基于PLC的礦井提升機(jī)數(shù)字化控制系統(tǒng)研究

董燕 江西冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院

前言：傳統(tǒng)的礦井提升機(jī)一般都是有級(jí)調(diào)速，其運(yùn)行情況比較不平穩(wěn)，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中啟動(dòng)電流還有換擋電流的沖擊都比較大，要想實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確控制是比較有難度的，并且安全性、可靠性還有精準(zhǔn)度都比較差，在系統(tǒng)升級(jí)還有改造過(guò)程中都比較復(fù)雜，發(fā)生故障的可能性也比較高，設(shè)備維修起來(lái)成本也很高。由于傳統(tǒng)礦井提升機(jī)所暴露出來(lái)的諸多缺陷，有關(guān)學(xué)者研究并且開(kāi)發(fā)出了可以基于可編程控制器，也就是PCL，以及嵌入式控制器，兩者相互作為冗余的安全回路雙線制系統(tǒng)，加上上位計(jì)算機(jī)IPC監(jiān)控和后備保護(hù)系統(tǒng)，再加上數(shù)字化變頻裝置的新型全數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化電控系統(tǒng)，從而使得礦井提升機(jī)的無(wú)極平滑調(diào)速得以實(shí)現(xiàn)，在提升機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)下，能夠隨時(shí)按照負(fù)載情況，保持電機(jī)一直處在一個(gè)最佳的運(yùn)行狀態(tài)下，既能夠滿足提升要求，又能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)電的目的，保護(hù)和監(jiān)控好提升系統(tǒng)的運(yùn)行情況，確保系統(tǒng)能夠更加的安全可靠。

一、簡(jiǎn)述礦井提升機(jī)

礦井提升機(jī)是礦井當(dāng)中的一個(gè)重要運(yùn)輸設(shè)備，電機(jī)是其直接動(dòng)力源，礦井提升機(jī)集合了機(jī)械還有電氣，利用機(jī)械設(shè)備，把鋼絲繩牽引容器帶動(dòng)起來(lái)，有時(shí)也可以帶動(dòng)一些其他的起吊工具，之后通過(guò)兩點(diǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)完成井筒當(dāng)中的運(yùn)輸任務(wù)，是這樣的一種裝置，具體可以涵蓋運(yùn)輸人員、礦矸石、設(shè)備以及物料等，主要是作為聯(lián)系礦井還有地面兩者之間的一個(gè)橋梁。確保礦井提升機(jī)保持安全的運(yùn)行狀態(tài)是具有重要意義的，影響著下放人員的安全、礦山的安全生產(chǎn)進(jìn)度，以及設(shè)備的安全等方面，因此，在使用的過(guò)程中一定要充分考慮到提升機(jī)本身的安全性、經(jīng)濟(jì)性，還有穩(wěn)定性，確保這三者可以實(shí)現(xiàn)和諧統(tǒng)一。

二、變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

如何想要實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井提升機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)的控制，可以使用PLC控制與變頻器相結(jié)合的方式，這時(shí)變頻控制系統(tǒng)當(dāng)中包含了動(dòng)力裝置、控制監(jiān)控系統(tǒng)、操作臺(tái)、變頻器、減速器，還有液壓站等，當(dāng)提升機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)處于正常工作的狀態(tài)時(shí)，所需要的動(dòng)力主要都是由動(dòng)力裝置提供的，牽引力都是由向滾筒提供的，并且還可以通過(guò)控制監(jiān)控系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)處于正常工作狀態(tài)還有出現(xiàn)故障情況，這兩種情況下的狀態(tài)實(shí)時(shí)在線監(jiān)控，以及參數(shù)實(shí)時(shí)在線監(jiān)控，提供依據(jù)給及時(shí)發(fā)現(xiàn)、判斷，還有處理故障的工作。在整個(gè)提升系統(tǒng)當(dāng)中，最重要的控制核心部門就是操作臺(tái)，在操作臺(tái)中可以完成一種是速度輔助給定，一種是制動(dòng)力給定，能夠完成對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)工作方式還有控制方式的設(shè)定工作，還可以發(fā)布各種控制命令等。另外，液壓站的主要作用是在提升機(jī)提車的過(guò)程中，為滾筒提供所需的機(jī)械制動(dòng)力；等到提升機(jī)正常啟動(dòng)了，為了避免發(fā)生溜車，應(yīng)該在機(jī)械抱閘松開(kāi)之前先由變頻器先電機(jī)給提升機(jī)施加一定的力矩，在一定程度上確保系統(tǒng)能夠更加安全地進(jìn)行工作。

三、PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

KTDC-BP礦井提升機(jī)數(shù)字化變頻調(diào)速系統(tǒng)主要選擇應(yīng)用的是由三菱公司生產(chǎn)的FX2N PLC，通常由若干個(gè)組成部分組成，比如說(shuō)主板、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴(kuò)展接口，還有電源等。常用的控制功能有兩個(gè)，一個(gè)是主令操作控制，另一個(gè)是保護(hù)監(jiān)視控制。

主令操作控制主要起到的是管理系統(tǒng)的作用，在提升機(jī)還有操作臺(tái)之間實(shí)現(xiàn)傳遞指令的功能，不僅要發(fā)出相應(yīng)的指令給提升系統(tǒng)，用時(shí)也要對(duì)相應(yīng)電控系統(tǒng)的實(shí)際工作狀態(tài)做出改變，使得提升機(jī)能夠根據(jù)之前設(shè)定好的力圖還有速度圖安全地運(yùn)行下去。PLC可以按照提升機(jī)的運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)變頻器的S形速度給定控制，使礦車或是箕斗都可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行速度的準(zhǔn)S形曲線。

除此之外，PLC還可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)保護(hù)和監(jiān)視的功能。其中監(jiān)控功能主要指的是超速監(jiān)視、過(guò)卷監(jiān)視、實(shí)時(shí)速度監(jiān)視、井筒過(guò)卷監(jiān)視、變頻器故障監(jiān)視、礦車行程監(jiān)視等，如果有故障發(fā)生在上述的監(jiān)視內(nèi)容當(dāng)中，設(shè)備可以自動(dòng)通過(guò)報(bào)警回路進(jìn)行報(bào)警，還可以通過(guò)安全回路，最終實(shí)現(xiàn)抱閘的停車保護(hù)。

四、PLC控制程序設(shè)計(jì)

第一，在系統(tǒng)完成開(kāi)機(jī)運(yùn)行時(shí)，首先要對(duì)PLC進(jìn)行初始化操作，然后要完成一系列的操作工作，比如說(shuō)對(duì)高速計(jì)數(shù)單元進(jìn)行控制，對(duì)工作模式進(jìn)行定義，清零、寫(xiě)設(shè)定值、設(shè)置定時(shí)中斷、連接中斷、啟動(dòng)計(jì)數(shù)等，從而實(shí)現(xiàn)自檢還有顯示提升機(jī)的初始位置。在接收到開(kāi)車的指令時(shí)，要把PLC轉(zhuǎn)入到S形速度當(dāng)中，對(duì)其進(jìn)行給定控制。第二，在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，PLC會(huì)接收到一些來(lái)自外部的控制信號(hào)，比如說(shuō)傳感器、接近開(kāi)關(guān)，還有變頻器故障等，這時(shí)應(yīng)該把PLC控制程序轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷處理程序當(dāng)中，完成系統(tǒng)的保護(hù)作用，找到提升機(jī)的位置，對(duì)提升機(jī)進(jìn)行速度監(jiān)控，并對(duì)變頻器的故障進(jìn)行監(jiān)控。第三，一旦發(fā)生故障，可以在第一時(shí)間轉(zhuǎn)到相應(yīng)的故障處理模塊當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)故障的處理，還可以通過(guò)報(bào)警回路進(jìn)行報(bào)警，或者是通過(guò)安全回路實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的抱閘停車保護(hù)。

結(jié)語(yǔ)：綜上所述，在礦山生產(chǎn)過(guò)程中，礦井提升機(jī)是用來(lái)聯(lián)系井上還有井下的一個(gè)非常重要的運(yùn)輸設(shè)備，礦井提升機(jī)在工作當(dāng)中的運(yùn)行性能還有安全可靠性，直接可以影響到企業(yè)的生產(chǎn)能力，還有相關(guān)作業(yè)人員的生命與安全?，F(xiàn)階段，變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)愈發(fā)成熟，基于PLC的礦井提升機(jī)數(shù)字化控制系統(tǒng)可以不斷提高礦山的經(jīng)濟(jì)效益以及社會(huì)效益。