基于PLC的礦井提升機電控系統(tǒng)研究

謝傳立 楊國華 楊洪帥

摘 ? 要：作為礦井運輸?shù)年P鍵設備，提升機控制系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全跟整個礦井生產(chǎn)的安全性密切相關。結合煤礦安全規(guī)程的要求，明確當今礦井務必應用基于PLC的礦井提升機電控系統(tǒng)。為此，本文分析了基于PLC的礦井提升機電控系統(tǒng)實施方案、硬件和軟件設計，以及基于PLC的礦井提升機電控系統(tǒng)檢測，旨在實現(xiàn)提升機工作效率的提升和礦井生產(chǎn)的安全性。

關鍵詞：礦井 ?提升機 ?PLC ? 電控系統(tǒng)

中圖分類號：TD63+3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）02（c）-0007-02

對于PLC礦井提升機電控系統(tǒng)而言，其中的PLC主控系統(tǒng)重點控制提升機的運行過程，且實施相應的保護，而PLC輔控系統(tǒng)體現(xiàn)協(xié)助的價值。在工作過程中，主控與輔控間結合網(wǎng)絡通訊交互數(shù)據(jù)信息，以及進行雙線控制、彼此監(jiān)督，從而實現(xiàn)系統(tǒng)安全性的提升。特別是針對控制系統(tǒng)務必設計應急開車的功能。這樣一來，當提升機存在故障的情況下，PLC依舊能夠獨立運行，進而確保副井工作者的人身安全。下面，筆者對基于PLC的礦井提升機電控系統(tǒng)進行了簡要地探究。

1 ?基于PLC的礦井提升機電控系統(tǒng)實施方案

電控系統(tǒng)是礦井提升機的中心環(huán)節(jié)，電控系統(tǒng)受到變頻調速系統(tǒng)與核心處理器的一起控制，文章運用的核心處理器為2套型號S7-300 的PLC。電控系統(tǒng)的整體組成部分涵蓋PLC控制箱、制動電阻柜、操作臺觸摸屏、變頻電源柜、低壓配電柜等，其一系列組件的作用如下：一是PLC控制箱。電控系統(tǒng)的核心組成為2套PLC，一套PLC主要是監(jiān)控系統(tǒng)，一套PLC主要是自動或手動控制提升機的安全閘、閉鎖、提升、信號燈等。二是變頻電源柜。其重點是控制電控系統(tǒng)速度，其可以回饋能量。三是制動電阻柜。其重點制動提升機停止或減速的動力。四是低壓配電柜。其體現(xiàn)的功能在于將供電提供給外圍電路與控制電路。五是觸摸屏。其重點呈現(xiàn)畫面、顯示儀表、顯示指示燈，其中顯示畫面涵蓋電控系統(tǒng)的溫度、電流、電壓、位置等等。

2 ?基于PLC的礦井提升機電控系統(tǒng)硬件設計

基于PLC的礦井提升電控系統(tǒng)的硬件組成部分是PLC控制系統(tǒng)、變頻調速設備、配電系統(tǒng)等。

2.1 PLC硬件電路

選用德國西門子的 S7-300 硬件模塊，其具備編程設備、通訊模塊、接口模塊、電源模塊、CPU模塊等。其中，CPU模塊的組成為微處理器與存儲器，其作用為收集提升機狀態(tài)信號，執(zhí)行控制提升機程序，以及檢測設備故障，還可以實時存儲系統(tǒng)的工作數(shù)據(jù)。接口模塊也就是交換數(shù)據(jù)模塊，可以直接將數(shù)據(jù)在各硬件間傳輸。通信模塊也就是執(zhí)行I/O 接口、PLC控制器、上位機間的通信。以STEP7.5作為設備編程，此軟件可以編輯各種文件。電源模塊即供給其它外部設備電源，轉變外部220V交流電為設備要求的電壓（24V或5V）。

2.2 雙 PLC 控制系統(tǒng)

兩套PLC控制系統(tǒng)的應用可以使提升機的穩(wěn)定與安全運行實現(xiàn)。其中I/O接口信息存在開關信號與模擬信號，開關信號輸出與輸入數(shù)字信號是10與24，輸出輸入數(shù)量是4與5;安全回路的設計涵蓋2 套，各自是PLC軟件編程回路和繼電器開關串聯(lián)的安全回路硬件;作為電氣設備連鎖的電氣連鎖結合設備的安全標準以及礦井的安全規(guī)程進行設計。

2.3 變頻調速設備

變頻調速設備的組成部分是主導的控制系統(tǒng)，其直接影響電氣控制系統(tǒng)。結合分析的提升系統(tǒng)的提升量與工作速度，明確了實施方案，即交-直-交調速變頻，應用德國西門子SM150型變頻器，以使全自動變頻調速設備組成。此設備跟直流變頻系統(tǒng)相比來講，構造簡單、效率高，以及可以承受大電壓與大容量。以鉗位三電平二極管作為變頻器構造，開關管應用IGBT功率器件，以及結合矢量控制方式SVP-WM。

2.4 電控系統(tǒng)通信協(xié)議

將MPI多點接口通信協(xié)議應用于系統(tǒng)設計中，可以實現(xiàn)32個最大數(shù)目的協(xié)議節(jié)點以及35 kb/s～12 Mb/s信息傳輸速度，當通信量需求不大時，具備理想的通信質量和顯著的經(jīng)濟效益。

3 ?基于PLC的礦井提升機電控系統(tǒng)軟件設計

軟件設計以軟件界面（STEP7與Win CC）進行編程。系統(tǒng)的編程設計方式是程序結構化，整體程序的組成是一系列小程序，單獨編寫一系列子程序，以使整個程序的編寫實現(xiàn)。此系統(tǒng)的程序結構組成部分是輔助啟動、提升機準備、安全回路、機車操作。

3.1 輔助啟動

輔助設備是制動、油泵、電機等連鎖設備，在啟動提升機前需要啟動輔助設備，正常啟動輔助設備是安全運行系統(tǒng)的基本保障。

3.2 提升機準備

此程序先判斷提升機是不是具備啟動條件，啟動條件涵蓋手柄、零位連鎖控制、輔助啟動等，在滿足程序時，即啟動提升機。

3.3 安全回路

此程序重點是控制前面設計的安全回路軟硬件，當檢測提升機，存在故障情況下回路能夠停閘，且執(zhí)行閉鎖和報警，工作者能夠對存儲的故障信息予以查看，且將故障排除之后，把制動解除。

3.4 機車操作

有自動與手動操作提升機系統(tǒng)的方式。自動控制結合PLC控制其自動判斷與執(zhí)行提升方向。啟動和運行操作決定了提升機回路的方向。操作方向的回路要求全部的啟動條件達到標準，一系列的標準涵蓋選擇操作方向、解除安全制動、發(fā)出開車信號、輔機啟動等。操作者結合控制手柄進行以上動作，從而啟動提升系統(tǒng)。

4 ?基于PLC的礦井提升機電控系統(tǒng)檢測

為了對該控制系統(tǒng)的功能進行檢測，立足于以上軟硬件設計，對實驗樣機進行搭建，模擬設計的系統(tǒng)且執(zhí)行檢測。一是檢查PLC控制箱、制動電阻柜、變頻電源柜、操作臺、低壓配電柜等接線。二是為一系列柜體主體供電，然后為一系列柜體控制電路供電。三是對變頻柜空載調試，結合控制需要設置有關參數(shù)，變頻器自動識別電動機，之后空載運行。事實表明，此提升機在瞬間啟動時沖擊電流較小，能夠防止大啟動沖擊形成的影響，以及可以穩(wěn)定、迅速地運行。設置提升機轉速參考值1200 r/min，而提升機能夠迅速地達到實際轉速值，且確保穩(wěn)定地運行。鑒于此，設計的基于PLC的礦井提升機電控系統(tǒng)具備優(yōu)良的性能，可以實現(xiàn)工程的實際需要。

5 ?結語

綜上所述，為了實現(xiàn)礦井提升機生產(chǎn)穩(wěn)定性與效率的提升，本文設計了一種于PLC的礦井提升機電控系統(tǒng)，其核心處理器選擇了2套S7-300型號的 PLC，電控系統(tǒng)的整體組成涵蓋操作臺、制動電阻柜、PLC控制箱、低壓配電柜、變頻電源柜等。并且，搭建實驗樣機檢測系統(tǒng)的實際運行情況，最終表明該系統(tǒng)的設計可以實現(xiàn)工程的實際需要。

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