PLC技術(shù)在礦井交流提升機(jī)電控系統(tǒng)中的應(yīng)用

周　柱（河北省開(kāi)灤錢(qián)家營(yíng)礦業(yè)公司，河北　唐山　063001）

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PLC技術(shù)在礦井交流提升機(jī)電控系統(tǒng)中的應(yīng)用

周柱
（河北省開(kāi)灤錢(qián)家營(yíng)礦業(yè)公司，河北唐山063001）

摘要：在深井礦山的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，礦井提升機(jī)是必不可少的設(shè)備之一，相對(duì)于其他設(shè)備，提升機(jī)的要求更為嚴(yán)格?；疽笥幸韵聨c(diǎn)：必須絕對(duì)安全、便于操作、穩(wěn)定性好。本文結(jié)合當(dāng)前中國(guó)提升機(jī)電控系統(tǒng)的實(shí)際情況，需要走一條傳統(tǒng)與新型結(jié)合的道路，符合中國(guó)國(guó)情的道路，那就是與PLC技術(shù)相結(jié)合。因?yàn)镻LC技術(shù)可以將現(xiàn)有設(shè)備能力提升，表現(xiàn)在監(jiān)測(cè)和控制功能上尤為突出，應(yīng)用PLC拓展網(wǎng)絡(luò)功能即可實(shí)現(xiàn)。本文旨在分析研究PLC技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用，針對(duì)交流提升機(jī)電控系統(tǒng)，對(duì)該技術(shù)對(duì)電控系統(tǒng)的控制做了有效設(shè)計(jì)，闡釋了PLC技術(shù)的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：電控系統(tǒng)；PLC技術(shù)；礦井交流提升機(jī)；電控系統(tǒng)

專門(mén)為工業(yè)量身定做的PLC，是目前編程最容易、最省力、最省時(shí)的代表。同時(shí)有著卓越的性能，例如：超高性價(jià)比、穩(wěn)定性強(qiáng)、扛干擾能力強(qiáng)、便于維護(hù)、較高的集成化與自動(dòng)化程度，可以實(shí)現(xiàn)繁瑣復(fù)雜的邏輯計(jì)算，是傳統(tǒng)繼電器技術(shù)與計(jì)算機(jī)相結(jié)合的產(chǎn)物。僅僅二十年的歷史，從PLC產(chǎn)生直至發(fā)展應(yīng)用。但這二十年間卻帶來(lái)了顛覆性的變化，對(duì)過(guò)時(shí)的繼電器系統(tǒng)產(chǎn)生極大沖擊，并且在與現(xiàn)代控制系統(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)中，毫不遜色，實(shí)現(xiàn)了控制設(shè)備的革命。只要有工業(yè)領(lǐng)域的地方，就有PLC的存在。工業(yè)機(jī)器人、PLC及數(shù)控機(jī)床，是目前工業(yè)領(lǐng)域自動(dòng)化的標(biāo)志，以及現(xiàn)代工業(yè)的支柱。從發(fā)展角度，PLC有兩大方向：實(shí)用性兼顧簡(jiǎn)單操作、性價(jià)比高、設(shè)備體積??；功能性高、穩(wěn)定性好、體積大。兩種方向各有特色，能夠滿足不同工業(yè)生產(chǎn)需求。

1. PLC技術(shù)的發(fā)展概況

PLC，中文譯名：可編程控制器，在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，普及面、重要性、應(yīng)用型都非常多。專門(mén)為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，取代了原有的繼電器控制盤(pán)，相對(duì)于原始的控制盤(pán)，PLC可以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集整合、運(yùn)行過(guò)程操控、編碼邏輯控制等一系列任務(wù)。其主要硬件包括：輸出單元、擴(kuò)展接口、通信接口、輸入單元、通信模塊、擴(kuò)展接口、存儲(chǔ)器以及CPU。PLC和CPU是算控核心，輸入與輸出是鏈接CPU和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的電路接口。編程器和上位計(jì)算機(jī)外部鏈接，則通過(guò)通信接口。模塊式及整體式，是兩種PLC的硬件構(gòu)成方式。

如圖1所示：PLC模塊式硬件配置?；谶@樣的硬件配置，實(shí)現(xiàn)優(yōu)秀的邏輯控制，同時(shí)又能達(dá)到強(qiáng)力扛擾、強(qiáng)度應(yīng)用、獨(dú)具一格的效果。并且，在操作和功能上非常完善，簡(jiǎn)單直觀的操作模式，反映出在邏輯控制方面的優(yōu)勢(shì)。要想煤礦提升機(jī)能夠穩(wěn)定高效地運(yùn)轉(zhuǎn)，就必須做好礦提升系統(tǒng)，這是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。正因如此，以下的方案設(shè)計(jì)，本著合理地將PLC技術(shù)運(yùn)用到礦井提升機(jī)系統(tǒng)上，通過(guò)改良控制系統(tǒng)，將性能優(yōu)勢(shì)最大化，進(jìn)而提高工作效率和性能，旨在為生產(chǎn)安全的穩(wěn)定和效率提升上，做出貢獻(xiàn)。

2. PLC技術(shù)在礦井提升機(jī)中的應(yīng)用

2.1礦井交流提升機(jī)電控系統(tǒng)組成

（1）工藝控制

主要表現(xiàn)在性能上的完美，例如靈活性強(qiáng)，方便編程等等。為保證聯(lián)鎖功能的穩(wěn)定性，以及流程控制上的提升，在其流程操控時(shí)，不會(huì)簡(jiǎn)單采用替代法，二是將PLC的邏輯關(guān)系用多重檢驗(yàn)和聯(lián)鎖。這樣形成完整的監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)于故障處理斬?cái)嗉安倏囟挤浅７奖恪?/p>

（2）監(jiān)視系統(tǒng)

監(jiān)視系統(tǒng)在提升過(guò)程中的應(yīng)用，通過(guò)井筒開(kāi)關(guān)及配備PLC的電子裝置，得以實(shí)現(xiàn)。主要體現(xiàn)在：速段超速監(jiān)視、過(guò)卷監(jiān)視、減速段速和終端監(jiān)視。出于對(duì)安全性的考慮，提升機(jī)運(yùn)行中監(jiān)視系統(tǒng)的特點(diǎn)鮮明：

①將提升機(jī)速控裝置與終端監(jiān)視裝置獨(dú)立開(kāi)，在系統(tǒng)之外裝置安全監(jiān)視。

②冗余系統(tǒng)穩(wěn)定安全，由兩套同類的系統(tǒng)構(gòu)成PLC電子式裝置。

（3）行程控制

為確保提升容器準(zhǔn)確停在預(yù)設(shè)位置，提升機(jī)實(shí)質(zhì)上更強(qiáng)調(diào)行程上的控制。基本利用加速度操控，這樣既照顧到人在副井提升時(shí)的感覺(jué)，又能避免設(shè)備或鋼絲繩的沖擊力度。要想高效生產(chǎn)，則要降低提升時(shí)長(zhǎng)，理想狀態(tài)是無(wú)爬行控制。當(dāng)今，最實(shí)用的方式，是通過(guò)光一電增量式轉(zhuǎn)角一脈沖變換器，經(jīng)PLC采集、處理并計(jì)算出位移，輸出速度給定信號(hào)。這些都通過(guò)PLC構(gòu)成數(shù)字式行程給定裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。

（4）制動(dòng)系統(tǒng)

對(duì)于制動(dòng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，對(duì)其他工序的監(jiān)控必不可少。當(dāng)然，是在保證安全穩(wěn)定的工作制動(dòng)的基礎(chǔ)上。例如，控制制動(dòng)用液壓站。但是考慮到安全回路和技術(shù)要求的無(wú)差別性，通常都是靠?jī)蓚€(gè)PLC組成，每個(gè)PLC輸出必由另一臺(tái)輸出監(jiān)視，保證發(fā)生故障時(shí)，制動(dòng)閥還能照常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.2基于PLC的控制電路設(shè)計(jì)

基于PLC技術(shù)的交流提升機(jī)電控系統(tǒng)控制電路組成結(jié)構(gòu)如圖2所示。司機(jī)將制動(dòng)手柄向前推離緊閘位置，主電動(dòng)機(jī)松閘。司機(jī)將主令控制器的操作手柄推向正向（或反向）極端位置，主控PLC通過(guò)程序控制高壓換向器首得電，使高壓信號(hào)送入主電動(dòng)機(jī)定子繞組，主電動(dòng)機(jī)接入全部轉(zhuǎn)子電阻啟動(dòng)，然后依次切除8段電阻，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加速，最后運(yùn)行在自然機(jī)械特性上。交流提升機(jī)運(yùn)行時(shí)，旋轉(zhuǎn)編碼器跟隨主電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出2列A/ B相脈沖，分別接到主控PLC的高速計(jì)數(shù)HSCO的A/B相脈沖輸入端，由主控PLC根據(jù)A/B脈沖的相位關(guān)系，自動(dòng)確定HSCO的加、減計(jì)數(shù)方式。根據(jù)HSCO的計(jì)算值，就可以計(jì)算出提升行程并顯示。

2.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)

PLC軟件設(shè)計(jì)非常周全，特殊的保護(hù)措施能維護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，在性能之外，兼顧安全。有幾點(diǎn)突出表現(xiàn)，例如：油溫油壓超限、預(yù)防倒車(chē)、滿煤倉(cāng)、過(guò)流電動(dòng)機(jī)、高低壓電源失電欠壓、PLC與繼電器回路、松繩、方向錯(cuò)誤、電氣或機(jī)械過(guò)卷、閘瓦磨損保護(hù)。

（1）及時(shí)跳開(kāi)安全回路十分必要，尤其是其中某個(gè)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)。想做到這點(diǎn)，就必須將測(cè)速發(fā)電機(jī)及脈沖編碼器，進(jìn)行多角度實(shí)時(shí)的狀態(tài)監(jiān)控。因此PLC控制系統(tǒng)，在速度檢測(cè)控制、位置監(jiān)測(cè)控制尤為重要，實(shí)現(xiàn)了測(cè)速發(fā)電機(jī)和控脈沖編碼器的互相監(jiān)視。

圖1

（2）為降低故障率和影響度，需要對(duì)接點(diǎn)進(jìn)行反饋監(jiān)視。諸如全速過(guò)卷或者高壓電不掉電這樣重大的安全事故，大多都是由于線圈故障造成的。特別是接點(diǎn)反饋錯(cuò)誤，是提升機(jī)出現(xiàn)的大多數(shù)故障，當(dāng)PLC輸出信號(hào)，但接觸器或繼電器誤動(dòng)與拒動(dòng)，都會(huì)造成相當(dāng)嚴(yán)重的后果。

（3）減速點(diǎn)運(yùn)行時(shí)間，如果運(yùn)行時(shí)間超出范圍，自動(dòng)減速功能就會(huì)被啟動(dòng)。通過(guò)運(yùn)算實(shí)際方位，當(dāng)判定達(dá)到減速點(diǎn)，后備保護(hù)機(jī)制會(huì)自啟動(dòng)保護(hù)功能。這種情況主要出現(xiàn)在機(jī)械減速開(kāi)關(guān)失靈，或者脈沖編碼器失靈的情況下。

（4）有時(shí)會(huì)檢測(cè)出邏輯上的失誤，這需要靠程序邏輯錯(cuò)誤編制系統(tǒng)，當(dāng)檢測(cè)出錯(cuò)誤時(shí)，采取一系列安全措施來(lái)彌補(bǔ)。

3. PLC技術(shù)在礦井提升系統(tǒng)的應(yīng)用前景

為提高我國(guó)礦井的現(xiàn)代化水平，尤其是在電控系統(tǒng)上。要做到兩點(diǎn)：其一是模糊控制和智能控制，實(shí)現(xiàn)有針對(duì)性的局部回路。需要將電控系統(tǒng)與高科技控制策略技術(shù)相融合，取長(zhǎng)補(bǔ)短。其二是采用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，把電控系統(tǒng)進(jìn)行功能擴(kuò)展。

（1）網(wǎng)絡(luò)通信?？深A(yù)見(jiàn)的將來(lái)必須要實(shí)現(xiàn)參數(shù)傳輸，將PLC本身專用通信模塊，組裝成上下位機(jī)操控程序。以此來(lái)建立網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境，并且不斷完善和發(fā)展它。網(wǎng)絡(luò)通信這項(xiàng)重要的功能，在未來(lái)高科技的控制系統(tǒng)中，是主方向。

（2）PLC標(biāo)準(zhǔn)化。根據(jù)PLC的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，采用開(kāi)放式的設(shè)計(jì)模式，將統(tǒng)一規(guī)范的總線、結(jié)構(gòu)、編程方式、語(yǔ)言規(guī)則在行業(yè)內(nèi)推行，做到用戶接口標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化、編程接口標(biāo)準(zhǔn)化、編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)化。

（3）智能控制。由于提升系統(tǒng)本身的復(fù)雜性，使得系統(tǒng)精確地控制模型難于建立，導(dǎo)致傳統(tǒng)的電控系統(tǒng)存在控制不準(zhǔn)確的缺陷。隨著硬件技術(shù)的不斷發(fā)展和先進(jìn)控制策略的不斷引入，有可能首先對(duì)提升電控系統(tǒng)的部分回路，實(shí)現(xiàn)智能控制，從而提高系統(tǒng)的控制精度。

結(jié)語(yǔ)

將可編程程序控制器引入礦井提升電控系統(tǒng)，已在國(guó)內(nèi)許多礦山企業(yè)獲得成功，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，考慮提升機(jī)工作環(huán)境和工作性質(zhì)的特殊性，應(yīng)以穩(wěn)定性和可靠性為主。用PLC技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)，不但可以加強(qiáng)系統(tǒng)的控制功能，加強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)故障的判別能力，而且也將極大地提高系統(tǒng)的安全可靠性和生產(chǎn)效率；而在現(xiàn)有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步擴(kuò)充網(wǎng)絡(luò)功能和基于先進(jìn)策略的控制技術(shù)將是礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)的發(fā)展方向。

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中圖分類號(hào)：TM76

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