礦用提升機(jī)電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

王喜順

【摘 ?要】自從我國進(jìn)入到一個(gè)社會(huì)主義現(xiàn)代化的改革開放國家進(jìn)程中以后，整個(gè)工業(yè)化的水平得到了明顯的提升，其中最為明顯的就是工業(yè)自動(dòng)化的控制模式應(yīng)用。相對(duì)于傳統(tǒng)的自動(dòng)化控制模式而言，現(xiàn)階段在礦用提升機(jī)電控系統(tǒng)中所應(yīng)有的自動(dòng)化模式將能夠幫助工作效率的提升和工作水平的進(jìn)步，從而使得整個(gè)礦業(yè)操作的工作實(shí)現(xiàn)了可靠性、穩(wěn)定性和安全性的本質(zhì)提升。本文則基于礦用提升機(jī)電控系統(tǒng)的相關(guān)概念和基本結(jié)構(gòu)為主要研究對(duì)象，論述其整體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從而更好地讓它服務(wù)于礦業(yè)工作的進(jìn)行。

【關(guān)鍵詞】礦業(yè)工作;礦用提升機(jī);電控系統(tǒng);PLC操作臺(tái);整體優(yōu)化

1.前言

我國自古就是一個(gè)地大物博、礦產(chǎn)資源豐富、地形地貌復(fù)雜的區(qū)域，因此在進(jìn)行采礦的過程中會(huì)面臨著較多的問題，這需要借助一些比較完善的設(shè)備來處理，最常用的就是礦用提升機(jī)，它作為礦山大型固定設(shè)備之一，有效地保證了井下與地面之間的運(yùn)輸工作穩(wěn)定的進(jìn)行。而就其工作而言，最重要的就是電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和完善，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，幫助整個(gè)電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，將有效地體現(xiàn)出工業(yè)自動(dòng)化控制的水平進(jìn)步。

2.項(xiàng)目背景

本文針對(duì)在山西省大同市某一煤礦集團(tuán)在進(jìn)行實(shí)際煤礦開采過程中的礦用提升機(jī)為研究對(duì)象，主要參數(shù)如下所示。項(xiàng)目的具體要求相對(duì)來說比較明顯，需要在礦用電控系統(tǒng)進(jìn)行工作的過程中，符合《煤礦安全規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定;而且在面對(duì)故障的時(shí)候還能夠進(jìn)行人工和自動(dòng)化的切換，實(shí)現(xiàn)了速度的控制和各種類型保護(hù)措施的落實(shí)[1]。整個(gè)項(xiàng)目的電控系統(tǒng)安全回路還需要被設(shè)計(jì)成為雙線制，才會(huì)保證在相應(yīng)的負(fù)載能力下實(shí)現(xiàn)工作的順利進(jìn)行。

3.礦用提升機(jī)電控系統(tǒng)的主要構(gòu)成及功能設(shè)計(jì)

為了使得礦用提升機(jī)能夠在實(shí)際的工程項(xiàng)目中發(fā)揮出巨大的作用，最關(guān)鍵、也是最重要的就是要控制好其電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，在現(xiàn)階段對(duì)礦用提升機(jī)進(jìn)行改革和技術(shù)優(yōu)化的過程中，一定要重視對(duì)電控系統(tǒng)的構(gòu)成要素做好分析。

3.1電控系統(tǒng)的構(gòu)成[2]

整個(gè)礦用提升機(jī)電控系統(tǒng)主要是由三個(gè)部分所構(gòu)成，其中最重要的就是操作站，是決定電控系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，此外有很多實(shí)際的工程和項(xiàng)目在進(jìn)行礦井挖掘的時(shí)候，還會(huì)給電控系統(tǒng)另外配備一個(gè)主令操作臺(tái)，防止由于操作技術(shù)的不規(guī)范和信號(hào)的傳遞不順利而引起故障。第二個(gè)重要的組成部分則是PLC控制站，該構(gòu)成部分將操作站所發(fā)出來的信息進(jìn)行收集和匯總，然后傳遞給下一級(jí)的處理平臺(tái)，方便信息的傳遞。第三個(gè)重要的電控系統(tǒng)構(gòu)成就是全數(shù)字直流動(dòng)系統(tǒng)，這是一種必須要借助以太網(wǎng)或者在實(shí)際的井下作業(yè)操作現(xiàn)場來進(jìn)行總線連接的系統(tǒng)，其又可以分為全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)C30和主回路（電樞可逆6相）這兩個(gè)主要的部分。上述這三種主要的礦用提升機(jī)電控系統(tǒng)能夠各司其職，并且積極主動(dòng)地配合著彼此之間的工作，是極其有助于工作效率的提升和經(jīng)濟(jì)效益的獲取。

3.2礦用提升機(jī)電控系統(tǒng)的主要功能分析

3.2.1全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)C30

C30是一種常見的模塊化處理器系統(tǒng)，現(xiàn)階段已經(jīng)被有效地應(yīng)用在了很多不同的社會(huì)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的過程中，將其安裝在適宜的工作平臺(tái)和機(jī)器上，是有助于機(jī)器的系統(tǒng)優(yōu)化和技術(shù)性提升。因此，在礦用提升機(jī)的技術(shù)改革過程中，必須要將全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用，幫助提升機(jī)工作效率的進(jìn)一步提升。而且C30這種借助模塊化處理電路的模式還具有很多的優(yōu)點(diǎn)，其中最為明顯的優(yōu)勢(shì)就是C30系統(tǒng)所涉及到的模塊類型比較少，對(duì)于實(shí)際工作的適應(yīng)性和通用性相對(duì)來說比較強(qiáng)，而且由于電控系統(tǒng)的硬件配置比較簡單，具體操作的時(shí)候并不需要耗費(fèi)大量的資源，最終實(shí)現(xiàn)了一個(gè)靈活的C30模塊化系統(tǒng)應(yīng)用[3]。在此基礎(chǔ)上，為了使得C30系統(tǒng)能夠更加適應(yīng)多樣化的工業(yè)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展，還需要配置不同的主回路形式，比較常見的12相橋串、12相橋井、電樞可逆等。這樣的一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)將相應(yīng)的PLC系統(tǒng)所兼具的功能進(jìn)行了重置和沿用，還會(huì)具備一定的適應(yīng)性和通信性。

3.2.2PLC控制站

本次研究所采取的PLC控制站均選擇了由德國西門子所設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的第S7系列產(chǎn)品，該種類型的產(chǎn)品具有很多較為先進(jìn)和完備的功能。第一點(diǎn)是能夠按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的工藝過程來實(shí)現(xiàn)PLC控制站與裝卸載I/O站之間的信息傳遞，以此來保證整個(gè)礦用提升機(jī)電控系統(tǒng)的起始和停止、運(yùn)行的具體方法和路徑、在第一時(shí)間處理工作的故障、并及時(shí)做好相應(yīng)的安全保護(hù)等措施都能夠平穩(wěn)、安定地運(yùn)行下去。第二點(diǎn)則是能夠在整個(gè)工作的過程中來實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化的形成控制，進(jìn)一步保證了罐籠能夠在S型的速度曲線下運(yùn)動(dòng)，幫助罐籠實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加速、變速等。

3.2.3操作站

操作站是整個(gè)礦用提升機(jī)電控系統(tǒng)中做出指令的中樞結(jié)構(gòu)，主要是由工控機(jī)、顯示器以及打印機(jī)等設(shè)備組成的，除此以外，為了使得操作站能夠和PLC控制站結(jié)合在一起進(jìn)行工作，還需要下載相應(yīng)的軟件來進(jìn)行整體的操控。當(dāng)操作站在處理過一些工作之后還會(huì)將相應(yīng)的工作情況展現(xiàn)在屏幕上，幫助工作人員更好地檢測整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)展穩(wěn)定性，這些主要是通過清晰的動(dòng)態(tài)畫面來實(shí)現(xiàn)的，例如對(duì)于電源系統(tǒng)的配置畫面、設(shè)備及部件監(jiān)控畫面、運(yùn)行跟蹤畫面、信息記錄庫及畫面、動(dòng)態(tài)曲線等，都有了一個(gè)直觀的圖面解釋，極其方便被相應(yīng)的工作人員所理解和觀察[4]。操作站還能夠?qū)ο到y(tǒng)的故障處理和相應(yīng)操作信息的定位做出詳細(xì)的分析，幫助全數(shù)字傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行和故障狀態(tài)、發(fā)生故障時(shí)提升機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)等做好及時(shí)地監(jiān)控，而且還能夠把整個(gè)工作過程進(jìn)行記錄，以信號(hào)轉(zhuǎn)換的模式來存儲(chǔ)在硬盤中，從而方便后期的查缺補(bǔ)漏和工作步驟監(jiān)控。

3.2.4變頻調(diào)速系統(tǒng)

由于電控系統(tǒng)采用新風(fēng)光高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)和兩套西門子S7-300共同控制的，在其內(nèi)部采取的變頻器是風(fēng)光JD-BP37/38T型高壓四象限（能量回饋型）變頻器，是一種利用先進(jìn)的矢量控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)變頻器功率電源的合理控制[5]。

3.3礦用提升機(jī)電控系統(tǒng)的抗干擾能力設(shè)計(jì)

首先就是要對(duì)抗干擾的措施進(jìn)行規(guī)定，主要目的是防止從交流電源線引入相應(yīng)的干擾因素。電源濾波器則是在將電子電路系統(tǒng)的各個(gè)線路接在電源變壓器之前，讓交流50 Hz基波順利通過，從而將較高頻率的干擾信號(hào)進(jìn)行過濾，這樣幫助礦用提升機(jī)的電控系統(tǒng)有效消除了電源串模干擾，還需要采取0.01～0.1μF的無極性電容，將其并聯(lián)到直流穩(wěn)壓電路之中，有效過濾掉較高頻率的干擾。其次是對(duì)在整個(gè)電控系統(tǒng)信號(hào)通道中的干擾進(jìn)行控制，需要注意的是在電控系統(tǒng)進(jìn)行長線傳輸?shù)倪^程中要注意對(duì)阻抗的匹配，也就是實(shí)際過程中負(fù)載與雙絞線特性阻抗之間的匹配，落實(shí)好這一工作能夠促進(jìn)傳輸?shù)姆€(wěn)定性維持。

4.礦用提升機(jī)電控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

在對(duì)礦用提升機(jī)電控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)的過程中最重要的一點(diǎn)就是雙PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通俗的說就是引入兩套完備功能的S7-300控制系統(tǒng)，來幫助提升整個(gè)礦用提升機(jī)電控系統(tǒng)的穩(wěn)定性。具體的形式有兩種，一種是一個(gè)對(duì)應(yīng)一個(gè)編碼器，另一種則是由凸輪板、測速電機(jī)、編碼器結(jié)合起來進(jìn)行整體的電控工作落實(shí)。其實(shí)是在考慮到安全性的過程中，要對(duì)整個(gè)礦用提升機(jī)進(jìn)行安全回路設(shè)計(jì)，主要是實(shí)現(xiàn)位于PLC程序中的安全回路設(shè)計(jì)和由繼電器開關(guān)串聯(lián)而形成的一種硬件安全回路，旨在發(fā)生故障的時(shí)候能夠及時(shí)切換以實(shí)現(xiàn)工作穩(wěn)定性的提升[6]。

5.礦用提升機(jī)電控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

礦用提升機(jī)電控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)即在計(jì)算機(jī)的控制下來進(jìn)行相應(yīng)基于PLC操作的軟件優(yōu)化，其中對(duì)于所采取的西門子S7-300系列進(jìn)行編程語言的分析和優(yōu)化，這些則是通過梯形圖、功能塊圖、指令表（語句表）這三者基本的編程語言來完成。所謂的梯形表，簡稱為LAD，只一種最為普遍的編程語言，由于其余繼電器的相似性很容易被相當(dāng)多的工程人員所掌握并加以應(yīng)用。而針對(duì)語句表，簡稱為STL來說，則需要通過語句的表達(dá)功能來實(shí)現(xiàn)一些難以完成的工作運(yùn)行。

6.結(jié)束語

綜上所述，作者在本文之中對(duì)礦用提升機(jī)電控系統(tǒng)進(jìn)行了全面的剖析，希望能夠給予大家一些啟發(fā)，并且希望大家在閱讀本文之后能夠進(jìn)行積極的反饋，從而全面的推進(jìn)其發(fā)展。除此之外，為了使得我國的工業(yè)化實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制水平的提升，以礦用提升機(jī)為主要的研究對(duì)象，以實(shí)現(xiàn)一個(gè)完備的全數(shù)字直流傳動(dòng)系統(tǒng)為設(shè)計(jì)目標(biāo)來進(jìn)行操作，一方面是保證了整個(gè)礦用提升機(jī)電控系統(tǒng)的工作效率被有效地提升，另一方面還能夠及時(shí)地進(jìn)行不同模式的切換。從而，使得該種類型的電控系統(tǒng)應(yīng)用范圍變得越來越廣泛，為幫助我國工業(yè)化社會(huì)的建設(shè)而貢獻(xiàn)出自己的一份力量。

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（作者單位：天津華寧電子有限公司）