基于PLC的现代矿井提升机控制系统的研究

王立科

摘 要：PLC作为一种新型的自动控制装置，广泛应用于各控制领域。该文基于PLC作为控制核心，介绍了现代矿井提升机控制系统的基本工作原理。

关键词：PLC  矿井提升  研究

中图分类号：TD53 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）10（c）-0022-01

矿井提升机作为矿井运输系统的主要形式之一，作为井上与井下的唯一输送通道，承担着人员、设备、物料、矸石和煤炭等的运输任务。矿井提升机的控制系统基本要求主要体现在：要求平滑调速且精度高、满足四象限运行、具有行程和速度监控功能、具备完善的故障监视装置、设置可靠地制动装置等几个方面。传统的矿井提升机调速控制方式为有级调速、调速精度低、能耗大、范围小、安全性差、维护量大且造成电能的大量浪费。PLC作为一种新型的的自动控制装置，将PLC技术应用于现代矿井提升机控制系统中，将提升控制、通信联网、故障诊断、监视报警等功能复合到一个综合控制系统中，可以有效解决以上问题。

1 矿井提升机控制系统的发展与现状

直流传动即对直流电动机的速度控制。直流电动机具有良好的调速特性、较宽的调速范围和易于实现四象限运行等特点，非常适合在频繁正反转和需要调速的矿井提升机中应用。如瑞典、德国等国家大多采用直流提升机。

交流传动即对交流电动机的速度进行控制。20世纪70年代西门子公司发明矢量控制的交—直—交变频原理后，标志着交流电机来代替直流电机实现调速的技术时代已经到来。在交流变频装置中，大都采用微机控制，由于微机功能强、速度快、易于实现监视，具有现场诊断功能。如ABB公司、AEG公司和西门子公司等利用微机实现的变频控制，都获得了成功。

我国在20世纪50、60年代，控制系统一般采用交流传动方式，这种控制方式技术简单、投资少、运行维护容易，但调速性能差、提升能力差。70年代后期，我国煤炭系统从瑞典、德国、法国等国家引进了多台晶闸管变流器供电的直流提升机。随着电力电子技术的发展，特别是PLC技术、变频器技术和计算机控制的出现，使得高性能交流提升机调速系统应运而生，而且交流提升机控制系统已成为当前矿井提升机控制的主要发展方向。

2 PLC技术在矿井提升机电控系统中的研究

该控制系统以两台FX3U系列PLC和一台变频器为控制核心，两台PLC一主一从，以通讯的方式交换数据，实现整个系统的控制和相关保护，变频器安装在变频柜中，实现对主电动机的变频调速和低频制动，系统配置制动单元和制动电阻，实现变频器四象限运行。系统采用编码器定位和激光定位系统相结合的方式，用于测定系统的深度和与深度相关的控制功能。系统框图如图1所示。

（1）工作原理。

系统主电机采用三相异步电动机变频调速方式，用变频器改变定子电源频率实现电动机的启动和调速。系统的制动部分采用液压站来实现，通过改变比例电磁阀的供电电流，来调节系统油压的大小，进而控制盘型制动器的开合程度。制动系统具有二级制动功能，保证在井筒中间提升机出现故障时采用二级制动的方式停车;在提升机到达井口附近出现故障时，为了保证事故不会继续扩大，安全回路的任何故障，制动系统都会取消二级制动，实现紧急制动。

（2）系统设计。

提升机控制系统由电动机PLC控制回路、手动可调闸回路、液压站控制回路、信号指示回路、故障开车回路和安全保护回路等环节组成，系统为手动、半自动和自动操作。

①操作控制系统主要完成逻辑与模拟操作控制任务。采用一台PLC，其主要功能是执行操作程序。来自系统各部分的逻辑信号直接引入到PLC的输入端，模拟信号经A/D转换后引入到PLC的输入端，通过软件分析处理后，PLC通过输出端将控制信号传输到相应的执行机构实现控制。

②行程监控部分由编码器检测系统和激光检测系统构成，系统将提升速度和行程位置转换成脉冲信号送入PLC，经PLC中的软件计算处理后给出提升容器在井筒中的速度和实际位置，送到操作台监视器显示。

③安全保护系统有硬件安全回路和软件安全回路，两者之间相互冗余与闭锁，一条断开时，另外一条同时断开。硬件安全回路通过硬件电路实现，当出现硬件故障时，无论PLC是否工作，其安全回路马上断开实现保护。软件安全回路在PLC软件中设计，与硬件安全回路相同并同时动作实现对系统的保护。

（3）现代故障诊断技术。

现代故障诊断技术以矿井提升机为研究对象，实现对提升机的运行状态进行在线监测，判断提升机是否出现运行质量下降或存在故障隐患。提醒工作人员进行预测性设备维护、维修，将故障排除在萌芽状态，避免人员伤亡和巨大经济损失，为矿井生产提供安全保障。

3 结论

综上所述，基于PLC的现代矿井提升机控制系统克服了传统控制系统系统的缺点和不足，将PLC技术、变频器技术及故障诊断技术与现有电控系统相结合，满足提升机智能化控制的要求。

参考文献

[1] 蒋卫良.高可靠性带式输送、提升及控制[M].徐州：中国矿业大学出版社，2007.

[2] 周梦然.激光技术在煤矿绞车提升安全检测中的应用[M].合肥：合肥工业大学出版社，2007.

[3] 王新.变频调速系统的故障诊断与健康诊断[M].北京：煤炭工业出版社，2009.

摘 要：PLC作为一种新型的自动控制装置，广泛应用于各控制领域。该文基于PLC作为控制核心，介绍了现代矿井提升机控制系统的基本工作原理。

关键词：PLC  矿井提升  研究

中图分类号：TD53 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）10（c）-0022-01

矿井提升机作为矿井运输系统的主要形式之一，作为井上与井下的唯一输送通道，承担着人员、设备、物料、矸石和煤炭等的运输任务。矿井提升机的控制系统基本要求主要体现在：要求平滑调速且精度高、满足四象限运行、具有行程和速度监控功能、具备完善的故障监视装置、设置可靠地制动装置等几个方面。传统的矿井提升机调速控制方式为有级调速、调速精度低、能耗大、范围小、安全性差、维护量大且造成电能的大量浪费。PLC作为一种新型的的自动控制装置，将PLC技术应用于现代矿井提升机控制系统中，将提升控制、通信联网、故障诊断、监视报警等功能复合到一个综合控制系统中，可以有效解决以上问题。

1 矿井提升机控制系统的发展与现状

直流传动即对直流电动机的速度控制。直流电动机具有良好的调速特性、较宽的调速范围和易于实现四象限运行等特点，非常适合在频繁正反转和需要调速的矿井提升机中应用。如瑞典、德国等国家大多采用直流提升机。

交流传动即对交流电动机的速度进行控制。20世纪70年代西门子公司发明矢量控制的交—直—交变频原理后，标志着交流电机来代替直流电机实现调速的技术时代已经到来。在交流变频装置中，大都采用微机控制，由于微机功能强、速度快、易于实现监视，具有现场诊断功能。如ABB公司、AEG公司和西门子公司等利用微机实现的变频控制，都获得了成功。

我国在20世纪50、60年代，控制系统一般采用交流传动方式，这种控制方式技术简单、投资少、运行维护容易，但调速性能差、提升能力差。70年代后期，我国煤炭系统从瑞典、德国、法国等国家引进了多台晶闸管变流器供电的直流提升机。随着电力电子技术的发展，特别是PLC技术、变频器技术和计算机控制的出现，使得高性能交流提升机调速系统应运而生，而且交流提升机控制系统已成为当前矿井提升机控制的主要发展方向。

2 PLC技术在矿井提升机电控系统中的研究

该控制系统以两台FX3U系列PLC和一台变频器为控制核心，两台PLC一主一从，以通讯的方式交换数据，实现整个系统的控制和相关保护，变频器安装在变频柜中，实现对主电动机的变频调速和低频制动，系统配置制动单元和制动电阻，实现变频器四象限运行。系统采用编码器定位和激光定位系统相结合的方式，用于测定系统的深度和与深度相关的控制功能。系统框图如图1所示。

（1）工作原理。

系统主电机采用三相异步电动机变频调速方式，用变频器改变定子电源频率实现电动机的启动和调速。系统的制动部分采用液压站来实现，通过改变比例电磁阀的供电电流，来调节系统油压的大小，进而控制盘型制动器的开合程度。制动系统具有二级制动功能，保证在井筒中间提升机出现故障时采用二级制动的方式停车;在提升机到达井口附近出现故障时，为了保证事故不会继续扩大，安全回路的任何故障，制动系统都会取消二级制动，实现紧急制动。

（2）系统设计。

提升机控制系统由电动机PLC控制回路、手动可调闸回路、液压站控制回路、信号指示回路、故障开车回路和安全保护回路等环节组成，系统为手动、半自动和自动操作。

①操作控制系统主要完成逻辑与模拟操作控制任务。采用一台PLC，其主要功能是执行操作程序。来自系统各部分的逻辑信号直接引入到PLC的输入端，模拟信号经A/D转换后引入到PLC的输入端，通过软件分析处理后，PLC通过输出端将控制信号传输到相应的执行机构实现控制。

②行程监控部分由编码器检测系统和激光检测系统构成，系统将提升速度和行程位置转换成脉冲信号送入PLC，经PLC中的软件计算处理后给出提升容器在井筒中的速度和实际位置，送到操作台监视器显示。

③安全保护系统有硬件安全回路和软件安全回路，两者之间相互冗余与闭锁，一条断开时，另外一条同时断开。硬件安全回路通过硬件电路实现，当出现硬件故障时，无论PLC是否工作，其安全回路马上断开实现保护。软件安全回路在PLC软件中设计，与硬件安全回路相同并同时动作实现对系统的保护。

（3）现代故障诊断技术。

现代故障诊断技术以矿井提升机为研究对象，实现对提升机的运行状态进行在线监测，判断提升机是否出现运行质量下降或存在故障隐患。提醒工作人员进行预测性设备维护、维修，将故障排除在萌芽状态，避免人员伤亡和巨大经济损失，为矿井生产提供安全保障。

3 结论

综上所述，基于PLC的现代矿井提升机控制系统克服了传统控制系统系统的缺点和不足，将PLC技术、变频器技术及故障诊断技术与现有电控系统相结合，满足提升机智能化控制的要求。

参考文献

[1] 蒋卫良.高可靠性带式输送、提升及控制[M].徐州：中国矿业大学出版社，2007.

[2] 周梦然.激光技术在煤矿绞车提升安全检测中的应用[M].合肥：合肥工业大学出版社，2007.

[3] 王新.变频调速系统的故障诊断与健康诊断[M].北京：煤炭工业出版社，2009.

摘 要：PLC作为一种新型的自动控制装置，广泛应用于各控制领域。该文基于PLC作为控制核心，介绍了现代矿井提升机控制系统的基本工作原理。

关键词：PLC  矿井提升  研究

中图分类号：TD53 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）10（c）-0022-01

矿井提升机作为矿井运输系统的主要形式之一，作为井上与井下的唯一输送通道，承担着人员、设备、物料、矸石和煤炭等的运输任务。矿井提升机的控制系统基本要求主要体现在：要求平滑调速且精度高、满足四象限运行、具有行程和速度监控功能、具备完善的故障监视装置、设置可靠地制动装置等几个方面。传统的矿井提升机调速控制方式为有级调速、调速精度低、能耗大、范围小、安全性差、维护量大且造成电能的大量浪费。PLC作为一种新型的的自动控制装置，将PLC技术应用于现代矿井提升机控制系统中，将提升控制、通信联网、故障诊断、监视报警等功能复合到一个综合控制系统中，可以有效解决以上问题。

1 矿井提升机控制系统的发展与现状

直流传动即对直流电动机的速度控制。直流电动机具有良好的调速特性、较宽的调速范围和易于实现四象限运行等特点，非常适合在频繁正反转和需要调速的矿井提升机中应用。如瑞典、德国等国家大多采用直流提升机。

交流传动即对交流电动机的速度进行控制。20世纪70年代西门子公司发明矢量控制的交—直—交变频原理后，标志着交流电机来代替直流电机实现调速的技术时代已经到来。在交流变频装置中，大都采用微机控制，由于微机功能强、速度快、易于实现监视，具有现场诊断功能。如ABB公司、AEG公司和西门子公司等利用微机实现的变频控制，都获得了成功。

我国在20世纪50、60年代，控制系统一般采用交流传动方式，这种控制方式技术简单、投资少、运行维护容易，但调速性能差、提升能力差。70年代后期，我国煤炭系统从瑞典、德国、法国等国家引进了多台晶闸管变流器供电的直流提升机。随着电力电子技术的发展，特别是PLC技术、变频器技术和计算机控制的出现，使得高性能交流提升机调速系统应运而生，而且交流提升机控制系统已成为当前矿井提升机控制的主要发展方向。

2 PLC技术在矿井提升机电控系统中的研究

该控制系统以两台FX3U系列PLC和一台变频器为控制核心，两台PLC一主一从，以通讯的方式交换数据，实现整个系统的控制和相关保护，变频器安装在变频柜中，实现对主电动机的变频调速和低频制动，系统配置制动单元和制动电阻，实现变频器四象限运行。系统采用编码器定位和激光定位系统相结合的方式，用于测定系统的深度和与深度相关的控制功能。系统框图如图1所示。

（1）工作原理。

系统主电机采用三相异步电动机变频调速方式，用变频器改变定子电源频率实现电动机的启动和调速。系统的制动部分采用液压站来实现，通过改变比例电磁阀的供电电流，来调节系统油压的大小，进而控制盘型制动器的开合程度。制动系统具有二级制动功能，保证在井筒中间提升机出现故障时采用二级制动的方式停车;在提升机到达井口附近出现故障时，为了保证事故不会继续扩大，安全回路的任何故障，制动系统都会取消二级制动，实现紧急制动。

（2）系统设计。

提升机控制系统由电动机PLC控制回路、手动可调闸回路、液压站控制回路、信号指示回路、故障开车回路和安全保护回路等环节组成，系统为手动、半自动和自动操作。

①操作控制系统主要完成逻辑与模拟操作控制任务。采用一台PLC，其主要功能是执行操作程序。来自系统各部分的逻辑信号直接引入到PLC的输入端，模拟信号经A/D转换后引入到PLC的输入端，通过软件分析处理后，PLC通过输出端将控制信号传输到相应的执行机构实现控制。

②行程监控部分由编码器检测系统和激光检测系统构成，系统将提升速度和行程位置转换成脉冲信号送入PLC，经PLC中的软件计算处理后给出提升容器在井筒中的速度和实际位置，送到操作台监视器显示。

③安全保护系统有硬件安全回路和软件安全回路，两者之间相互冗余与闭锁，一条断开时，另外一条同时断开。硬件安全回路通过硬件电路实现，当出现硬件故障时，无论PLC是否工作，其安全回路马上断开实现保护。软件安全回路在PLC软件中设计，与硬件安全回路相同并同时动作实现对系统的保护。

（3）现代故障诊断技术。

现代故障诊断技术以矿井提升机为研究对象，实现对提升机的运行状态进行在线监测，判断提升机是否出现运行质量下降或存在故障隐患。提醒工作人员进行预测性设备维护、维修，将故障排除在萌芽状态，避免人员伤亡和巨大经济损失，为矿井生产提供安全保障。

3 结论

综上所述，基于PLC的现代矿井提升机控制系统克服了传统控制系统系统的缺点和不足，将PLC技术、变频器技术及故障诊断技术与现有电控系统相结合，满足提升机智能化控制的要求。

参考文献

[1] 蒋卫良.高可靠性带式输送、提升及控制[M].徐州：中国矿业大学出版社，2007.

[2] 周梦然.激光技术在煤矿绞车提升安全检测中的应用[M].合肥：合肥工业大学出版社，2007.

[3] 王新.变频调速系统的故障诊断与健康诊断[M].北京：煤炭工业出版社，2009.