基于PLC的礦井提升機(jī)變頻控制系統(tǒng)研究

周生方　盛兆峰　石亞洲

摘 要：基于PLC的礦井提升機(jī)變頻控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是便于操作、人機(jī)界面好、調(diào)速性能優(yōu)良、可以動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)、節(jié)能效果好等，因而大大提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為此，本文主要闡述了PLC變頻控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：PLC；礦井提升機(jī)；變頻控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.23.113

0 引言

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)的變頻技術(shù)越來(lái)越進(jìn)步和發(fā)展，非常便于調(diào)速， 以及具備良好的穩(wěn)定性與性能，因而在一系列的行業(yè)中被普遍地應(yīng)用。PLC（可編程控制其）作為一種電子系統(tǒng)可以操作和運(yùn)算數(shù)字，可以控制順序等，因而其優(yōu)勢(shì)是抗干擾能力強(qiáng)、便于編程、適應(yīng)性強(qiáng)等。相比于傳統(tǒng)的繼電器控制，PLC控制器應(yīng)用于礦井提升機(jī)中，可以提高控制精度與制動(dòng)可靠性，從而使生產(chǎn)當(dāng)中的故障現(xiàn)象大大地減少。

1 PLC 變頻控制分析

作為一種運(yùn)算操作數(shù)字的PLC（編程控制器）的電子系統(tǒng)的特點(diǎn)是便于操作、編程簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性強(qiáng)、抗干擾性強(qiáng)、應(yīng)用廣泛、通用性強(qiáng)等，相比于傳統(tǒng)的繼電器控制，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用PLC有著顯著的優(yōu)勢(shì)?；赑LC的礦井提升機(jī)變頻控制實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)安全性與穩(wěn)定性的提升，通過(guò)PLC控制安全制動(dòng)、松閘制動(dòng)、緊閘制動(dòng)、安全保護(hù)、過(guò)程等。并且，速度反饋信號(hào)應(yīng)用測(cè)速發(fā)電機(jī)與旋轉(zhuǎn)編碼器，以及安全回路屬于雙線制動(dòng)，在出現(xiàn)故障的時(shí)候能夠?qū)嵤┮患?jí)制動(dòng)或二級(jí)制動(dòng)。除此之外，整個(gè)控制系統(tǒng)涵蓋制動(dòng)電阻柜、PLC柜、電源柜、變頻柜、操作臺(tái)等等。

2 基于PLC的礦井提升機(jī)變頻控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 基于PLC的礦井提升機(jī)變頻控制系統(tǒng)

對(duì)于礦井提升機(jī)變頻控制系統(tǒng)來(lái)講，變頻調(diào)速重點(diǎn)是對(duì)定子供電頻率進(jìn)行改變的基礎(chǔ)上使電機(jī)的速度獲得調(diào)整。在調(diào)速的全部過(guò)程中，其機(jī)械特點(diǎn)大致上平行于自然機(jī)械特點(diǎn)，跟調(diào)低速和調(diào)高速不存在任何的關(guān)系，變頻調(diào)速可以跟礦井提升機(jī)的獨(dú)特運(yùn)行環(huán)境相適應(yīng)，以及具備優(yōu)良的節(jié)電效果?？刂葡到y(tǒng)應(yīng)用PLC（微處理器）可以監(jiān)控與保護(hù)提升系統(tǒng)，從而使系統(tǒng)的精確性與安全性提升。

2.2 基于PLC的礦井提升機(jī)變頻控制PLC軟件設(shè)計(jì)

2.2.1 PLC軟件的整體構(gòu)造

上位機(jī)與PLC是變頻控制系統(tǒng)的核心控制部分，因此在設(shè)計(jì)軟件中重點(diǎn)涵蓋上位組態(tài)軟件與PLC控制。對(duì)于PLC控制軟件來(lái)，其重要作用是控制提升機(jī)的停車、加速、啟動(dòng)、減速過(guò)程，從而采集和處理數(shù)據(jù)信息。在設(shè)計(jì)PLC軟件的過(guò)程中，兼顧到過(guò)程的復(fù)雜化，程序的編程應(yīng)用主子程序模塊化次序的構(gòu)造，由主循環(huán)程序調(diào)用執(zhí)行系統(tǒng)的一系列子程序，根據(jù)事前輸入的控制程序使自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)。

2.2.2 雙CPU冗余控制系統(tǒng)

系統(tǒng)中對(duì)兩套CPU模塊進(jìn)行了應(yīng)用，其中一套是工作主機(jī)，另外一套是備用部分，由軟件編程進(jìn)行兩套CPU模塊的主控權(quán)轉(zhuǎn)移和狀態(tài)監(jiān)視。在工作主機(jī)出現(xiàn)故障的時(shí)候，應(yīng)用編程的軟件轉(zhuǎn)變備用的CPU為工作主機(jī)。固有的工作主機(jī)在排除故障之后向備用的CPU轉(zhuǎn)變。其中，系統(tǒng)務(wù)必應(yīng)用一種型號(hào)的CPU。

2.2.3 配置變頻調(diào)速

矢量控制是變頻調(diào)速的應(yīng)用理念，大功率變頻在轉(zhuǎn)變工頻三相交流電的交——直變換之后，通過(guò)逆變器應(yīng)用設(shè)計(jì)的參數(shù)實(shí)現(xiàn)逆變，從而使某個(gè)既定頻率的交流電輸出。因?yàn)樵谙到y(tǒng)中轉(zhuǎn)速和頻率的關(guān)系是接近線性，變頻器對(duì)輸出頻率進(jìn)行控制，以使電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速進(jìn)行改變。其中，是在PLC設(shè)計(jì)中配置礦井提升機(jī)工作速度的S形速度曲線。S形速度曲線的執(zhí)行操作，在啟動(dòng)加速的時(shí)期，提升機(jī)的行程不存在，結(jié)合固定的行程方式進(jìn)行調(diào)速，重點(diǎn)是對(duì)變頻器輸出頻率進(jìn)行調(diào)整的情況下，能夠結(jié)合實(shí)際現(xiàn)狀應(yīng)用操作臺(tái)速度控制手柄實(shí)現(xiàn)輔助調(diào)節(jié)。系統(tǒng)結(jié)合旋轉(zhuǎn)編碼器得到主電機(jī)的轉(zhuǎn)速，且向可編程控制器中傳入信息，然后PLC處理相應(yīng)的數(shù)據(jù)，以及為操作工作者呈現(xiàn)，最后操作工作者結(jié)合PLC對(duì)控制命令進(jìn)行發(fā)送，從而調(diào)控變頻器的速度。

3 基于PLC的提升機(jī)變頻控制系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 應(yīng)用于運(yùn)行過(guò)程中

在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中的，礦井提升機(jī)的關(guān)鍵作用是輸送人員、物料、礦石等。然而，基于我國(guó)加速工業(yè)化步伐的影響下，增加了需要的煤炭量，并且采煤的環(huán)境也越來(lái)越惡劣。這樣一來(lái)，對(duì)礦井提升機(jī)的要求越來(lái)越高。在控制提升機(jī)的過(guò)程中，重點(diǎn)是控制提升機(jī)的機(jī)位，需要比較高的精確度，當(dāng)今結(jié)合微機(jī)控制可以實(shí)現(xiàn)士2cm的精確度。在進(jìn)行提升的時(shí)候，PLC控制系統(tǒng)對(duì)一系列的井筒位置、鋼絲繩打滑、轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)角脈沖等一系列傳感信號(hào)進(jìn)行采集，從而能夠監(jiān)視全部的運(yùn)行過(guò)程。能夠劃分信號(hào)為裝置工作現(xiàn)狀信號(hào)和工況參數(shù)信號(hào)，在結(jié)合PLC 的處理之后向操作工作者反饋，操作工作者能夠?qū)崟r(shí)地處理故障，從而提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3.2 應(yīng)用于系統(tǒng)安全保護(hù)中

設(shè)計(jì)PLC的安全回路重點(diǎn)是使提升機(jī)控制、電氣故障、機(jī)械等都處在安全保護(hù)中，以及保障操作工作者與裝置的安全性，重點(diǎn)能夠?qū)嵤┫旅娴谋Ｗo(hù)對(duì)策：一是呈現(xiàn)報(bào)警。在運(yùn)行參數(shù)不正常的情況下，像是在冷卻器溫度比較高的情況下，保護(hù)系統(tǒng)能夠呈現(xiàn)報(bào)警。二是不能二次開(kāi)車。在提升機(jī)裝置存在不正常情況的時(shí)候，倘若電機(jī)繞組太熱，那么提升機(jī)不可以又一次地進(jìn)行啟動(dòng)。三是迅速地進(jìn)行電氣制動(dòng)。對(duì)于運(yùn)行過(guò)程中的提升機(jī)發(fā)生故障的情況下，提升機(jī)迅速地進(jìn)行制動(dòng)，然后暫停工作。四是迅速地進(jìn)行安全制動(dòng)。系統(tǒng)保護(hù)的最后一個(gè)方面是安全制動(dòng)，在安全回路自身或提升機(jī)發(fā)生故障的情況下，可以使安全制動(dòng)準(zhǔn)確地執(zhí)行。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在礦井中應(yīng)用PLC變頻控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)提升機(jī)控制性能的大大提升，其有著非常多的作用以及普遍的應(yīng)用價(jià)值，然而，該系統(tǒng)的不足之處是設(shè)計(jì)程序復(fù)雜化，因而要求不斷加以地分析與優(yōu)化。

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作者簡(jiǎn)介：周生方（1990-），男，山東嘉祥人，本科，助理工程師。endprint