矿井提升机电控系统的改造

郭建国 彭新荣 郭昊萌

(1.平禹煤电公司凤翅山矿，河南 平顶山 467001;2.平顶山工业职业技术学院 机械工程学院，河南 平顶山 467001;田庄洗煤厂，河南 平顶山 467001)

可编程控制器(简称PLC)是基于电子计算机，且是用于工业现场工作的电控制器。它源于继电控制装置，但它不像继电装置那样，通过电路的物理过程实现控制，而主要靠运行储存于PLC 内存中的程序，进行入出信息变换实现控制。PLC的应用特点是可靠性高，抗干扰能力强，配套齐全，功能完善，适用性强，易学易用，深受广大工程技术人员欢迎。系统的设计工作量小，维护方便，容易改造。平煤股份十二矿副井自经过改造原电控，采用以PLC 为核心的电控系统以来，操作简单，管理方便，确保了矿井提升机的安全性和可靠性，降低了劳动强度，提高了劳动生产率。

1 系统配置

平煤股份十二矿副井提升机PLC 电控系统主要由PLC、主控台、调速柜、换向柜及电源柜组成。信号系统主要由PLC信号箱，上、下井口PLC 信号操作台，语言显示箱组成。

作为控制系统的核心部分，PCL 采用日本三菱公司生产的FX2N系列产品。在提升机电控系统中共有四块:主控机PLC 采用FX2N—64MT 型，监控机、调速控制、换向控制、均采用FX2N—32MR 型，FX2N—64MT 为晶体管输出形式，FX2N—32MR 为继电器输出形式。

2 控制系统的原理

提升机PLC 电控系统的各项控制和保护功能之间的逻辑关系，是根据原TKD 继电器电控系统的工作过程，结合现场实际情况，用编程的方法预先输入PLC 内加以解决。

PLC 电控系统采用RS485 通讯方式，通过通讯模块之间工作指令的传送，将各种外设控制开关，传感器来的信号均接到主控台PLC 的输入站，PLC 根据预先输入的用户程序结合外设开关及传感器的动作情况，经PLC 的逻辑运算，并经调速柜、制动柜去控制调速回路、制动回路等被控制对象动作，而其中一部分控制开关、传感器发出的信号，经主控台PLC 处理后，去驱动相应的安全继电器、工作继电器及各控制单元，完成提升机的启动、加速、等速、减速、爬行、停车等过程，以及实现提升机的各种安全保护，语音报警、PID 速度闭环控制等。

监控机PLC 采用FX2N—32MR 型可编程控制器，作为中控机的监视使用，用以系统的后备保护、关键控制参数以及系统的参数显示功能，主控机、监视机两台PLC 即相互独立，又相互监视，对某些重要保护(如过卷、超速)还能相互备用，提高系统的可靠性。

可调闸模块由电压选择电路、运算放大电路、射极跟随电路等组成，由脚踏自整角机来的动力制动开环信号和由主监控机经FX2N—40A(数模转换)模块输出的动力制动闭环信号经电压选择器比较，取其中最大值经运算放大器放大，由射极跟随输出到可控硅制动电源的触发器中，从而控制制动电流的大小。而另一路由PLC 逻辑运算经FX2N—40A 输出的可调闸闭环输入信号经集成运算放大器放大后，由射极跟随器输出到可调闸KT 线圈中，用以控制制动压力的大小，从而保证提升机有效的制动，达到安全运行的目的。

模拟显示器与监控机PLC 可连接，用来显示运行时的即时技术参数，有预备态、运行态、故障记忆三种状态，模拟屏具有故障记忆功能，可以记录发生故障时的异常技术参数，便于故障的查找与处理。

提升机的正反向运行采用高压真空接触器控制，当提升机需要正向(或反向)运行时，主控台PLC 发出正转(或反转)指令，高压换向柜内的PLC 立即响应，其输出端发出正向(或反向)运行信号，使正向(或反向)高压真空接触器动作，从而完成提升机的正反向运行。正反向高压真空接触器之间没有电气和机械闭锁，用以防止相间短路，同时主电路的接通、断开必须经过两个相互串联的真空接触器主触头，以保证电路的可靠断开，确保设备工作期间的可靠性与安全性。

提升机的启动和调速采用逐段切除电动机转子中附加电阻的方法，其切除电动机转自附加电阻采用以电流为主，时间为辅的控制方法。用晶闸管替代交流接触器，具有优良的动、静态特性，运行可靠无噪音，结构简单，使用维护方便。

提升及信号系统的PLC 采用串行通讯方法，在车房安装的信号显示箱，一方面与上井口PLC 信号箱进行通讯联系，另一方面与提升机控制柜相连接，主要控制提升开车信号回路和可调闸回路，上井口PLC 接受下矿井口传来的信号，通过PLC 逻辑运算，做出相应的输出控制，信号装置有KXH16 型语言安全告警箱的接口，信号工发出开车信号后，语言告警箱的LED 告警显示字符亮:“信号发出，禁止上罐”。并伴有相同的语言告警，经过一段延时后，声音停止，此信号系统通过PLC的程序执行，发出相应指令，大大的改善了信号系统的稳定性，提高了安全性能。

3 应用特点

(1)PLC 电控系统结构简单，可根据用户的要求，任意调整程序设置，增加控制功能，而不必增加任何设备，节约生产投入。

(2)系统软件设计，PLC 采用梯形图编程方式，程序从上到下，从左到右顺序循环执行，以梯形图为基础编程方式，与继电气控制相似，易学、易懂，实用性强，维护方便。

(3)系统的所有操作均有PLC 控制执行，可以方便的调整各个环节的控制参数，使组态更为灵活，提高了处理信号的速度，数字显示与模拟信号相结合，使司机能轻松愉快的操作。

(4)轴编码器将提升机的实际速度和行程转换为脉冲信号输入到主监控PLC 中，有PLC 与设定参数比较、分析，自动产生提升机所需要的速度信号，减少启动、制动过程中的机械冲击，提高了提升机控制精度。

(5)可靠性，控制系统的可靠性直接影响到安全和生产效率，在本控制系统选用日本三菱公司生产的高精度、高可靠性的FX 系列PLC。同时，在输入和输出信号的防护，连锁与互锁功能的软硬件设置，故障检测软件的设计和数据保护等方面均采取了相应的有效措施，从而保证了控制系统安全、高校和可靠地运行。

4 抗干扰措施

由于矿井提升机系统的环境与PLC 电控系统所要求的安全、稳定、无杂波的工作环境有一定的差异。因此，抗干扰能力成为PLC 装置运行质量的重要因素，为减少干扰影响，采取以下措施:

(1)PLC 电源采用UPS 电源供电以消除工频干扰，为了抑制附加在电源及输入、输出端的干扰，应给PLC 接专用地线，并且接地点要与其他设备接地线分开。

(2)PLC 的通讯线及A/D 转换的输入线采用屏蔽电缆且屏蔽层接地。

(3)交流继电器线圈并接浪涌吸收回路，用于吸收瞬间过电压和防止继电器误动作。

(4)维护检修时，不得随意甩掉部件或改线，避免杂波影响。

(5)软件编程设置程序口令，自检程序等措施，提高软件抗干扰的能力。

5 使用维护

交流提升机PLC 电控系统是在原TKD 电控基础上运行设计的，但由于电路的特殊性，因此在使用与维护时应注意以下几点:

(1)PLC 允许电流电压波动为±10%，使用中不能使电压过高，否则可能损坏某些部件。

(2)PLC 的输出电路设有熔断器，因此当某一输出回路不动作时，首先应检查熔断器是否熔断，查出熔断原因，并更换相同容量的熔断器即可。

(3)定期清扫电器卫生，防止因灰尘而引起短路和接触不良，损坏设备，破坏设备安全运行。

(4)PLC 电控系统出现故障时，一般是外部传感器和控制开关引起的，因此，在查找故障时，首先应观察PLC 个输入端的指示是否正常，若指示不正常，应检查有关外设。若各外设指示正常还有问题，应通过编程器调出内部程序一个节点一个节点寻找，根据梯形图的逻辑关系分析后再作处理。

(5)由于PLC 的输入、输出的逻辑关系，是通过使用其内部大量软元件和编程而实现的，因而在处理问题时，不能按继电器电路的概念处理，一定要把每个端点的问题独立处理好，再分析逻辑关系图，只要保证各输入，输出没有问题，控制结果也就正常。

(6)可编程控制器的采用，简化了系统的设计及维修量，但也相应地提高了对维修人员的要求。维修人员必须会看梯形图，会用编程器跳出PLC 程序，以及会用编程器监视各输入，输出点内部定时器，计数器等的变化情况，只有不断提高自身的业务水平，才能使用，维护好设备。

6 结束语

提升机电控系统经过改造投入使用后，系统运行稳定工作可靠，控制精度大幅提高。能够满足生产要求，减轻了工人的劳动强度，减小了设备的故障率和误操作，节约了能源，提高了工作效率，取得了良好的经济效益和社会效益。