PLC 在礦井提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

段李鵬

（山西西山晉興能源有限責(zé)任公司斜溝礦， 山西 呂梁 033600）

引言

傳統(tǒng)的礦井提升機(jī)控制方法為電控制，在電氣控制系統(tǒng)的具體應(yīng)用中，不僅難以保障其調(diào)速、節(jié)能效果，同時(shí)難以確保其安全可靠運(yùn)行，且維護(hù)起來(lái)也十分困難。為有效解決上述問(wèn)題，在對(duì)礦井提升機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的研究中，就需要將當(dāng)今先進(jìn)的PLC 加以科學(xué)應(yīng)用，以此來(lái)發(fā)揮其自動(dòng)化的變頻調(diào)速控制效果，實(shí)現(xiàn)礦井提升機(jī)運(yùn)行過(guò)程中良好的變頻調(diào)速控制。

1 PLC 概述

PLC 是一種可編程形式的邏輯控制器，其主要功能是按照相應(yīng)的控制要求對(duì)內(nèi)部?jī)?chǔ)存程序進(jìn)行編制，借助于計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程的邏輯運(yùn)算，并借助編程代碼來(lái)輸出或輸入指令，這樣便可達(dá)到相應(yīng)的管理控制效果。通過(guò)這樣的控制方式，可以讓生產(chǎn)過(guò)程的控制更加輕松，也可以讓各種機(jī)械運(yùn)作過(guò)程的管理與控制更加精確。

將PLC 應(yīng)用到礦井提升機(jī)中的變頻調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)，便可有效控制整體系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，以此來(lái)顯著提高礦井提升機(jī)自身的工作效率，滿足當(dāng)今礦井生產(chǎn)中對(duì)于提升機(jī)的實(shí)際應(yīng)用需求[1-3]。由此可見(jiàn)，在礦井提升機(jī)的變頻調(diào)速控制中，PLC 所發(fā)揮出的作用至關(guān)重要。圖1 是礦井變頻調(diào)速系統(tǒng)中的PLC 控制原理示意圖。

圖1 礦井變頻調(diào)速系統(tǒng)中的PLC 控制原理示意圖

2 基于PLC 的礦井提升機(jī)組成分析

2.1 動(dòng)力裝置

在以PLC 為基礎(chǔ)的礦井提升機(jī)中，為達(dá)到良好的變頻調(diào)速控制效果，就需要將動(dòng)力裝置和其他各個(gè)系統(tǒng)相結(jié)合，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)提升機(jī)整體效率的進(jìn)一步提升。在此類提升機(jī)的動(dòng)力裝置中，主要包括主電機(jī)、滾筒以及減速器，主電機(jī)的主要作用是供應(yīng)電能，將其與滾筒和減速器相結(jié)合，便組成了提升機(jī)的牽引動(dòng)力系統(tǒng)。在這個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)中，主要的動(dòng)力來(lái)源是主電機(jī)?；诖耍诨赑LC 的礦井提升機(jī)動(dòng)力裝置設(shè)計(jì)中，可將主電機(jī)與PLC 自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)相結(jié)合，這樣便可實(shí)現(xiàn)整體動(dòng)力系統(tǒng)的自動(dòng)化監(jiān)控，為后續(xù)變頻調(diào)速功能的實(shí)現(xiàn)奠定良好基礎(chǔ)。

2.2 液壓站

在基于PLC 的礦井提升機(jī)中，液壓站可以為整體的提升機(jī)提供制動(dòng)力，而制動(dòng)力指的是動(dòng)力的反作用力，它是確保提升機(jī)運(yùn)行安全性與可靠性的關(guān)鍵。基于此，將PLC 自動(dòng)化控制系統(tǒng)與液壓站相結(jié)合，便可根據(jù)實(shí)際情況對(duì)其制動(dòng)力進(jìn)行控制，讓液壓站始終保持在安全、標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)行狀態(tài)中。通過(guò)這樣的方式，便可讓礦井提升機(jī)的運(yùn)行質(zhì)量與安全得到良好保障。

2.3 變頻調(diào)速器中的能源供給單元

在基于PLC 形式的礦井提升機(jī)中，變頻調(diào)速器所應(yīng)用的是微調(diào)模式，加速PLC 控制單元中的能量則是變頻調(diào)速器能量供給中的主要供給單元，它可以實(shí)現(xiàn)工頻電能到可調(diào)節(jié)電能的轉(zhuǎn)變。而這種變頻電源在礦井提升機(jī)中的主要作用是發(fā)布各種控制指令，它是整體提升機(jī)運(yùn)行中的一種重要控制方式，通過(guò)該控制方式，可有效保障提升機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。具體控制中，將PLC 自動(dòng)化控制系統(tǒng)與能源供給單元相結(jié)合，不僅可以實(shí)現(xiàn)提升機(jī)自身啟動(dòng)作用的良性提升，也可以使其減速停車更加快捷，還可以在緊急情況下實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的緊急制動(dòng)，這樣便可最大限度地確保提升機(jī)的運(yùn)行質(zhì)量與安全。同時(shí)，通過(guò)PLC對(duì)變頻調(diào)速器中的能源供給單元進(jìn)行控制，也可使其能源供應(yīng)得到進(jìn)一步的優(yōu)化，在確保礦井提升機(jī)運(yùn)行效率的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)能源的合理節(jié)約。

2.4 操作臺(tái)與監(jiān)控系統(tǒng)

在基于PLC 的礦井提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中，操作臺(tái)是其核心部分，通過(guò)操作臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)各種控制命令的建立與發(fā)送，以此來(lái)確保提升機(jī)的平穩(wěn)啟動(dòng)，避免發(fā)生停頓問(wèn)題。在對(duì)提升機(jī)下達(dá)啟動(dòng)或者減速命令的過(guò)程中，所有的命令都是用戶通過(guò)操作臺(tái)下達(dá)的。具體操作中，用戶首先借助于監(jiān)視系統(tǒng)中的人機(jī)交互界面對(duì)提升機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，如果發(fā)現(xiàn)了異常報(bào)警，便可根據(jù)實(shí)際情況，通過(guò)操作臺(tái)來(lái)進(jìn)行相應(yīng)控制指令的制定，之后，便可借助于操作臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制指令的發(fā)送。這樣就可以將礦井提升機(jī)控制在安全穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，達(dá)到良好的變頻調(diào)速控制效果。

3 礦井提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)中的PLC 具體應(yīng)用分析

3.1 在系統(tǒng)硬件中的應(yīng)用

對(duì)于礦井提升機(jī)中的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)而言，PLC 是其核心組成部分。通過(guò)PLC 這一可編程形式邏輯控制器的應(yīng)用，可以更加科學(xué)地進(jìn)行礦井提升機(jī)中的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)管理，同時(shí)也可以將來(lái)自于提升機(jī)的各種運(yùn)行信息傳遞到體系中心控制端所設(shè)置的觸摸屏上，借助于這個(gè)觸摸屏，用戶可以實(shí)時(shí)了解到礦井提升機(jī)實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)實(shí)際情況與需求提出相應(yīng)的控制指令，然后再借助于PLC將用戶提出的指令從觸摸屏這一端傳遞給礦井提升機(jī)控制器。通過(guò)這樣的方式，便可達(dá)到良好的礦井提升機(jī)自動(dòng)化遠(yuǎn)程監(jiān)控效果。

在對(duì)礦井提升機(jī)進(jìn)行具體的變頻調(diào)速過(guò)程中，PLC 主要將提升機(jī)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)及其運(yùn)行方式作為依據(jù)，給定系統(tǒng)中的變頻器S 形速度，并確保S 形曲線上標(biāo)準(zhǔn)的絞車運(yùn)行速度。通過(guò)這樣的方式，便可達(dá)到良好的變頻控制效果。

3.2 在變頻控制中的應(yīng)用

就變頻器應(yīng)用過(guò)程中的安全性及其應(yīng)用性能方面的實(shí)際要求而言，對(duì)絞車提出了更加嚴(yán)格的要求。在當(dāng)今的電機(jī)控制中，最具控制性能且最為先進(jìn)的一種控制技術(shù)就是Siemens 公司MM440 型變頻器中所應(yīng)用的矢量控制技術(shù)。所謂矢量控制技術(shù)，指的是在對(duì)變量進(jìn)行控制的過(guò)程中，重點(diǎn)對(duì)交流電機(jī)中的核心變量加以掌握，并將主要的控制變量設(shè)定為轉(zhuǎn)矩以及定子磁通，以此來(lái)達(dá)到雙重控制效果。在這樣的情況下，如果出現(xiàn)了意外掉電現(xiàn)象或者負(fù)載數(shù)據(jù)發(fā)生變化，系統(tǒng)都可以快速解讀出相應(yīng)的突發(fā)情況，并在非常短的時(shí)間內(nèi)做出反應(yīng)，同時(shí)也可以將相應(yīng)突發(fā)狀況的應(yīng)對(duì)措施提供給用戶。

MM400 型變頻器與西門(mén)子公司所研發(fā)的S7-300 型PLC 的相同之處是其連接方式均為并行連接，且在對(duì)連接方式進(jìn)行設(shè)置的過(guò)程中，兩者所應(yīng)用的也都是模擬量連接以及開(kāi)關(guān)量連接。所以將S7-300 型PLC 應(yīng)用到其變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中，便可實(shí)現(xiàn)良好的連接效果。在這兩種連接方式中，開(kāi)關(guān)量連接具有更加突出的抗干擾能力，更強(qiáng)的獨(dú)立性以及自控性。在將變頻器接入交流電源中以后，便可借助于可調(diào)形式的輸出頻率來(lái)進(jìn)行交流電的控制和傳輸。為實(shí)現(xiàn)變頻器自身防護(hù)功能的良好運(yùn)行，具體應(yīng)用中，可以將相應(yīng)的制動(dòng)單元加設(shè)在變頻器外圍，這樣便可在突發(fā)故障時(shí)有效確保變頻器的正常制動(dòng)，以此來(lái)確保其制動(dòng)的安全性。這對(duì)于整體的變頻調(diào)速系統(tǒng)都將起到非常好的保護(hù)作用，有效確保變頻調(diào)速系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，為煤礦提升機(jī)的良好運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

3.3 在軟件體系中的應(yīng)用

在對(duì)礦井提升機(jī)中的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)的過(guò)程中，其主要的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括兩個(gè)方面，具體為：其一是對(duì)各個(gè)子程序功能進(jìn)行中斷模塊的設(shè)計(jì)；其二是對(duì)各個(gè)子程序功能進(jìn)行故障處理模塊的設(shè)計(jì)。在礦井提升機(jī)的具體應(yīng)用中，其變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中的軟件主程序作用是進(jìn)行整體系統(tǒng)的初始化，同時(shí)也可以進(jìn)行自主設(shè)備檢查，對(duì)于已經(jīng)出現(xiàn)了故障的設(shè)備，可及時(shí)進(jìn)行科學(xué)診斷，為其故障檢修處理提供科學(xué)性的參考。另外，借助于軟件主程序，也可以對(duì)整個(gè)變頻調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行控制，以此來(lái)確保其運(yùn)行質(zhì)量。為達(dá)到這一目標(biāo)，便可將PLC 合理應(yīng)用到這一功能模塊的設(shè)計(jì)與應(yīng)用中，借助于各種傳感器設(shè)備對(duì)各種運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采集，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)及時(shí)將采集到的信息上傳給PLC 控制系統(tǒng)，在接收到來(lái)自于傳感器的運(yùn)行信息之后，系統(tǒng)終端會(huì)將其與數(shù)據(jù)庫(kù)中的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常，并根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中儲(chǔ)存的典型異常故障處理方法，為相應(yīng)的異常問(wèn)題提供科學(xué)性的解決方案。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著當(dāng)今煤礦行業(yè)的發(fā)展和煤礦開(kāi)采工作量的增加，礦井提升機(jī)在其中所發(fā)揮出的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)也越來(lái)越顯著。而在礦井提升機(jī)的具體應(yīng)用中，良好的變頻調(diào)速控制是確保其安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。基于此，煤礦企業(yè)和相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該加大力度對(duì)礦井提升機(jī)中變頻器控制進(jìn)行研究，通過(guò)PLC 可編程邏輯控制器來(lái)進(jìn)行自動(dòng)化的變頻調(diào)速控制。這樣才可以讓PLC 在礦井自動(dòng)提升機(jī)的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中充分地發(fā)揮出應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，確保礦井提升機(jī)的良好運(yùn)行，促進(jìn)煤礦開(kāi)采行業(yè)的良性發(fā)展。