī)執(zhí)行開啟命令。當(dāng)?shù)V井下工作人員發(fā)出提升信號(hào)后，電控系統(tǒng)對(duì)提升機(jī)進(jìn)行自檢，檢查提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)是否滿足開車運(yùn)行條件，一旦發(fā)生異常，立即發(fā)出安全報(bào)警提示，操作人員及時(shí)進(jìn)行處理。如果提升機(jī)滿足運(yùn)行條件，則制動(dòng)回路閉合所有觸點(diǎn)，解除安全制動(dòng)，礦井提升機(jī)按照PLC的設(shè)定程序自動(dòng)運(yùn)行，完成礦井提升過程。

2.3.5 基于PLC的監(jiān)視系統(tǒng)控制

基于PLC的監(jiān)視系統(tǒng)控制主要是實(shí)時(shí)監(jiān)控提升機(jī)運(yùn)行過程中的終端設(shè)備，為了提高礦井提升機(jī)運(yùn)行的安全性和可靠性，在礦井筒安裝電子開關(guān)裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測礦井提升機(jī)的運(yùn)行速度和運(yùn)行狀態(tài)，PLC監(jiān)視系統(tǒng)采用兩套的高可靠性和高安全性的電控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)提升機(jī)停車位置、運(yùn)行方向、運(yùn)行狀態(tài)和行程速度的監(jiān)視。

3 結(jié)束語

基于PLC的礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢，對(duì)于實(shí)現(xiàn)礦機(jī)提升機(jī)電控系統(tǒng)的數(shù)字化和自動(dòng)化控制有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。通過可編程邏輯控制器PLC對(duì)礦井提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，可有效提高礦井生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，提升煤礦企業(yè)的現(xiàn)代化、自動(dòng)化管理水平。因此在未來的發(fā)展中，應(yīng)積極推動(dòng)基于PLC的礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)的應(yīng)用和推廣，推動(dòng)我國煤礦行業(yè)的快速發(fā)展。

［1］張繼強(qiáng).基于模糊專家系統(tǒng)的礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)的故障診斷[D].西安科技大學(xué)，2012.

［2］劉成全.礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)升級(jí)的安全技術(shù)研究及應(yīng)用[D].青島科技大學(xué)，2012.

［3］董镕璇，姜海濱，張敏生.淺談西門子S7-300PLC在副井提升機(jī)上的應(yīng)用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2012，04:139.