基于S7—300PLC的井深自適應(yīng)技術(shù)在礦山建井提升機(jī)中的應(yīng)用

李俊強(qiáng)　封安波

摘 要：在現(xiàn)代礦井提升機(jī)控制技術(shù)基礎(chǔ)上，利用西門子S7-300系列PLC的強(qiáng)大功能，提出了礦山建井工礦下的井深自適應(yīng)控制思路，構(gòu)建了建井提升機(jī)井深自適應(yīng)控制系統(tǒng)總圖，闡明了井深自適應(yīng)技術(shù)計(jì)算原理，并依據(jù)中煤依蘭三礦建井現(xiàn)場(chǎng)工礦，編制了井深自適應(yīng)計(jì)算邏輯程序，部署實(shí)施方案，實(shí)現(xiàn)了該技術(shù)在建井現(xiàn)場(chǎng)的成功應(yīng)用。

關(guān)鍵詞： S7-300 PLC；礦山建井；井深自適應(yīng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.250

0 引言

開(kāi)鑿井筒是新建礦山地下工程實(shí)施的第一步，也是礦山籌建的重要一環(huán)。建井提升機(jī)承擔(dān)著提升物料和運(yùn)送人員設(shè)備的任務(wù)，建井過(guò)程中，要面臨地下水、巖石等復(fù)雜的地質(zhì)條件，因此，對(duì)提升機(jī)控制提出了較高要求。在傳統(tǒng)建井提升機(jī)控制系統(tǒng)中，多采用繞線交流電機(jī)配套TKD調(diào)速控制系統(tǒng)，提升機(jī)操控司機(jī)對(duì)當(dāng)次提升行程只能通過(guò)井工人員反饋，并通過(guò)打點(diǎn)信號(hào)和定點(diǎn)視頻影像做出判斷并進(jìn)行手動(dòng)控制，存在加減速不平順和停車位置不精準(zhǔn)問(wèn)題，提升質(zhì)量和效率往往因人而異，鑿井深度不斷變化對(duì)司機(jī)應(yīng)變存在考驗(yàn)。隨著現(xiàn)代電力電子和PLC技術(shù)的不斷發(fā)展和推廣，目前建井提升機(jī)的驅(qū)動(dòng)調(diào)速越來(lái)越多的使用變頻器，操控和行程計(jì)算采用PLC技術(shù)，在此基礎(chǔ)上，井深自適應(yīng)技術(shù)的提出適逢其時(shí)。

1 礦山建井提升機(jī)控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

在圖1中，提升機(jī)一般為單繩纏繞式提升機(jī)；電機(jī)多采用繞線式交流異步電機(jī)或鼠籠式交流異步電機(jī)；編碼器為每周2048脈沖的高精度增量式編碼器；主控采用西門子S7-300系列PLC；上位機(jī)安裝有基于winCC設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)；操控臺(tái)上設(shè)置有手柄及各種控制開(kāi)關(guān)，且具有系統(tǒng)狀態(tài)顯示和故障告警指示功能；變頻器接受主控PLC控制命令和速度給定信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的變頻驅(qū)動(dòng)。

2 井深自適應(yīng)技術(shù)計(jì)算原理

2.1 編碼器單位脈沖米數(shù)計(jì)算

鋼絲繩規(guī)則地纏繞于提升機(jī)滾筒上，滾筒直徑約等于纏繞直徑。增量式編碼器安裝于電機(jī)或滾筒軸端，跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)。如果編碼器采用和滾筒直連方式，則滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)一周，編碼器生成2048個(gè)脈沖；如果編碼器和電機(jī)直連或安裝于其它機(jī)械部件上，則需考慮減速比。

假設(shè)，滾筒直徑為，減速比為，編碼器單個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的米數(shù)為，則可得出下式：

2.2 提升機(jī)實(shí)時(shí)行程計(jì)算

假設(shè)提升機(jī)起動(dòng)時(shí)，編碼器脈沖數(shù)為，啟動(dòng)后編碼器的實(shí)時(shí)脈沖數(shù)為，則可得出當(dāng)前提升機(jī)的實(shí)時(shí)行程。

2.3 提升機(jī)實(shí)時(shí)速度計(jì)算

由于提升機(jī)實(shí)時(shí)速度不斷變化，為提高計(jì)算精度采用了時(shí)間增量的概念，時(shí)間增量越小，計(jì)算精度越高。受限于PLC的中斷時(shí)間，一般時(shí)間增量取200ms。假設(shè)，某個(gè)時(shí)間增量區(qū)間內(nèi)起點(diǎn)脈沖數(shù)為，終點(diǎn)脈沖數(shù)為，則可得出實(shí)時(shí)速度。

2.4 井深自適應(yīng)判斷

假設(shè)，當(dāng)提升容器位于井口齊平位置時(shí)，井深為，編碼器脈沖數(shù)為零，提升容器自井口齊平位置下行，編碼器隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖數(shù)不斷增加。若將當(dāng)前開(kāi)鑿井深定義為，提升容器下放至深度時(shí)，編碼器生成脈沖數(shù)為。當(dāng)開(kāi)鑿工程繼續(xù)向下進(jìn)行，開(kāi)鑿深度變?yōu)?，?duì)應(yīng)編碼器脈沖數(shù)為，此時(shí)，，。在PLC中，通過(guò)對(duì)比邏輯判斷，將覆蓋，成為新的井深值，寄存于數(shù)據(jù)塊中。

2.5 速度運(yùn)行曲線的自適應(yīng)動(dòng)態(tài)變化

建井提升機(jī)控制系統(tǒng)中，S7-300 PLC功能之一是生成運(yùn)行速度曲線，運(yùn)行速度曲線由加速、勻速、減速、爬行等四個(gè)階段，分別由加速度、速度限幅、減速度和爬行速度來(lái)確定。下面，逐個(gè)分析其計(jì)算原理。

（1）加速度的確定。當(dāng)開(kāi)鑿井深較小時(shí)，由于提升行程短，加速度賦值較小，隨著井深的的不斷增大，為提高提升效率，加速度也不斷增大。本文中，將設(shè)計(jì)井深分為4個(gè)區(qū)間（對(duì)于超大井深可適當(dāng)增加區(qū)間數(shù)），分別對(duì)應(yīng)加速度、、、。

（2）速度限幅的確定。定義速度限幅為，設(shè)定一個(gè)合適的系數(shù)，與不斷更新的井深值形成一定的比例關(guān)系。

（3）爬行速度的確定。定義爬行速度為，爬行行程為，一般建井工礦下，爬行速度可確定為，爬行行程根據(jù)井口裝置狀況進(jìn)行確定。

（4）減速度的計(jì)算。定義減速度為，根據(jù)建井工礦確定減速點(diǎn)后，減速行程即可確定為，減速度的大小主要取決于速度限幅，因此可依據(jù)下式計(jì)算。

3 結(jié)語(yǔ)

井深自適應(yīng)技術(shù)在礦山建井提升機(jī)上獲得成功應(yīng)用后，極大地簡(jiǎn)化了操作司機(jī)的手動(dòng)操作步驟，緩解了司機(jī)的工作壓力，顯著提高了提升效率，從起停車穩(wěn)定性、加減速平滑度、近井口爬行平穩(wěn)性等方面相較于TKD調(diào)速系統(tǒng)有明顯改善，另外，在提升機(jī)運(yùn)行安全上也有較大改觀。