PLC在煤矿井下皮带运输中的应用.pdf

1 PLCPLC 在煤矿井下皮带运输中的应用在煤矿井下皮带运输中的应用 0 0前言前言 平煤集团四矿丁七钢缆皮带原采用继电器控制、调压器调速系统，由于耗电量大，维护 困难，设备陈旧不能适应现代化生产的需要，决定对其进行技术改造。 1 1PLCPLC 系统的组成系统的组成 本电控系统中，使用两个独立的 PLC 子系统组成一个 PLC 网络系统，其中一个 PLC 安装 在操作台（简称操作 PLC）中，另一个 PLC 安装在 PLC 保护柜（简称保护 PLC）中，使用一 根二芯电缆将两个 PLC 连接在一起，组成一个 MPI 网络；在操作 PLC 中，通过 CP340 模块与 上位机进行通信，使用 RS-485 标准通信接口，其组成框图如图⑴所示。 图 1PLC 系统组成框图 Fig.1the system of PLC composition diagram 1.11.1 操作 PLC 的组成及功能 （1）组成 操作 PLC 安装在操作台的后侧，它由下列模块组成 模块名称模块型号模块数量 电源模块PS-307/5A1 CPU 模块CPU3141 输出模块SM322/16xREL3 输入模块SM321/32xDC24V1 通信模块CP340-RS422/4851 它们的地址分别为 第一个输出模块地址是Q0.0-Q0.7，Q1.0-Q1.7 共 16 个输出端子； 第二个输出模块地址是Q4.0-Q4.7，Q5.0-Q5.7 共 16 个输出端子； 第三个输出模块地址是Q8.0-Q8.7，Q9.0-Q9.7 共 16 个输出端子； 输入模块地址是 I12.0-I12.7，I13.0-I13.7，I14.0-I14.7，I15.0-I15.7 共 32 个 输入端子； 通信模块地址是 320-335 共 16 位。 （2）功能 操作 PLC 的主要功能有 接收外部信号输入 （操作台面板上的选择开关信号、 按钮信号 、 由保护 PLC 传来的信号及由上位机传来的信号） ， 按照拟定的逻辑控制操作台面板上指示灯 的状态，将部分输入/输出信号发送给保护 PLC，将全部输入信号发送给上位机系统。 操作 PLC保护 PLC CPU 信 号 模 块 信 号模 块 CPUCP 340 电脑 RS485 2 当 PLC 与上位机的通信正常时，封闭操作台中的 ZJ5、ZJ6、、ZJ14 继电器，使它 们不起作用， 当 PLC 与上位机的通信中断时， 开启这些继电器， 使它们的接点信号输入 PLC， 以替代来自上位机的信号。 1.21.2 保护 PLC 的组成及功能 （1）组成 保护 PLC 安装在继电柜的上部，它由下列模块组成 模块名称模块型号模块数量 电源模块PS-307/5A1 CPU 模块CPU3141 输出模块SM322/16xDC24V2 输入模块SM321/32xDC24V2 它们的地址分别为 第一个输出模块地址是Q0.0-Q0.7，Q1.0-Q1.7 共 16 个输出端子； 第二个输出模块地址是Q4.0-Q4.7，Q5.0-Q5.7 共 16 个输出端子； 第一个输入模块地址是I8.0-I8.7，I9.0-I9.7，I10.0-I10.7，I11.0-I11.7 共 32 个输入端子； 第二个输入模块地址是 I12.0-I12.7，I13.0-I13.7，I14.0-I14.7，I15.0-I15.7 共32 个输入端子； （2）功能 保护 PLC 的主要功能有接收外部信号输入（继电器接点信号、接触器信号、传感器信 号及由操作 PLC 传来的信号），按照拟定的逻辑控制继电器动作（包括起车预告、电气制动 停车、紧急停车及正常停车等）， 将全部输入信号及部分输出信号发送操作 PLC。 2 2钢缆皮带控制系统运行原理钢缆皮带控制系统运行原理 2 2.1.1 运行方式 1. 以电动机运行方式分，共有四种运行方式 均转矩运行、均转速运行、1单机运行、2单机运行。 2. 以电动机的运行速度分为三种运行方式 运煤2.5m/s 运人1.8m/s 验绳0.63m/s 这三种速度运行状态由选择开关 03XZK 决定。具体速度状态由给定方式决定。 当 1JA 置于手动时, 其速度取决于外控内控电位器,但速度不会超过速度限制。 当 1JA 置于自控时, 运行速度完全取决于三种速度状态， 并且在本系统中可以任意设置 三种速度值。 2 2.2.2 均转矩运行原理 均转矩为 1, 2电动机联动方式之一， 均转矩运行框图如图2所示， 由方框图中可知 ， 两套调节系统共用一个给定积分器和一个速度调节器， 速度调节器的输出即为电流调节器的 给定值，因而两个电流调节器给定值相同，当两台电机电流反馈强度相同时，可使同时工作 的两台传动系统的输出直流电流值相等，我们知道电动机转矩公式为 TeCmΦeId其中Cm 是电机常数 Φe───额定磁通 Id───电机电枢电流 3 图 2均转矩运行框图 Fig.2even troque movement diagram 在本系统中，两台电机为串联激磁，因而可以认为两台电机磁通相同。此时如果两台电 机电枢电流相同，则其转矩一定相等，从而达到均转矩的目的。均转矩就是保证两台电机转 矩相同，此运行方式也是本系统最重要的运行方式。 但应注意的是，系统均转矩运行时，对于 1电动机是一个完整的双闭环系统，因而 1 机能够达到理想的速度精度，而 2机仅是一个电流环跟随系统，两台电机虽出力相同，但 速度并不一定相同。 2 2.3.3 均转速运行原理 均转速也是 1,、2电动机联动运行方式之一，均转速的简化框图如图3所示。由方 框图可知， 两套系统只须共用一个给定积分器， 也就是说对应两台电机的调节回路的两个速 度调节器给定来自同一个给定积分器的输出值。 因此只要两台电机速度反馈度相同， 就能保 证两台电机的转速相同。 图 3均转速运行框图 Fig.3 even national speed movement diagram 均转速运行的目地主要用于换绳工作状态。 应当注意在系统均转速运行时，由于 1、2机各自实际承受负载的不平衡，两台电 机电流不一定相等。 2 2.4.4 单机运行原理 4 1电机或 2电动机的单机运行原理相似，现以 1电机单机运行为例说明, 方框图如图 4所示。 实际系统就是一个完整的双闭环系统， 实现闭环工作的工作原理在许多直流调速 系统中均有说明。这里不再作详细说明。 图 4单机运行框图 Fig.4single plane movement diagram 2 2. .5 5 电动机的电气制动 1.电气制动的目的一是当运人出现负力时，如果不加以制动，钢带机的带速将会越 来越快，从而引起乘人超速，对人身安全构成威胁，这是绝对不允许的。二是在一些要求停 车的情况下，采用电气制动停车，可使机械损伤大大减轻。 2.电气制动原理 在本系统中电动机的制动及降速是采用改变电动机励磁电流的方向， 而使电动机产生制 动转矩来实现的。 因励磁绕组时间常数很大， 为了减少转矩反向时间则需要对励磁绕组加一 个很大的强励电压，对本系统而言，由于转矩反向时间要求并不高，因而采用 2.5 倍强励电 压在动态要求较高时采用 3～5 倍强励。 在本系统中，除运行出现负力时进行电气制动外，当系统出现乘人一级越位、三项保护 及润滑油压失常等情况时，也采取电气制动停车以减少机械冲击。 图 5数字电控系统 Fig.5digita Electrically controlled system 当机尾或机头发出开车信号时，ASCS0107 全数字电控系统中的保护 PLC 对沿线保护和 设备进行自诊断， 确定各保护都正常时给操作台处的操作 PLC 发出指令信号， 操作 PLC 接到 操作人员的操作信号时，操作 PLC 向 ASCS0107 全数字电控系统发出开车信号，触发晶闸管 进行变频调速。开车时电机转动，带动轴编码器，轴编码器发出信号送到操作 PLC，然后经 操作 PLC 传输到保护 PLC，即可实现保护和监控。若机头或机尾不发出开车信号，皮带就不 能运转。即实现了信号与电控闭锁方式。 机 尾 信 号 信 号 机 头 电机 操 作 台 ASCS0107 全数字电 控系统 沿线保护 护 轴编码器 5 3 3结语结语 该系统自 2003 年 11 月份安装后， 维护量大大降低， 大部分故障能够在电脑显示器上直 接显示，减少了故障查找环节，采用电机电枢相互独立、磁场串联的运行方式、可实现 1、 2单机运行和均转速、均转矩运行，系统控制精度高，操作简单，维护方便，具有较强的自 诊断能力，能实现四象限运行，出现负力可自动投入发电反馈制动，提高系统安全性，提高 运输能力，提高功率因数，降低运行费用，大大减少故障时间，提高经济效益。