基于PLC的提升機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王猛

摘?要： 現(xiàn)如今，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，PLC的提升機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)越來越受到關(guān)注。我國在礦用提升機(jī)的應(yīng)用當(dāng)中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)是通過交流異步電機(jī)，然后配置了繼電器以及接觸器相應(yīng)的部件，整體的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單化，調(diào)速的性能比較差，應(yīng)用中也比較容易出現(xiàn)問題，并對(duì)后期的維護(hù)工作也會(huì)增加難度。為能夠更好的適應(yīng)市場(chǎng)發(fā)展需求，就要注重礦用提升機(jī)控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，為井下作業(yè)提供支持。

關(guān)鍵詞： PLC;提升機(jī)控制;系統(tǒng)設(shè)計(jì)

【中圖分類號(hào)】TD534?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A?【文章編號(hào)】1674-3733（2020）03-0168-02

引言：鐵礦提升機(jī)作為鐵礦最重要的大型機(jī)電設(shè)備之一，承擔(dān)著提升人員、材料、煤炭的任務(wù)，其安全、可靠、穩(wěn)定的運(yùn)行至關(guān)重要。PLC以其可靠性高、編程容易、安裝方便等顯著優(yōu)點(diǎn)，用于鐵礦提升機(jī)控制系統(tǒng)，可以滿足安全與可靠性的要求，且節(jié)能環(huán)保，方便操作與維護(hù)。

1?我國礦用提升機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求

1.1?我國礦用提升機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀

我國在對(duì)礦用提升機(jī)的應(yīng)用發(fā)展上有著顯著的提升，但發(fā)展中也存在著一些不足之處，從礦用提升機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀能發(fā)現(xiàn)，我國提升機(jī)的應(yīng)用七成是通過串電阻調(diào)速交流拖動(dòng)的方式，主要有單繩以及多繩的系列，使用改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速的方式，調(diào)速的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)差功率，這樣就造成了電能的大幅向好轉(zhuǎn)子附加電阻，調(diào)速的效果比較差。很少提升機(jī)通過串級(jí)調(diào)速的方式，其調(diào)速的范圍相對(duì)比較窄，投資的規(guī)模也相對(duì)大。

1.2?我國礦用提升機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求

礦用提升機(jī)的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有著其需求，從提升機(jī)設(shè)備的應(yīng)用來看，使用比較多的是TKD系統(tǒng)，這是通過繼電器有觸點(diǎn)邏輯控制，通過磁放大器作為核心所組成的模擬量閉環(huán)調(diào)節(jié)，繼電器控制系統(tǒng)當(dāng)中完成控制任務(wù)所進(jìn)行支配控制系統(tǒng)工作程序是各分立元件通過導(dǎo)線連接實(shí)現(xiàn)的。這一控制系統(tǒng)在實(shí)際的應(yīng)用過程中還存在著諸多不足，這就需要對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)的應(yīng)用當(dāng)中采用大量繼電器以及接觸器和其他的分立電子元件等，系統(tǒng)的體積相對(duì)比較大，接線也較為復(fù)雜化，容易在工作當(dāng)中出現(xiàn)故障，控制系統(tǒng)的應(yīng)用可靠穩(wěn)定性相對(duì)比較差，控制的精度也很難滿足實(shí)際工作的需求。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)候由于罐籠的載重量存在不同，加速中不是按照預(yù)定參數(shù)實(shí)施，所以會(huì)出現(xiàn)停車不準(zhǔn)以及提前停車的現(xiàn)象問題。該控制系統(tǒng)中是磁放大器為核心的調(diào)節(jié)控制方式，線性度比較差，穩(wěn)定性不強(qiáng)，這就對(duì)調(diào)速的精度不能得到有效保障，并且系統(tǒng)的安全保護(hù)不全，故障顯示也不直觀。為能夠滿足礦用提升機(jī)的實(shí)際應(yīng)用需要，這就需要對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)。

2?PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

可編程控制器又稱為PLC（ProgrammableLogicCon-troller），是現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的控制器。目前，90%以上的大型電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用的均是PLC。本文所提出的提升機(jī)控制系統(tǒng)采用ABBAC800M。AC800M系列PLC控制器由CPU、輸入輸出模塊、可擴(kuò)展IO接口、電源以及內(nèi)部集成的各功能模塊構(gòu)成，通過計(jì)算機(jī)的CBM軟件編程并將程序?qū)懭隤LC控制器的CPU中，便可驅(qū)動(dòng)PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。AC800M的CPU內(nèi)置多個(gè)功能模塊，主要用于對(duì)時(shí)間要求苛刻、存儲(chǔ)器容量要求較大的任務(wù)，主要包括計(jì)數(shù)器模塊、閉環(huán)控制模塊、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定位模塊、伺服電動(dòng)機(jī)定位模塊以及位置輸入模塊、超聲波位置解碼器等工業(yè)標(biāo)識(shí)模塊。電源系統(tǒng)用于給CPU、擴(kuò)展IO接口電路以及編碼器、顯示器、變頻器和各類傳感器供電。AC800M處理器最多可擴(kuò)展模塊達(dá)到32個(gè)，在本系統(tǒng)中用于擴(kuò)展變頻器、光電編碼器、溫度傳感器、紅外定位傳感器、觸摸顯示屏、聲光報(bào)警系統(tǒng)以及各類開關(guān)及繼電器、電磁閥等。PLC系統(tǒng)具體控制流程：系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，PLC控制器收到上位機(jī)發(fā)送的開車指令，PLC隨即將變頻器接入電源。同時(shí)控制液壓制動(dòng)系統(tǒng)處于松開狀態(tài)，提升機(jī)開始工作。光電編碼器檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速，PLC控制器根據(jù)檢測(cè)信號(hào)發(fā)出速度控制信號(hào)，并由D/A轉(zhuǎn)換通道將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)，進(jìn)而控制變頻器進(jìn)行調(diào)速。當(dāng)故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到設(shè)備發(fā)生松繩、過卷、超速等情況時(shí)，PLC控制器可以快速做出調(diào)速或者制動(dòng)反應(yīng)，必要時(shí)還可人工采取緊急停車措施。同時(shí)PLC控制器設(shè)置了可供人工操作的液壓制動(dòng)手柄和提升下放手柄，可以人工控制提升機(jī)的工作狀態(tài)。

3?系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分析

上位機(jī)監(jiān)控軟件選用組態(tài)軟件WINCCV7.0進(jìn)行編寫，主要功能為數(shù)據(jù)搜集和流程操控，是實(shí)現(xiàn)提升機(jī)操控人機(jī)有效交互的必要保障，也是構(gòu)成整個(gè)提升機(jī)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵組分。該軟件不僅可以實(shí)現(xiàn)同PLC處理裝置的有效通訊，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的可視化操控，并將所有數(shù)據(jù)進(jìn)行分類歸檔，從而讓操作者獲得完善的數(shù)據(jù)信息，而且能有效接收操作者所發(fā)出的操控指令，并將指令傳輸至PLC芯片，實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)運(yùn)行的操控。結(jié)合具體使用需求，所設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)示意圖如下圖1所示，其主要功能主要包括6個(gè)方面：a）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。軟件具備良好的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理功能，可將提升機(jī)運(yùn)行過程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分類存儲(chǔ)，以便于后續(xù)的隨時(shí)查閱;b）監(jiān)控界面。軟件系統(tǒng)中設(shè)計(jì)有專門的人機(jī)交互界面，包括運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示、歷史曲線顯示、故障預(yù)警、行程校對(duì)等功能;c）同PLC通訊。軟件能夠通過以太網(wǎng)同PLC芯片進(jìn)行有效通訊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中的雙向控制;d）記錄查詢。該功能囊括運(yùn)行記錄、報(bào)警記錄、操控記錄等，基于軟件所具備的優(yōu)良的數(shù)據(jù)分類存儲(chǔ)能力實(shí)現(xiàn)，有助于操作者對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判定，及時(shí)排除故障，提升運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性;e）權(quán)限管理。系統(tǒng)可針對(duì)不同使用者設(shè)定相應(yīng)的操作權(quán)限，從而提升設(shè)備運(yùn)行的安全性;f）報(bào)表打印?？筛鶕?jù)實(shí)際需求，將設(shè)備運(yùn)行某一時(shí)期的數(shù)據(jù)自行生成相應(yīng)報(bào)表后打印，以便于管理者開展系統(tǒng)分析。

4?控制系統(tǒng)安全回路設(shè)計(jì)

除了在主回路內(nèi)部設(shè)置了安全保護(hù)裝置外，在整個(gè)系統(tǒng)中還設(shè)置了獨(dú)立的安全回路，其動(dòng)力源的切斷一般通過外部的行程開關(guān)來實(shí)現(xiàn)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括復(fù)位開關(guān)、繼電器線圈組、預(yù)警燈以及繼電器托架等。整個(gè)安全回路設(shè)計(jì)的較為緊密，能夠在系統(tǒng)出現(xiàn)電流、電壓過載等危險(xiǎn)情況時(shí)及時(shí)作出反應(yīng)，繼電器觸點(diǎn)在第一時(shí)間內(nèi)處于閉合狀態(tài)，提前斷開整個(gè)回路，確保了設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)以及連續(xù)作業(yè)，極大程度地提高了整個(gè)系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。

結(jié)語：本煤礦提升機(jī)系統(tǒng)是基于PLC設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)，包含了控制臺(tái)，變頻模塊，電源模塊，動(dòng)力模塊和PLC模塊，滿足速度調(diào)節(jié)要求，很好地滿足了現(xiàn)代工業(yè)對(duì)節(jié)能和效率提升的要求，并解決了傳統(tǒng)繼電器低安全性、低性價(jià)比的缺點(diǎn)。最重要的是可根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)修改程序，以符合生產(chǎn)要求。其使用的變頻調(diào)速系統(tǒng)可使提升機(jī)更加平穩(wěn)、可靠地運(yùn)行，并減少機(jī)械沖擊，并且操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行效率高，維護(hù)投入小，其明顯的優(yōu)勢(shì)成為該行業(yè)的新方向。

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