基于PLC的矿井提升机电控系统研究.pdf

科技创新导报 2020 NO.06 Science and Technology Innovation Herald 工程技术 科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald7 DOI 10.16660/ki.1674-098X.2020.06.007 基于PLC的矿井提升机电控系统研究① 谢传立 杨国华 杨洪帅 兖州煤业股份有限公司东滩煤矿 山东邹城 273512 摘 要 作为矿井运输的关键设备， 提升机控制系统的稳定与安全跟整个矿井生产的安全性密切相关。 结合煤矿安全规 程的要求， 明确当今矿井务必应用基于PLC的矿井提升机电控系统。 为此， 本文分析了基于PLC的矿井提升机电控系统实 施方案、 硬件和软件设计， 以及基于PLC的矿井提升机电控系统检测， 旨在实现提升机工作效率的提升和矿井生产的安 全性。 关键词 矿井 提升机 PLC 电控系统 中图分类号 TD633 文献标识码 A 文章编号 1674-098X202002c-0007-02 ①作者简介 谢传立 （ 1982， 2） ， 男， 汉族， 山东邹城人， 本科， 工程师， 研究方向 煤矿高压供电系统， 主副井提升系统。 对于PLC矿井提升机电控系统而言， 其中的PLC主控 系统重点控制提升机的运行过程， 且实施相应的保护， 而 PLC辅控系统体现协助的价值。 在工作过程中， 主控与辅 控间结合网络通讯交互数据信息， 以及进行双线控制、 彼 此监督， 从而实现系统安全性的提升。 特别是针对控制系 统务必设计应急开车的功能。 这样一来， 当提升机存在故 障的情况下 ， PLC依旧能够独立运行， 进而确保副井工作者 的人身安全。 下面， 笔者对基于PLC的矿井提升机电控系 统进行了简要地探究。 1 基于PLC的矿井提升机电控系统实施方案 电控系统是矿井提升机的中心环节， 电控系统受到变 频调速系统与核心处理器的一起控制， 文章运用的核心 处理器为2套型号S7-300 的PLC。 电控系统的整体组成部 分涵盖PLC控制箱、 制动电阻柜、 操作台触摸屏、 变频电 源柜、 低压配电柜等， 其一系列组件的作用如下 一是PLC 控制箱。 电控系统的核心组成为2套PLC， 一套PLC主要是 监控系统， 一套PLC主要是自动或手动控制提升机的安全 闸、 闭锁、 提升、 信号灯等。 二是变频电源柜。 其重点是控 制电控系统速度， 其可以回馈能量。 三是制动电阻柜。 其 重点制动提升机停止或减速的动力。 四是低压配电柜。 其 体现的功能在于将供电提供给外围电路与控制电路。 五是 触摸屏。 其重点呈现画面、 显示仪表、 显示指示灯， 其中显 示画面涵盖电控系统的温度、 电流、 电压、 位置等等。 2 基于PLC的矿井提升机电控系统硬件设计 基于PLC的矿井提升电控系统的硬件组成部分是PLC 控制系统、 变频调速设备、 配电系统等。 2.1 PLC硬件电路 选用德国西门子的 S7-300 硬件模块， 其具备编程设 备、 通讯模块、 接口模块、 电源模块、 CPU模块等。 其中， CPU模块的组成为微处理器与存储器， 其作用为收集提 升机状态信号， 执行控制提升机程序， 以及检测设备故 障， 还可以实时存储系统的工作数据。 接口模块也就是交 换数据模块， 可以直接将数据在各硬件间传输。 通信模 块也就是执行I/O 接口、 PLC控制器、 上位机间的通信。 以 STEP7.5作为设备编程， 此软件可以编辑各种文件。 电源 模块即供给其它外部设备电源， 转变外部220V交流电为 设备要求的电压 （24V或5V） 。 2.2 双 PLC 控制系统 两套PLC控制系统的应用可以使提升机的稳定与安全 运行实现。 其中I/O接口信息存在开关信号与模拟信号， 开 关信号输出与输入数字信号是10与24， 输出输入数量是4 与5； 安全回路的设计涵盖2 套， 各自是PLC软件编程回路 和继电器开关串联的安全回路硬件； 作为电气设备连锁的 电气连锁结合设备的安全标准以及矿井的安全规程进行 设计。 2.3 变频调速设备 变频调速设备的组成部分是主导的控制系统， 其直接 影响电气控制系统。 结合分析的提升系统的提升量与工作 速度， 明确了实施方案， 即交-直-交调速变频， 应用德国西 门子SM150型变频器， 以使全自动变频调速设备组成。 此 设备跟直流变频系统相比来讲， 构造简单、 效率高， 以及可 以承受大电压与大容量。 以钳位三电平二极管作为变频器 构造， 开关管应用IGBT功率器件， 以及结合矢量控制方式 SVP－WM。 2.4 电控系统通信协议 将MPI多点接口通信协议应用于系统设计中， 可以实现 32个最大数目的协议节点以及35 kb/s～12 Mb/s信息传输速 度， 当通信量需求不大时， 具备理想的通信质量和显著的 经济效益。 3 基于PLC的矿井提升机电控系统软件设计 软件设计以软件界面 （STEP7与Win CC） 进行编程。 系 统的编程设计方式是程序结构化， 整体程序的组成是一 系列小程序， 单独编写一系列子程序， 以使整个程序的编 写实现。 此系统的程序结构组成部分是辅助启动、 提升机 准备、 安全回路、 机车操作。 3.1 辅助启动 辅助设备是制动、 油泵、 电机等连锁设备， 在启动提升 机前需要启动辅助设备， 正常启动辅助设备是安全运行系 统的基本保障。 3.2 提升机准备 此程序先判断提升机是不是具备启动条件， 启动条件 下转9页 科技创新导报 2020 NO.06 Science and Technology Innovation Herald 工程技术 科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald9 要求， 绑好溜绳， 以确保下钢笼时不会出现笼子溜走， 砸伤 工作人员的情况发生。 第七， 对于树木清理时， 发生的树木倾斜砸伤人员的 问题。 笔者认为在树木砍伐过程中， 可以设置专门的观察 人员负责观察周边情况， 以及树木的倾斜方向， 及时的提 醒路过的人员注意避让。 第八， 对于振捣器在振捣过程中存在的漏电问题， 引 发的点击危险点。 笔者认为可以在实施振捣前， 优先开展 绝缘检查。 需要注意的是在绝缘检查工作的开展过程中， 操作人员必须要穿戴好绝缘防护工作， 以防止自身触电。 2.2 架线施工作业的危险点辨别与控制措施 架空输电线路在开展架线施工过程中， 往往很多工序 流程都需要进行高空作业。 所以， 在实际施工过程中往往 存在很多的危险点。 如， 在电杆竖立时可能会出现人员砸 伤问题； 在登塔作业时可能会出现坠落事故。 基于此， 要 想做好架线施工作业危险点的预控措施， 就必须要确保 相关的施工人员具备良好的身体健康条件， 树立起安全 施工作业意识， 在实际的登塔作业时能够始终保持精神力 的高度集中。 同时， 在高空作业时相关施工人员还要佩戴 整体安全设备， 检查安全带是否牢固， 以防止出现不必要 的高空坠落事故。 2.3 施工设备的危险点辨别与控制措施 架空输电线路施工过程中需要使用很多的工具设备， 而这些工具设备恰恰成为架空输电线路施工过程中的不 稳定因素。 这是因为工具设备在实际使用过程中难免会出 现不同程度的老旧磨损， 在加之相关施工人员在使用上存 在一定的随意性。 所以， 对架空输电线路施工过程中所使 用的工具设备进行危险点辨别与预控尤为重要。 为此， 可 以从构建完善的工具设备管理机制入手， 明确工具设备的 管理人员， 将责任落实到个人， 并且定期展开使用情况检 查， 以确保每一个工具设备都能够正常工作。 3 结语 正是因为架空输电线路的施工作业本身存在很大的 危险性， 所以提前做好危险点的辨识与预控工作则尤为重 要。 为此在今后的实际施工过程中， 就必须要进一步强化 施工作业人员的安全施工意识， 提前做好相关的预控方 案， 以便于最大限度的降低危险事故出现的可能性， 确保 架空输电线路施工的高效、 高质完成， 更好的服务于电力 用户， 满足现代化电力建设需求。 参考文献 [1] 舒冬,孟凡平.架空输电线路施工工艺流程[J ].居 舍,201985. [2] 庄泳林,钟万国.架空输电线路施工危险点辨识及预控 措施分析[J].机电信息,20191115. [3] 林品扬.输电线路放紧线施工的危险点分析及控制[J]. 通讯世界,2016612. 上接7页 涵盖手柄、 零位连锁控制、 辅助启动等， 在满足程序时， 即 启动提升机。 3.3 安全回路 此程序重点是控制前面设计的安全回路软硬件， 当检 测提升机， 存在故障情况下回路能够停闸， 且执行闭锁和 报警， 工作者能够对存储的故障信息予以查看， 且将故障 排除之后， 把制动解除。 3.4 机车操作 有自动与手动操作提升机系统的方式。 自动控制结合 PLC控制其自动判断与执行提升方向。 启动和运行操作决 定了提升机回路的方向。 操作方向的回路要求全部的启动 条件达到标准， 一系列的标准涵盖选择操作方向、 解除安 全制动、 发出开车信号、 辅机启动等。 操作者结合控制手 柄进行以上动作， 从而启动提升系统。 4 基于PLC的矿井提升机电控系统检测 为了对该控制系统的功能进行检测， 立足于以上软硬 件设计， 对实验样机进行搭建， 模拟设计的系统且执行检 测。 一是检查PLC控制箱、 制动电阻柜、 变频电源柜、 操作 台、 低压配电柜等接线。 二是为一系列柜体主体供电， 然 后为一系列柜体控制电路供电。 三是对变频柜空载调试， 结合控制需要设置有关参数， 变频器自动识别电动机， 之 后空载运行。 事实表明， 此提升机在瞬间启动时冲击电流 较小， 能够防止大启动冲击形成的影响， 以及可以稳定、 迅速地运行。 设置提升机转速参考值1200 r/min， 而提升 机能够迅速地达到实际转速值， 且确保稳定地运行。 鉴于 此， 设计的基于PLC的矿井提升机电控系统具备优良的性 能， 可以实现工程的实际需要。 5 结语 综上所述， 为了实现矿井提升机生产稳定性与效率的 提升， 本文设计了一种于PLC的矿井提升机电控系统， 其核 心处理器选择了2套S7-300型号的 PLC， 电控系统的整体 组成涵盖操作台、 制动电阻柜、 PLC控制箱、 低压配电柜、 变频电源柜等。 并且， 搭建实验样机检测系统的实际运行 情况， 最终表明该系统的设计可以实现工程的实际需要。 参考文献 [1] 薛挺.基于PLC的矿井提升机电气控制系统改造分析 [J].山东煤炭科技， 20161 143-145. [2] 韩哲.基于PLC的矿井提升机电控系统分析研究[J].电子 测试， 201812 109-111. [3] 李赟. PLC与变频器在矿井提升机调速系统中的应用 [J].科技创新与应用， 201428 98-100. [4] 郭媛媛.浅谈矿井提升机PLC电控的应用[J].科技创新 与应用， 201314 87-89. [5] 张建宇.PLC在矿井提升机变频调速控制系统中的应用 [J].电子世界， 201418 102-104. [6] 栗广亮.PLC和高压变频器在矿井提升机中的应用[J].中 国设备工程， 20093 67-68. [7] 廉王龙.基于PLC控制的全数字直流提升机电控系统 [J].煤， 20093 125-126. [8] 徐玉龙.PLC在矿井提升机变频调速控制系统中的应用 [J].水力采煤与管道运输， 20124 87-89.