基于PLC主井提升机装卸载保护的设计 -.pdf

煤炭工程 2 0 1 0年第 6期 基于 P L C主井提升机装卸载保 护的设计 唐 科 1 ．安徽理工大学 电气与信息学院，安徽 淮南2 3 2 1 ；2 ． 淮南矿业集团 潘一东矿，安徽 淮南2 3 2 0 0 1 摘要 论文对主井在 自动提煤过程 中提升机出现 “ 煤未卸尽”现象的原因以及 由此产生的后 果进行 了详细的分析，提出了解决此问题的保护方案，设计 了保护 系统的硬件 电路 并进行 了软件编 程。该保护方案的使用，使矿井主提升机得以有效安全地运行，具有一定的实用性和推广价值。 关键词可编程控制器；装卸载保护 ；主井提升机 中图分类号T P 3 1 1 文献标识码 B 文章编号1 6 7 1 0 9 5 9 2 0 1 0 0 6 - 0 0 1 4 2 l 概述 矿井主井提升系统在试运行期间，箕斗在被往复提升 过程中，里面的煤与矸石由于井下煤质黏度较大，造成箕 斗卸煤时出现卸煤不干净 ，越积越多，如不及时发现清除， 严重时的后果相当于箕斗二次装载。当已被二次装载的箕 斗由装载站 向上提 升的过程 中 ，尾绳对箕 斗 的作 用力越来 越大，相应的提升电机的电流也将越来越大。由于电机电 气特性较硬，当电流超出最大保护值时，其保护元件等将 会 被烧坏 ，导致提 升机无法将 箕斗 向上提 升，下放 箕斗又 可能会造成下放打滑事故 ，将严重影响矿井安全生产。为 了克服上述问题 ，有些煤矿采用在箕斗悬挂上装设煤位探 测器对箕斗中的煤进行探测，但考虑到设计成本和 日后的 维修量 ，本文采取 P L C技 术对主井提 升机箕斗 煤未卸尽 问 题进行了保护设计 。 2 设计思想 主井提升系统的运 动学方程为 GD d 』。一 』 L 3 7 5 ’一 d t CmI d 式 中 一 电动机的拖到力矩 ，N- m； 一 提升系统的静负载力矩 ，N m； C 一直流电动机 的力矩系数 ； ， 一直流 电动机的电枢电流 ，A； ， ， 一与静负荷力矩对应的负载电流，A 。 在等速时 ，电动机 的 电枢 电流 ， 等 于静负 载 电流 ， 。 因此 ，根据 电枢电流可以判 断静载荷 煤的重量 的大小 。 另外 ，由于多绳提升系统的尾绳 和提升 机钢丝绳单位长 度的重量不同 ，即存在 所渭的不平衡提 升。欲检测 静载荷 ， 1 4 可在两个箕斗的交错位置 即箕斗运行在井筒中间位置 处通 过检测电枢电流来判断装载量。也可以通过比较两次提升循 环交错处的电枢电流的变化来判断装载量的变化，即煤是否 卸尽 。 “ 煤未卸尽”保护的设计方案为顾桥矿主井采用双箕 斗提升 ，箕斗 设计 满 载值 3 2 t ，实 际最 大 提 升 量不得 超 过 4 0 t ，箕斗的超载范围即不能大于 8 t 。当井筒中主箕斗与副箕 斗运行到交错点时，由于此时提升箕斗的钢丝绳的静张力最 小，系统根据电流计算得出来两箕斗的重量差值，再通过比 较本钩与上一钩 的重量差 值 ，如果得 出差重 的绝 对值大 于 8 t ，则说明上一钩箕斗中有超出8 t 煤没有卸尽，箕斗到停车 位时系统将不给到位信号，装载系统中的胶带机和给煤机将 停止运行，定量斗停止向箕斗中装煤，并向司机发出警报。 3 硬 件组成 根据设计方案以及电控系统的安全、功能、工艺等要 求 ，系统硬件主要采用 S I E ME N S工控相关器件，具体如 下 s T E I y 7 编程器一台 、主控 P L C一 4 0 0一 台、装载站 P L C 一 3 0 H D 一 台、WI N C C人机 画面上位机一 台。 s T E P 7编程器将编好的程序通过 MP I网下载到主控 P L C一 4 0 0中，通过 调试运 行 ，装 载站 P L C通 过 P r o fi b u s D P网络将其所监视 的传感器、继 电器状 态传输 给主控 P L C ，并 由人 机 界面 发 出指令 ，P L C通 过执行 元件 控制 设 备。系统结构如图 1 所示 图 1 系统 结构简 图 收稿日期2 0 9 0 9 0 2 作者简介唐科 1 9 8 1一 ，男，安徽安庆人 ，工程师，现在淮南矿业集团潘一东矿主要从事煤矿机电、绞车电控方 面的技术工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 0年第 6期 煤炭工程 通过 WI N C C监控系统可进行绞车运行状态显示、故障 监视报警 ，并且对于所需记录的运行状态及报警都可以进行 记录。当功能投入确认后，如未出现 “ 煤未卸尽”故障，故 障指示灯将一直显示为绿色，反之，将显示红色，如图2 。 图 2 WI NC C监控 画面 4软件设计 系统的软件设计基本按梯形图逻辑 L A D 编辑语言编 制。在 N e t w o 1 支路中，主提升机司机操作台上取一按 钮，作为 “ 功能投入”钮，全 自动提煤时，利用 M5 0 0 ． 0 作为此功能的自保点，当N e t w o 5中的故障点 4 2 6 ． 5输出 时复位用。如图 3所 示。 动 提煤 M5 0 0 ． 0 卜 _ _ 1卜 H 图 3 N e t w o 1 功 能投 入控 制图 在 N e t w 0 r k 2中，当主箕斗 C 1或副箕斗 c 2在装载位 时，将储存在 “ MD1 1 1 8 ”差重值复制到地址 MD 6 3 0中， 可把 MD 6 3 0和 MD 1 1 1 8分别 理解 为上一 钩和本 钩提 煤时 两 箕斗 的差重值 ，见 图 4 。 图4 N e t w o r k 2系统差重值转移控制图 在 N e t w o 3中 ，假设 c 2在上勾 中有煤 未卸 尽 ，现在 c 1中被装 入 3 2 t 煤 ，c 2由卸 载站 向装 载站 运 行 ，当 系统 检测出 MD 1 1 1 8与 MD 6 3 0的值不相等时，将它们进行减 法运算。此时，运 算输出值存在 MD 6 3 4中的值为负值， 见 图 5 。 图5 N e t wo r k 3系统差重值比较图 在 N e t w o 4中，把 MD 6 3 4里的值取绝对值 ，目的是与 N e t o r 中的 自定义 常量 I N 2进行 比较 。 在 N e t w o r k 5中的 I N 2为超载范围，此值用户可以根据 现场需要 自行设定。顾桥矿主井箕斗设计满载值 3 2 t ，实际 最大提升量不得超过4 0 t ，超载范围不得大于 8 t 。现将 I N 2 定为 8 ，当 MD 6 3 4的值大于 8时，复位线圈 M 4 2 6 ． 5接通 ， 通过 MP I 网将故障点传到 WI N C C中。WI N C C界面显示故 障信号见图6 。 5 0 0．0 M 4 2 6 ． 5 卜一R H 图 6 N e t w o 5 V CC介面显 示故障信 号控制图 同时在 N e t w o r k 6中的常开 点 M 4 2 6 ． 5断电 ，当 P L C可 编程控制器中的 F M 4 5 8模块计算出副箕斗 c 2的实际位置 在装载到位上限与下限之问时，即 c 2到停车位时系统将不 给到位信号 ，定量斗停止向 c 2中装煤，提升机解除自动提 煤运行 。 5结语 采用 P L C技术对矿井主井提升机箕斗 “ 煤未卸尽”问 题进行保护设计后 ，系统运行的稳定性和安全性得到大大 的提高，减少了运行故障和停工工时，节省了人力和物力 ， 提高了运煤能力，使矿井提升的经济效益大大提高。 参考文献 [ 1 ] 张凤珊．电气 控制 及 可编程 序控 制 器 第 二 版 [ M] ．北 京 中 国轻工业出版社 ，2 0 0 3 ． [ 2 ] 马 志 溪． 电 气 工 程 设 计[ M] ． 北 京 机 械 工 业 出 版 社 ，2 0 0 2 ． [ 3 ] 齐占庆，王振臣．电气控制技术 [ M] ．北京机械工业出 版社 ，2 o o 2 ． [ 4 ] 史国生．电气控制与可编程控 制器技术 [ M] ．北京 化 学 工业出版社 ，2 0 0 3 ． 责任编辑赵巧芝 l 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m