基于PLC技術(shù)的礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)

1、基于PLC技術(shù)的礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)葉予光，梁南丁（平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 平頂山 467001）摘要：介紹了PLC技術(shù)在我國(guó)礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：PLC技術(shù)；礦井提升機(jī)；電控系統(tǒng)中圖分類號(hào)：TD63+3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：AElectric control system of mine hoister based on PLC technologyLiang Nan-ding，Ye Yu-guang （Pingdingsan Industrial College of technology，Pingdingsan，Henan，467001）Abstract：The PLC tec

2、hnology and its application in the electrnic control system of mine hoist of our country were introduced.Key words：PLC technology；Minewell elevator；Electronic-control system引言礦井提升機(jī)是礦山生產(chǎn)的至關(guān)重要的大型設(shè)備，對(duì)礦井的生產(chǎn)及安全起著非常重要的作用，有著重要的國(guó)民經(jīng)濟(jì)意義。由于提升機(jī)的生產(chǎn)工藝要求比較高，所以它的電氣傳動(dòng)及電氣控制裝置一直是各國(guó)電氣傳動(dòng)界的一個(gè)重要研究領(lǐng)域。在我國(guó)，改革開(kāi)放以來(lái)礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)的研究

3、、設(shè)計(jì)、制造和使用上都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。在80年代以前，絕大多數(shù)礦井提升機(jī)采用繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻的交流調(diào)速系統(tǒng)，而少數(shù)則采用發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)（GM系統(tǒng)）。90年代以來(lái)投產(chǎn)的中、大型礦井的提升機(jī)多數(shù)采用磁場(chǎng)換向的晶閘管直流可逆調(diào)速系統(tǒng)（VM系統(tǒng)），也有少數(shù)礦井采用代表當(dāng)前先進(jìn)水平的交交變頻的現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)。 目前我國(guó)正在服務(wù)的大多數(shù)礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)主要是轉(zhuǎn)子回路串電阻的交流調(diào)速系統(tǒng)與GM直流調(diào)速系統(tǒng)，VM可逆調(diào)速系統(tǒng)目前已經(jīng)廣泛使用，如：交交變頻的交流調(diào)速系統(tǒng)、全數(shù)字交、直流調(diào)速系統(tǒng)等，但目前這些系統(tǒng)主要用于新建礦井。從我國(guó)礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)的現(xiàn)狀來(lái)看，80%以上的礦井提

4、升機(jī)仍采用繼電器接觸器控制，通過(guò)改變轉(zhuǎn)子回路串聯(lián)的附加電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。這種調(diào)速方式是有級(jí)調(diào)速，調(diào)速時(shí)能耗很大，屬轉(zhuǎn)子功率消耗型調(diào)速方案。在加速階段和低速運(yùn)行時(shí)，大部分能量（轉(zhuǎn)差能量）以熱能的形式消耗掉了，因此電控系統(tǒng)的運(yùn)行效率較低。同時(shí)，這種調(diào)速方案為了在低同步狀態(tài)下產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，需采用直流能耗制動(dòng)方案（即動(dòng)力制動(dòng)）、或采用低頻制動(dòng)。但無(wú)論采用何種方式，總需要設(shè)置輔助電源和定子繞組的二次切換操作。雖然這種方案存在著調(diào)速性能差、運(yùn)行效率低、運(yùn)行狀態(tài)的切換死區(qū)大及調(diào)速不平滑等缺點(diǎn)。但目前在我國(guó)的各種礦山中，這種方案使用得仍相當(dāng)普遍，將面臨著技術(shù)改造的問(wèn)題。從目前各種不同的技術(shù)改造方案的比較看，采用

5、PLC技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng)相結(jié)合的方案是一條符合我國(guó)國(guó)情的提升機(jī)電控系統(tǒng)改造的優(yōu)選方案。這種基于PLC技術(shù)的電控系統(tǒng)在我國(guó)90年代已有不少的產(chǎn)品通過(guò)工業(yè)運(yùn)行，都取得了較好的運(yùn)行效果，如：洛陽(yáng)中信重機(jī)自動(dòng)化工程有限責(zé)任公司選用Siemens公司的S7系列PLC研制開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的礦井提升機(jī)PLC電控系統(tǒng)；天津電氣控制設(shè)備廠研制開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的采用美國(guó)通用電器公司GE-9030系列PLC的TKDPC系列和TKMPC系列礦井提升機(jī)成套電控系統(tǒng)；焦作華飛電子電器工業(yè)有限公司研制開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的選用日本立石公司C60P系列PLC的JTDKPC礦井提升機(jī)成套電控系統(tǒng)等；這些采用PLC技術(shù)的新型電控系統(tǒng)都已較成功

6、的應(yīng)用于礦井提升實(shí)踐，并取得了較好的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，克服了傳統(tǒng)電控系統(tǒng)的缺陷，代表著交流礦井提升機(jī)電控技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。1 JTDKPC系列電控系統(tǒng)在平煤集團(tuán)礦井生產(chǎn)中的應(yīng)用。平煤集團(tuán)在建設(shè)高產(chǎn)高效礦井過(guò)程中非常重視礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)改造工作，從2001年開(kāi)始，先后引進(jìn)JTDKPC系列電控系統(tǒng)6套。從運(yùn)行情況看，改造后的電控系統(tǒng)與傳統(tǒng)的電控系統(tǒng)相比具有如下特點(diǎn)：系統(tǒng)具有更完善的軟硬件保護(hù)環(huán)節(jié)；提升操作系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)繩、手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)運(yùn)行；除常規(guī)的保護(hù)外，還具有深度指示器斷軸（斷線）保護(hù)、減速點(diǎn)后備保護(hù)、錯(cuò)向保護(hù)、給定方向記憶保護(hù)、二級(jí)制動(dòng)解除保護(hù)、減速段超速保護(hù)、自動(dòng)換向等功能；安全回路由PLC

7、內(nèi)部和外部AC回路串聯(lián)實(shí)現(xiàn)冗余；制動(dòng)電源裝置能實(shí)現(xiàn)腳踏制動(dòng)、速度及電流閉環(huán)、滿足各種載荷所需的制動(dòng)力矩；系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)提升機(jī)全運(yùn)行過(guò)程的自動(dòng)監(jiān)控，對(duì)提升機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的參數(shù)及可能危及提升機(jī)正常運(yùn)行的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并具有故障顯示、報(bào)警功能；具有和上位機(jī)通訊的接口，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷和數(shù)據(jù)采集功能等。電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、應(yīng)用靈活、編程方便、運(yùn)行穩(wěn)定可靠，大大提高了提升機(jī)的安全運(yùn)行，減少維護(hù)工作量，縮短了提升時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。1.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)采用日本立石公司的C60PCDR可編程序控制器主機(jī)及C60PEDR可編程序控制器擴(kuò)展機(jī)。C60PCDR可編程序控制器具有輸入、輸出容量60點(diǎn)，數(shù)字量輸入、輸出8

8、路，內(nèi)存4K?？梢酝瓿商嵘到y(tǒng)的各種工作要求。礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)PLC的輸入信號(hào)有63個(gè)，輸出有52個(gè)。是根據(jù)TKD系統(tǒng)的工作過(guò)程，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況用編程的方法解決各項(xiàng)控制和保護(hù)功能之間的邏輯關(guān)系的。各外設(shè)控制開(kāi)關(guān)或傳感器作為輸入信號(hào)，接到PLC機(jī)的輸入端子，這些信號(hào)的工作狀態(tài)被PLC機(jī)調(diào)用，經(jīng)邏輯、時(shí)序、微分、比較、計(jì)數(shù)等手段處理后，PLC相應(yīng)的輸出繼電器，控制繼電器、加速接觸器、高壓換向器、制動(dòng)回路、信號(hào)回路等外部被控對(duì)象動(dòng)作，完成提升機(jī)的加速、等速、減速、爬行、制動(dòng)、停車、保護(hù)、信號(hào)、顯示等工作過(guò)程。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由主控柜、加速接觸器柜、操作臺(tái) 、高壓換向柜、制動(dòng)電源柜等組成。各部分相

9、互關(guān)系如下圖 1 所示： 1.2 系統(tǒng)軟件提升機(jī)電控系統(tǒng)對(duì)提升容器進(jìn)行加速、等速、減速、爬行、保護(hù)等運(yùn)行控制。根據(jù)工藝要求，其控制過(guò)程如下：當(dāng)系統(tǒng)加電后，PLC首先檢查各保護(hù)環(huán)節(jié)是否正常及輸入信號(hào)狀態(tài)，如果正常則解除安全制動(dòng)；否則，不允許開(kāi)車。其次，當(dāng)井下發(fā)出提升信號(hào)時(shí)，提升機(jī)按照預(yù)定程序進(jìn)行：起動(dòng)加速，以電流為主時(shí)間為輔原則進(jìn)行轉(zhuǎn)子電阻的切除控制；等速運(yùn)行，控制系統(tǒng)無(wú)任何切換；減速階段，投入低頻（或動(dòng)力）制動(dòng)電源，以速度原則進(jìn)行控制；低速爬行，自然過(guò)渡到正力運(yùn)行；停車卸載。在全運(yùn)行過(guò)程中，PLC根據(jù)電流、時(shí)間、速度、位置等給定信號(hào)與實(shí)際信號(hào)進(jìn)行比較、運(yùn)算和監(jiān)測(cè)，發(fā)出控制信號(hào)。該控制過(guò)程可通過(guò)梯形圖實(shí)現(xiàn)（圖略）。2 結(jié)束語(yǔ) 由實(shí)際工業(yè)運(yùn)行情況看，用PLC技術(shù)對(duì)礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)進(jìn)行改造后，不但可以加強(qiáng)系統(tǒng)的控制功能，加強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)故障的判別和處理能力，而且也大大的提高了系