PLC技術(shù)在穩(wěn)車集中控制系統(tǒng)研究與應(yīng)用

鄒峰++張春堂

[摘 要]本文介紹了一種在礦山立井井筒施工中，應(yīng)用PLC技術(shù)集中控制多臺(tái)穩(wěn)車的技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)具有安全、可靠、高效，控制線路簡(jiǎn)單，操作方便，升級(jí)及擴(kuò)展站點(diǎn)、功能容易等優(yōu)點(diǎn)。此項(xiàng)技術(shù)及所設(shè)計(jì)的設(shè)備在中國(guó)華冶科工集團(tuán)有限公司在建的建龍集團(tuán)龍新礦業(yè)副井（本溪思山嶺副井）建井上的應(yīng)用，取得了良好效果。

[關(guān)鍵詞]立井施工 穩(wěn)車 PLC技術(shù) 集中控制

中圖分類號(hào)：TD63+3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）11-0234-01

引言

目前我國(guó)礦山立井井筒施工，大量設(shè)施需要穩(wěn)車懸吊，如吊盤、整體模板、排水管、風(fēng)筒、壓風(fēng)供水管等。過去，穩(wěn)車上所配電機(jī)一般采用繞線式異步電動(dòng)機(jī)，采用凸輪控制器切電阻調(diào)速控制。一臺(tái)穩(wěn)車配一套普通控制系統(tǒng)，控制柜內(nèi)采用普通繼電器配合啟動(dòng)電阻單獨(dú)控制，穩(wěn)車電動(dòng)機(jī)控制電路復(fù)雜，接觸器和電阻器等容易損壞、運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)速不均勻，直接帶負(fù)荷啟動(dòng)時(shí)不僅對(duì)供電電網(wǎng)形成嚴(yán)重沖擊，而且對(duì)設(shè)備損害大，故障率高，特別是穩(wěn)車群集控運(yùn)行更是困難，無(wú)法使其平衡運(yùn)行[1]。需要多臺(tái)同步起、降時(shí)，單人操作非常困難，只能依次開動(dòng)，容易卡住，釀成事故，效率低。如用普通按鈕和指示燈做成集控柜，非常大，按鈕和指示燈非常多，操作非常困難，線路復(fù)雜，維護(hù)起來(lái)麻煩[2]。隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，將PLC技術(shù)應(yīng)用于穩(wěn)車集中控制成為現(xiàn)實(shí)[3]。為了保證集中控制的安全性，本文采用PLC技術(shù)穩(wěn)車進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了多臺(tái)穩(wěn)車集中控制的功能，降低了故障發(fā)生率和防止了事故的發(fā)生，達(dá)到了生產(chǎn)運(yùn)行和安全要求。本文以以思山嶺副井掘砌工程穩(wěn)車集中控制為例介紹其應(yīng)用。

1 工程概況

本溪思山嶺副井，井凈徑10m，井深1503.9m，懸吊各類施工設(shè)施共計(jì)使用22臺(tái)穩(wěn)車。其中10臺(tái)吊盤兼穩(wěn)繩穩(wěn)車運(yùn)行需要同步快速起降，吊盤傾斜度不能超過15度，不能出現(xiàn)因卡住等原因造成的過載事故。

吊盤兼穩(wěn)繩：JZ-25/1800 10臺(tái)

整體模板：JZ-25/1800 4臺(tái)

中心回轉(zhuǎn)抓巖機(jī)：JZ-25/1800 2臺(tái)

風(fēng)筒：JZ-40/1800 2臺(tái)

壓風(fēng)供水管：JZ-40/1800 2臺(tái)

排水管： 2JZ-25/1800 1臺(tái)

安全梯： JZA2-10/1800 1臺(tái)

2 設(shè)計(jì)理念

1）主控操作及顯示采用大型觸摸屏，不采用機(jī)械按鈕操控，將控制操作及相關(guān)顯示控制在一個(gè)方便操作及觀察的很小的界面上。

2）主控電器采用S7-300PLC作主站，用程序控制分布式I/O從站實(shí)現(xiàn)同時(shí)多路輸入、輸出[4]，實(shí)現(xiàn)就地單動(dòng)，遠(yuǎn)控單動(dòng)或多臺(tái)同步起、降。

3采用PROFIBUS—DP總線通訊，主站與各站點(diǎn)之間通訊快，控制線路簡(jiǎn)單，只有一根兩芯通訊線，各從站接近同時(shí)接到起降命令[5]。

4）每臺(tái)穩(wěn)車都有單獨(dú)的控制柜。各單臺(tái)穩(wěn)車控制柜無(wú)嚴(yán)格要求，可以相同也可不同。但同時(shí)工作的穩(wěn)車啟動(dòng)柜控制方式必須相同。

5）在中央控制室允許情況下，每臺(tái)穩(wěn)車既可以遠(yuǎn)方控制又可以就地控制，既可以多臺(tái)同時(shí)工作也可單臺(tái)工作。

6）同時(shí)工作的穩(wěn)車，可以任意組合。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

1）系統(tǒng)組成：

①CPU317-2DP對(duì)二進(jìn)制和浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算有較高的處理能力；PROFIBUS DP主站/從站接口，32個(gè)從站；可用于大規(guī)模的I/O配置；可用于建立分布式I/O結(jié)構(gòu)；可以選用SIMATIC工程工具；基于組件的自動(dòng)化中實(shí)現(xiàn)分布式智能系統(tǒng)；CPU運(yùn)行需要微存儲(chǔ)卡（MMC）。

②ET200M是高密度配置的模塊化I/O，防護(hù)等級(jí)為IP20；可用于S7-300可編程控制器的信號(hào)、功能模板擴(kuò)展；是在PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線上的被動(dòng)站（從站）；最大數(shù)據(jù)傳輸速率為12MBIT/S。

③中央集中控制操作臺(tái)，由帶集成2個(gè)DP口的S7-300的CPU317-2DP作為主站，一個(gè)DP口用于調(diào)試和連接觸摸屏，另一個(gè)DP口用于DP通訊。觸摸屏選用MT4620-TE，12寸屏，畫面上的元件盡量大，便于觀察和操作。另配相應(yīng)的I/O輸入、輸出模塊等元器件。每臺(tái)穩(wěn)車控制柜采用siemens公司的分布式I/O模塊ET200M作為從站，另配I/O模塊作輸入、輸出用。主站、從站采用PROFIBUS-DP總線通訊。其原理如圖1所示。

2）具體實(shí)施：

①主控操作臺(tái)整個(gè)操作臺(tái)只設(shè)一個(gè)通、斷電按鈕，所有指令輸入及顯示輸出均在觸摸屏上，觸摸屏與CPU317-2DP用通訊線連接，依據(jù)設(shè)計(jì)理念及各臺(tái)穩(wěn)車的控制方式設(shè)計(jì)主控程序。

②各控制柜柜上配就地操作的起、降按鈕，就地及遠(yuǎn)控轉(zhuǎn)換按鈕，電機(jī)工作電壓、電流指示，安全到位開關(guān)狀態(tài)指示，電磁抱閘狀態(tài)指示，輸入、輸出采用I/O模塊，各輸入、輸出信號(hào)均進(jìn)I/O模塊。

③觸摸屏頁(yè)面設(shè)計(jì)

豎井施工各類穩(wěn)車雖然眾多，但不同時(shí)工作。為操作方便，觸摸屏設(shè)置為多頁(yè)面，同時(shí)工作的穩(wěn)車處于同一頁(yè)面。本系統(tǒng)設(shè)置以下7個(gè)頁(yè)面。

主頁(yè)面：主要是作為各分頁(yè)面快速轉(zhuǎn)換用；

吊盤兼穩(wěn)繩、中心回轉(zhuǎn)抓巖機(jī)：10臺(tái)同步升降，亦可單臺(tái)升降，任意組合；

整體模板：4臺(tái)同步升降，亦可單臺(tái)升降，任意組合；

風(fēng)筒：2臺(tái)同步升降，亦可單臺(tái)升降；

壓風(fēng)供水管：2臺(tái)同步升降，亦可單臺(tái)升降；

排水管路：?jiǎn)闻_(tái)升降；

安全梯：?jiǎn)闻_(tái)升降；

圖2為吊盤兼穩(wěn)繩、中心回轉(zhuǎn)抓巖機(jī)頁(yè)面：

從上述頁(yè)面，可以看出，該控制方式便于操作，無(wú)任何機(jī)械按鈕，只需一人即可完成所有穩(wěn)車的操作。同時(shí)，可隨時(shí)觀察到穩(wěn)車的工作狀態(tài)。

4 結(jié)束語(yǔ)

應(yīng)用PLC技術(shù)的穩(wěn)車集中控制系統(tǒng)，不再有雜亂無(wú)章的電纜布線，只有一個(gè)總線，使人一目了然，不宜發(fā)生故障，并簡(jiǎn)化維護(hù)；減少電纜數(shù)量，使結(jié)構(gòu)井然有序。同時(shí)，安全可靠，調(diào)試簡(jiǎn)單，操作方便，程序容易更改。PLC功能強(qiáng)大，可以隨時(shí)擴(kuò)展，增加穩(wěn)車數(shù)量，通過本項(xiàng)目應(yīng)用，該項(xiàng)技術(shù)極具推廣意義。

參考文獻(xiàn)

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[2] 周淑萍.穩(wěn)車集中控制系統(tǒng)[J].中國(guó)建筑金屬結(jié)構(gòu)，2013，（11）：216.

[3] 李剛，王煥霞.立井施工新型吊盤穩(wěn)盤裝置的研制與利用[J].煤炭工程，2011（5）：113-115.

[4] 龔仲華.S7-200/300/400 PLC應(yīng)用技術(shù)：提高篇[M].北京：人民郵電出版社，2008.

[5] 周益明.PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線通信研究及智能從站設(shè)計(jì)[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2005.