基于PLC的矿井提升机电控系统应用研究.pdf

信息技术 基fP L C 的矿井提升机电控系统应用研究 刘运武’ 1 ． 安徽理工大学电气与信息工程学院安徽淮南2 3 2 0 0 1 2 ． 淮南矿业集团新庄孜煤矿 安徽淮南2 3 2 0 7 【 摘要】可编程控制技术 P L C 技术 以其安全可靠性高、 可编程、 便 于维护等优势， 在煤矿机电 设备控制系 统中 得到大量的应用。 本文探讨了 矿 井提升机 的电气要求，在此基础上提 出由欧姆龙公司开发的C P M1 A 型P L C 和 A B B 公司D C S S 0 0 变流器构成的矿井提升机 电控 系统， 并给 出了相应的软硬件 设计思路。 【 关键词】矿井提升； P L C 技术； D C S 8 0 0 ； 电 控系统 引言 近年来， 我国的煤矿生产能力得到很大的提升， 特别是以机电、 电 子计算机、 控制技术相互交叉的煤矿机电成套设备系统得到了广泛的 应用， 为煤矿安全高效生产做出了突出的贡献。 同时矿井机电设备造成 的安全事故也时常发生， 矿井提升机作为煤矿 “ 大机电设备” 之一的运 输提升设备， 担负着不间断的提升煤炭、 人、 物料的运输重担。 提升机 的传动需求复杂、 正方向运转变换频繁、 停开不断转换， 且 由于提升任 务繁重， 经常发生提升机运转异常故障。 提升机的停运时常给煤矿正 常的生产带来了严重的影响， 造成井下的原煤开采停滞， 更有甚者， 造 成设备损坏和安全事故。 如何提高矿井提升机的自 动化水平、 安全性是 当前煤矿机电设备研发的重要方向之一。 可编程控制技术 P L C 技术， P r o g r a ma b l e L o g i c a l C o n t r o l l e r 是电力电子技术发展的重要产物之 一 ，其安全可靠性高、 可编程、 便于维护等优势， 在煤矿机电设备控制系 统中得到大量的应用。 本文基于P L C 技术， 研究了矿井提升机的电控系 统 。 1 ． 矿井提升机电气控制系统要求 矿井提升机是矿山运输系统中的主要设备之一， 主要用于矿井提升 矿石 主井 或人员、 材料 副井 。 提升机由于其特殊的应用环境 ， 对于启 停和加速都有着苛刻的要求， 各个运动阶段都存在着突变， 对加速曲线 都有着严格的要求。 矿井提升机电气控制系统原理图见图l 。 相关研究 表明， 矿井提升机还需要满足以下的几点要求 I S 形加速曲线。 s 形加速曲线能够有效的控制电机的启动电流， 减少对提升机系统的不利影响， 而且由于电流变化是平缓线性， 对应的 电力拖动也是连续的， 消除了钢丝绳的应力突变， 有效控制了钢丝绳的 抖动。 同时平缓线性的电流变化， 也有利于对控制电流的整流元器件的 保护。 2 动、 静态性能一一提升机四象限运行要求。 与s 形加速曲线对应 的是要求电力拖动的实现， 为了实现S 形曲线， 电气传动系统的工作状态 要及时根据负载变化而发生变化， 即要求电气传动系统应能够满足四 象限运行。 3 显示和故障监视装置。 为方便提升机司机操作， 电控系鬻黪 一 一 嚣 ， 统必须配备有可靠的显示提升 。。 ● 0 容器在井筒中的位置的装置 也 ⋯ 臻 ⋯ _ 即是深度指示器 。 矿井提升机 ‘ 一 控制系统要求必须设置完善的 故障监视 装置。 通常提升机的 图1 矿井提升机电气 控制系统原理图 故障监视内容少则几十项， 多则数百项。 2 ． 矿井提升机电控系统设计 本系统采用采用欧姆龙公司开发的C P MI A型4 O 点P L C 实现提升 机离开控制系统的半 自 动控制。 同时采用AB B 公司的DC S 8 0 0 ， 主要完 成提升机速度和电流双闭环调节， 并实现电枢 回路和磁场回路的各种 保护。 其主回路电枢叵定， 磁场可逆， 带有过电压、 风压及其它必须的各 种保护功能。 它可以通过软件设定所需要的s 形速度图形， 调试十分方 便。 基于P L C D C S S 0 0 的矿山主井提升机电控系统实现提升机运行速 度给定， 系统运行状态监控， 过程信号的采集和数据的集中处理， 在上 下两个井口端减速区段进行逐点速度监视和故障处理， 即当提升机发 生故障时， 判断故障性质， 并根据当 时的提升机运行状态做出相应的处 曛 理， 同时判断首发故障并一记录， 便 n 于现场人员查找和排除故障。 该系 统具有对各行程开关量的逻辑运算 “ 控制， 对各种行程模拟量的控制以 ’ 一 及对来自 过程的行程脉冲计数等功 腿 - 能。 通过上位机能对行程、 故障、 速 示和打印。 系统实 图 2 系 统设 计 框图 现 框图如图2 所示 。 一 ⋯⋯⋯ ⋯ 一 主控制系统主要包括 直流调速柜、 直流切换柜、 低压辅助电源 柜、 主控柜、 主控操作台和外围检测开关。 其中主控柜包含主控P L C 以 及监控P L C ， 主控P L C 主要控制直流传动装置、 液压制动装置、 位置判 定等外围检测设备。 主控操作台负责发送接收信号、 实时监视提升的运 行状态。 监控P L C 用西门子P L C ， 当主控P L C 出现异常或主控检测点异 常时， 监控P L C 亦可发出警报信号和动作安全回路。 3 ， 提升机行程控制软件设计 S 形加速曲线能够有效的控制电机的启动电流， 消除了钢丝绳的应 力突变， 也有利于对控制电流 的整流元器件的保护。 行程控 制算法 在启动加速段采用时 ⋯一 间给定， 其基本公式都是时间 的函数， 算法简单， 容易实现； 为了减速段的可靠运行、 准确 、 i 、 ． 一 ■ 停车 ， 在减速运行过程中应按 。 行程原则来确定给定速度。 s 形 ， 逸茛 定曲线钓产生， 茌孰逮 。 | 。 度段采用加速度变化率对时间 嚣 一 的双积分形式给出， 即时间给 ⋯ 定方式 ， 而在减速段则按照行 t t 程原则来控制。 图3 所示为速度 u 曲线控制程序流程图。 图 3 速度曲 线控制程序流程图 4 ， 结束语 本系统采用采用欧姆龙公司开发的C P M1 A 型4 0 点P L C 实现提升机 离开控制系统的半自动控制。 在设备的配套方面， 优化设计各种计算机 的配置， 本着先进、 可靠、 安全、 经济的原则， 选用AB B 公司的DC S 8 0 0 全数控晶闸管整流装置； 以可编程控制器实现提升机的程序控制； 采用 先进的P C 计算机和高性能软件实现了提升系统的实时监视。 随着电子 科学技术的进一步发展， 矿井提升机的电控系统也会不断的改进， 为煤 矿安全高效生产保驾护航。 参考文献 【 1 】 何风有， 谭国俊． 矿井 直流提升机计算机控制技术【 M 】 ． 徐州 中国矿业 大学出版 社， 2 0 0 5 ． 【 2 ] 蛊飞霞． 矿井提升机全数字电控系 统的行程和速度控制[ J ] ． 湖南有色 金属， 2 0 0 7 ， 2 3 4 6 2 -6 4 ． [ 5 】 谭国俊 ， 熊树． 矿井提 升机全数字新 型电控 系统【 J 】 ． 煤矿 机 电， 2 0 0 6 ， 1 4 - 6 ． 作者简介 刘运 武 1 9 8 5 一 ， 男， 安徽 淮南人 ， 本科 学历， 工程 师， 主要从事煤矿 机电工作。 研究方向 大型固定设备的电气自 动化控制、 提升机直流、 变频 电气拖 动、 A B B 闸控 原理等。