论机电一体化设计—ＰＬＣ提升机电控技术

李晓鑫

摘要：机电一体化顾名思义就是将机械技术与电子技术相结合。充分发挥各自的长处，弥补各项技术的不足。因为机械强度较高，输出功率大，可以承受较大的载荷，但实现微小的运动比较困难，而在电子领域，利用传感器和计算机可以实现复杂的检测和控制，但只利用电子技术无法实现重载荷运动。将机械技术与电子技术相结合，是机械既能够像动物那样灵活动作，也能够像人类那样会思考判断，也就是说利用电子技术是运动机械实现灵活化和智能化。

关键词：PLC；矿井提升；机电一体化

中图分类号：TE9

文献标识码：A

文章编号：1672-3198(2009)09-0304-02

当前，随着计算机、电力电子技术及自动控制理论等的发展，机电一体化正在大踏步走进煤矿，其中矿井提升是机电一体化在煤炭行业最完美的结合之一。它是通过PLC这种先进的控制器转化并充分实现在提升过程中提升要完成的启动加速、等速、减速、及爬行等阶段，其拖动力及速度将随之变化，每个阶段控制方式也不完全相同。

PLC即可编程逻辑控制器，它具有逻辑控制、模拟量闭环控制、数字量的智能控制、数据采集、监控、通信联网及集散控制。如今PLC都配有A／D、D／A转换及算术运算功能，有的还有PID功能，这些功能使PLC在模拟量闭环控制。运动控制、速度控制等方面具有了硬件基础；许多PLC具有输出和接收高速脉冲的功能，配合相应的传感器及伺服设备，PLC可实现数字量的智能控制；PLC配合可编程序终端设备，可实时显示采集到的现场数据及分析结果，为系统分析、研究工作提供依据，利用PLC自检信号可以实现系统监控；PLC具有较强有力通信功能，可以与计算机或其他智能装置进行通信机联网，从而能方便地实现集散控制。PLC的应用通常可分为顺序控制、运动控制、闭环过程控制、数据处理、通信联网。它具有抗干扰能力强，可靠性高；控制系统结构简单、通用性强、应用灵活；编程方便、易于使用；功能完善、扩展能力强；PLC控制系统设计、安装、调试方便、维修方便、维修工作量小；结构紧凑、体积小、重量轻、易于实现机电一体化。

基于PLC技术的矿井交流提升机电控系统控制电路组成结构如图所示，要由以下5部分组成：高压主电路(包括高压换向器、电动机、启动柜、动力制动电源)、主控PLC电路、提升行程检测与显示电路、提升速度检测、提升信号电路，其中高压主电路部分仍采用传统的继电器控制电路。

工作过程：当井口或井底通过信号通信电路发出开车信号后，开车条件具备。司机将制动手柄向前推离紧闸位置。主电动机松闸。司机将主令控制器的操作手柄推向正向(或反向)极端位置，主控PLC通过程序控制高压换向器首先得电，使高压信号送入主电动机定子绕组，主电动机接人全部转子电阻启动，然后依次切除8段电阻，实现自动加速，最后运行在自然机械特性上。交流提升机运行时，旋转编码器跟随主电动机转动，输出2列a／b相脉冲，分别接到主控PLC的高速计数器HSC0的a／b相脉冲输入端，由主控PLC根据a／b脉冲的相位关系，自动确定HSC0的加、减计数方式。根据HSC0的计数值，就可以计算出提升行程并显示。同时只根据旋转编码器输出的a相脉冲，主控PLC进行加计数。根据HSC1在恒定间隔时间内的计数值，就可以计算出提升速度。

下面是PLC控制软件主程序流程图如图所示。

(1)初始化子程序用于对高速计数器HSC0和HSC1进行以下操作：写控制字、定义工作模式、清零、写设定值、设置定时中断、连接中断、启动计数。

(2)制动油泵、润滑油泵、动力制动电源、五通阀电磁铁、四通阀电磁铁和安全阀电磁铁等的控制属于交流提升机安全运行所需辅助设备的控制。

(3)制动油过压信号、制动油过热信号和润滑油过压信号的显示控制用于交流提升机工作状态的显示控制。

(4)调绳闭锁回路是在调绳过程中起安全保护作用。双卷简提升机换水平调绳时，调绳转换开关1hk－3断开，使调绳连锁环节串入安全回路。正常运行时，1hk－3接通，调绳连锁不起作用。

(5)提升信号回路用于对交流提升电动机启动或减速作好准备。

(6)位置测量子程序用于测量提升机在矿井中的位置。

(7)行程显示子程序根据旋转编码器的脉冲个数来显示当前的行程位置。

(8)减速信号回路和减速信号铃用于减速控制并且发出铃声提示信号。

(9)自动换向工作回路和手动正反转工作回路分别用于自动和手动方式下对交流提升电动机进行正反转控制。

(10)安全回路用于防止和避免交流提升机发生意外事故。

(11)定时器控制回路和转子电阻通断控制用于交流提升电动机启动或减速时的转子电阻切换控制。

(12)动力制动回路用于动力制动电源的投入与切除控制。

(13)脚踏制动联锁和工作闸继电器用于交流提升电动机制动控制。

下面简述PLC在提升机运行过程中的重要环节(梯形图略)；

(1)安全回路通过连锁功能保证了提升机安全、可靠运行，当出现不正常工作状态时PLC输出断电信号，安全回路运行指示灯熄灭，安全闽电磁铁不得电，提升机进行安全制动。其中安全回路由主令控制器手柄零位连锁触电、工作闸制动手柄连锁触点、测速回路断线监视继电器KV的动合触点、过速保护继电器动合触点、常速保护继电器动合触点、高压油过压辅助动合触点、制动油过压输出动断触点、过卷开关松绳保护开关、闸瓦磨损保护开关、调绳开关调绳闭锁贿赂触电等触电、元件完成安全保护。

(2)控制回路工作过程。

开车前的准备条件：将制动手柄至全抱闸位置(通电)，主令控制器处于中间位置(接通)，个转换开关板至所需位置；主回路和辅助回路送电；启动油泵；如果安全回路正常，安全回路指示灯亮，解除安全制动。

提升机启动加速：当井口发来开车信号，将制动手柄至于松闸位置，电机启动并完成8级启动运行。

(3)等速阶段。

(4)正力减速阶段。

(5)低速爬行阶段。

(6)停车：当达到停车点时，换向开关被撞开，使工作闸继电器断电，自动实现工作制动，同时使提升机控制只能选择反向运转，实现自动换向，防止过卷。

这一伟大的革新，大大减少了过去继电器一接触器控制方式下大量硬件接线而带来的诸多麻烦，进一步提高提升机的安全性和可靠性，控制系统的工艺性和灵活性加强，可以说真正完成了一次控制技术的飞跃，也为微机控制应用技术在矿井生产、安全运营风环节的应用普及奠定了必要的基础。综上所述，矿井提升机电控技术对油田和矿山后期开发具有使用和推广的价值。

致谢：本文得到陕西能源职业技术学院丁侯娥同志的支持和帮助，在此表示感谢。