基于TKD原理的交流提升机PLC控制系统.pdf

3 0 工矿 自动 化 2 0 0 2年 第 5期 文章 编 号 1 6 71 2 5 1 X 2 0 0 2 0 50 0 3 00 2 基于 T KD 原理的交流提升机 P L C控制系统 姚 福 海 宋 长喜 刘永革 开 滦 范各 庄矿 业公 司 ， 河北 唐 山0 6 3 1 0 7 中 图分 类号 T D 5 3 4 文献 标 识码 B 摘要 文章根据传统的 交流提升机 TK D控制 原理 ， 提 出了一种新的控制 方式。使 用现在 比较 实用的 P L C代替原有的继电器系统 ， 并在制动上采用交一交变频方式， 使交流提升机的控制 系统更加可靠和间k A ,- 单 主题 词 交流提 升机 ； 控 制 系统 ； 交 一交变频 ； TKD； PL C 1 概述 矿 井提 升机 承担 矿 物 的提升 、 人 员 的上下 、 材 料 的运 送 等任 务 ， 是 矿 山大 型 关 键 设 备 。而 其 电控 系 统更 是 关键 中 的关 键 ， 它 的技 术性 能 和可 靠 性 直 接 影 响煤 矿 的安 全生 产 和经济 效益 。 目前 我 国矿 井所 用 交流 提 升机 大多 数 采 用 传统 的 T KD 电气 控 制 线 路 。这 种控 制方 式 采用 了 大量 的继 电器 和 接 触 器 ， 维 修量 特 别大 ， 并且 噪 音也 很 大 ， 给 维 护人 员 的身心 健康 造 成 了很 大 的伤 害 。为 此 我 们 依 据 提 升 机 的 TK D原 理 ， 采 用 一 种 新 的 控 制 模 式 ， 即 多 P L C冗 余控制 无触点加速柜 采用可控硅 低频电源 上位 机监 控 ， 并且 在滚 筒 和导 向轮 上配 置轴 编码 器 ， 实 现数 字 式 闭环 ， 解决 了 以上 问题 。 2 P LC控制 系统 构成 极 高 的可 靠 性 和 安 全性 。根 据 提 升 机 上 述 工 况 要 求 ． 采 用 P L C控 制 系统 构造 的交流 提 升 机拖 动 系统 如图 1 所 示 。图 1中 ， P L C控 制 系统 主要 由多 P L C 冗 余 控制 柜 、 可控 硅加 速柜 、 低 频 电源 柜 和上 位机 监 控等 4部 分 构成 。 2． 1 P LC冗余控 制 系统 以网络形式为连接纽带的 P L C冗余控制系统 ． 用 于完 成提 升机 行程 控 制 、 逻 辑操 作 、 故 障保 护 及液 压制 动控 制 等 。 1 1 P L C与 安 装 在 提 升 机 上 的轴 编 码 器 配 合 ， 完 成 提 升 行 程 和 提 升 速 度 的 控 制 功 能 ； 操 作 P L c将外部信 号 操 作台面板上 的选 择开关信 号， 按钮信号 ． 由保护 P L C传来的信号及由上位机传来 的信 号 接收 过 来 ， 按 照 预 定 的逻 辑 控 制 进 行 处理 ． 并发 出开车 所需 要 的各 种 信 号 ， 使 绞 车 按 照 预 定 的 力图 和速 度 图 安 全 运 行 。P L C还 对 轴 编 码 器 发 出 矿 井提 升 机 是 整 个 矿 井 的枢 纽 ， 它 应 能 按 照 预 的脉 冲进行 记 数 ， 并 进行 脉 冲量 化 处理 ， 间接 检 测计 定的力图和速度图， 在 四象限实现平稳启动、 等速运 算出提升容器的行程 S和速度 V ， ． 并根据计算出韵 行 、 减速运行 、 爬 行和停 车， 而且在运行过程中要有 S、 V， 和 对提升机进行监视保护 7种信 号 。信号 发送 过 程 如下 1 井底具 备 发 信 号 条 件 安 全 门 全部 关 上 ， 摇 台全部 抬 起 后 ， 信 号发 “ 上 提 ” 或 “ 下 放 ” 信号 ， 以 主 罐为 准 ， 主罐 在井 底 ， 发 “ 上提 ” 信 号 ． 主罐 在井 口 ， 发 “ 下放” 信号。在井底设 有到位信号闭锁 ， 以保证 信 号工不 会 发 错 信 号 ， 如 主 罐 在 井 底 ， 信 号 工 只能 发 “ 上提 ” 信号 ， 不能 发 “ 下放 ” 信号 。如 主罐 在井 口 ， 只 能发 “ 下 放” 信号 ， 不能 发 “ 上提 ” 信号 。 2 井 口信号 工 收到 井底 信 号后 ， 如具 备 发信 号 条件 ， 则 向车 房转 发 信号 ． 井 口信 号工 只能 发 所收 到 的信号， 其它信号发不 出去。如井底发“ 下放” 信号 ， 井 口只 能发 “ 下放 ” 信号 。 3 井 口发过 信 号 后 ， 车 房 开 车 继 电 器 动 作 ． 司 机 可 以开 车 。 4 井 底信 号工 和 井 口信 号工需 要 停车 时 ． 都 可 以发 停车 信号 开 车继 电 器动 作 ， 提升 机立 即 停止 5 停 车后 ， 如发 现罐 笼没 有 和轨道 对 齐 ． 发“ 上 调 ” 或 “ 下调 ” 信 号 。 6 急 停 信 号 不 受 P L C控 制 ， 遇 紧急 情 况 发 急 停 信 号 ， 提 升机 立 即停 止 。 5 结 语 该系 统 性 能 稳 定 ， 维 护 简 单 ， 通 信 数 据 传 输 可 靠 ， 已在 煤 矿 中推广 使用 。 收 稿日期 ． 2 n n20 5 1 6 维普资讯 基 于 T KD原 理 的 交流提 升机 P L C控 制 系统 姚 福 海 宋长喜 刘永革 3 1 2 台轴 编码 器 润滑油站 皇 墼 司皿 鼋 H磊 阻 I 丁 控 制保护 P L C柜 f 囫 囱豳l l匝煎 图 1 P L C控 制系统框图 2 2P L C 与继 电 器 构 成 双 线 制 提 升 机 安 全 保 护 回路 ， 如 图 2所示 。 各 种 保 护 信 号 重事故信号 继电器直动回路 一U H 立即施闸 类故障 l H 电气制动施闸类故障 l 。 l I蕉 堕 堕 轻 事 故 信 号 H H垫 堂 照 耋垫 l l 动手柄在紧闸位时 l H 报警警笛 施闸 系统 图 2 PL C双 线 制 安 全 回 路 来 自提升机各部分 的保护信号分为立即施闸 、 井 口施 闸 、 电气制 动 和报 警 4类 。其 中井 口施 闸 、 电 气制动和报警类事故信号直接引入到 P L C中 ， P L C 将 其 处理 后送 监 视 器显 示故 障类 型并 控 制声 光报 警 系统报 警 并施 闸 ， 而 立 即施 闸类 事 故 信 号 除 引 入 到 P L C中处 理 、 显示 、 报 警 外 ， 还 直 接 引 入 到 安 全 直 动 回路 ， 动 作施 闸 系统施 闸。 系统 的安 全 回路 有两 套 ， 一 套 由 P L C构 成 ， 另一 套 为继 电器 直动 回路 2 2可控硅 加速 柜 可控 硅 加速 柜 和 以前 的转 子 接 触器 在布 线结 构 上 一样 ， 承担 加速 时 的电 阻切 换 ， 主要 由晶闸 管 及其 触发 回路 构成 。 与 原 有 的 基 础 器 相 比较 ， 它 具 有 无 触点 、 功耗 小 、 维 修 量 小 等 优 点 ， 因 而 具 有 广 阔 的 应 用前 景 。 2 3 交 一交 变 频 电 源 柜 低频 电 源采 用 全数字 交 一交 变频 器 和现 代控 制 技 术 ， 解决 了矿井 交 流 提 升 系 统 在 减 速 段 的调 速 与 爬 行 问题 。 减速 阶段 在各 种 负载 条件 下 均可 严格 按 照 给定 的速 度 图运 行 ， 使 交 流 拖 动 系 统 在 负 力 减 速 方 式下 达 到直 流拖 动 系统 的调 速性 能 。改 善 了矿 井 交 流拖 动 系统 的调 速性 能 、 提 高 了提 升效 率 ， 而 且 节 能效果十分显著。 1 装置 采 用全 数 字 交 一交 变 频 器 和 逻 辑 无 环 流控 制技 术 ， 省去 有 环流 系统 的 3个 换 流电抗 器 ， 具 有 体积小 、 噪 音低 、 空 载损 耗 小等 特点 ； 2 减速 段速 度 调节 采 用低 频发 电 制动 方式 ， 将 系统 的动 能 反馈 给 电 网 。与 动 力 制 动 减 速 相 比 ， 不 仅 调速性 能 好 、 减速 与爬 行 自然 过 渡 ， 而且 节能 效果 显 著 ； 3 采 用现 代智 能控 制技 术 实 现速 度 闭环调 节 ， 负 力减 速 阶段在 各 种 负载 条件 下均 可严 格按 照 给 定 的速 度 图运行 ， 使 交 流拖 动 系统 在 减 速 段 已达 到 直 流拖 动 系统 的调 速 性能 ； 4 由于装 置 优 良的 调节 性 能 和 发 电制 动 与 电 动状 态 的 自然过 渡 ， 不需 要进 行 任何 主线 路 的转 换 可实 现正 力减 速 与 爬 行 、 负 力减 速 与爬 行 及验 绳 等 多种 工作 方式 ， 在 提 升 系统 的最 大 静 张 力 差 允许 范 围 内均能 实现 负 力减 速 。能 满 足 主 、 副 井 提 升 的 昕 有控 制要 求 ； 5 装 置 采 用 多 C P U 计 算 机控 制 系统 ， 在 I ／ O 接 口、 功能单 元 、 信 息存 储 和系统 总线 等 多方 面 采用 了 容错设 计 ； 系统 具 有完 善 的 自诊 断 功能 ． 通 过 彩色 液晶显示器可以显示各种故障信息 7 0余种 、 速 度 图 和系统 运 行参 数 等 ， 提 高 了 系统 的 可靠 性 和 可维 护性 2 ． 4上位 机监 控部 分 基于 Wi n d o ws 操 作 系统 ， 利 用 V B语 言 ． 自行 开 发了提 升 机监 控 软 件 ， 一 方 面能 使 计 算 机 在 屏 幕 上实 时 动态 反映 提 升 机系统 的 所有 运 行参 数 和运 行 状 态 ， 如显 示主 回路 、 低 压配 电 回路 、 提 升 系统 、 速 度 图 、 液压 制动 系 统 、 装 卸 载 系 统 和 故 障 信 息 等 画 面 ， 能使 司机 对提 升 机 的 运 行 状 况 一 目 了然 ， 若 发生 故 障 ， 司机 能 及时从 监 视器 上 了解 到故 障类 型 及位 置 ， 及时通知维修人员排除故障 ； 另一方面能使计算机 自动 判断 出故 障类 型 。计 算 机对 提 升机 进行 故障 诊 断时 ， 对 系统 输入 的 所有 信号 用专 家 知识 进 行 分析 、 推理 ， 最 后做 出 正 确 决 策 。整 个 故 障 诊 断 逻 辑 包 括 推理 机 构和知 识 数据 库 两大部 分 为保证 故 障诊 断 结果 的合 理与 正 确 ， 在决 策 的快 速 性 和抗 干 扰 能 力 方面 作 了重点 考 虑 3 结语 本 电控 系统 除 了具有 煤 矿安 全 规程 要求 的保 护 和闭锁 功能 外 ， 还增 加 了软 件 的保 护功 能 ， 提 高 了 提 升 系统 的安 全 性 。 由 于 运 行 故 障 率 低 ， 大 大 增 加 了有效 提 升时 间 ． 提高 了矿 井 的提 升能 力 收 稿日期 ． 2 0 0 20 7 1 维普资讯