机电气控制系统的技术改造方案分析

文/张君 金烨建设有限公司 广东广州 510000

董明 赣州城市开发投资集团有限责任公司 江西赣州 341000

机电气控制系统的技术改造方案分析

文/张君 金烨建设有限公司 广东广州 510000

董明 赣州城市开发投资集团有限责任公司 江西赣州 341000

机电气控制系统是保障工程机械设备的自动化系统平稳运行的重要系统。本文总结了传统所使用的机电气控制系统所存在的不足，机电气控制系统技术水平差、系统故障率高、系统稳定性差，直接影响了工业生产效率，而采用贮备嵌入式微机设计技术、PLC技术、深度指示器改造、交变频制动方式改造、安装标准化电气模块、局域网技术、PWM整流控制技术等方式等改造方案，均能够提高电气自动化系统的系统控制能力，实现系统平稳安全运行。

电气自动化；机电气控制系统；技术改造

机电气控制系统，是机械自动化系统中的保障体系，能够确保机械平稳运行。目前，机电气控制系统已经广泛运用在煤矿提升机设备、启闭机、大型装卸设备中。这些设备的主要特点是：有固定的工作周期和循环；工作过程中，对可靠性和安全性的要求高，强调平稳和连续工作。在现代化和智能化工业生产的发展趋势下，机械设备的运行也需要满足数字化和自动化的要求。在这一过程中，机械设备需要在电气系统中进行技术改造，安装机电气控制系统，保证设备的可靠运作和可控。本文首先介绍了当前机电气控制系统存在的问题，并分析了当前使用广泛的贮备嵌入式微机设计技术、PLC技术、深度指示器改造、交变频制动方式改造、安装标准化电气模块、局域网技术、PWM整流控制技术这七种常用的机电气控制系统技术改造方案，以便于电气控制人员进行合理的技术改造方案选择。

一、机电气控制系统存在的问题

目前，我国的大型机械设备安装机电气控制系统的比例较大，机械自动化程度和安全控制水平较高。虽然取得一定成果，但是仍然存在一些问题。

（一）机电气控制系统技术水平差

现阶段，我国的大型机械设备大部分都设置了机电气控制系统来保证设备的安全平稳运行，但是现有的系统，往往技术含量较低、在操作过程中的局限性很大。目前，大部分都是采用80年代使用以继电接触控制系统为主自动控制和机械式指示器实施监控和保护，因此该系统的调控性能较差，监控能力的精确程度低。

（二）机电气控制系统故障率高

机械设备一旦出现异常运行，很容易引发电气故障。设备的任何部件所引发的电气故障，都会影响到机电气控制系统的运行，有可能制动介入故障和报警故障。“制动介入故障”的主要包括了控制系统发生钢丝绳过卷事故、探测器断轴事故、制动油路故障等等；而“报警故障”主要是在产生异常情况时，机电气控制系统错判或未判该故障，错误发出或没有发出声光报警，从而延迟和耽误事故的处理。

（三）机电气控制系统的稳定性差

在机械设备运行过程中，环境条件的变化、参数设置的变化、温度和压力等的变化、电源稳定性，都会导致机电气控制系统无法适应环境的要求，需要进行不断调试；开机、关机、复位、变速等操作[1]，都需要通过命令控制器来完成。这些操作难度大，系统稳定性差；同时，调控工作需要耗费大量的人力和技术，操作成本也较高，对维修技工人员的技术素质也要求比较高。

二、机电气控制系统的技术改造

改造传统的机械设备的电气自动化系统，增设或更新其机电气控制系统，有很多技术改造方案可以选择。不同的方案，有不同的优势条件，适用于不同的机械设备条件和技术要求。

（一）贮备嵌入式微机设计技术

贮备嵌入式微机系统是一种以应用为中心、以微处理器为基础，它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分。嵌入式微机硬件由一种集成电路芯片，是采用大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成，构成的一个小而完善的微型系统；当微机收集到外围硬件设备信息后通过系统软件进行处理，指令输出控制并监测输出后完成的结果。这种贮备嵌入式微机多以模块化单元到原本的电气系统中，一般而言，嵌入式微机单元工控型寻址范围大，运算能力强；具备了检测功能。当某一个外围电器元件运作异常或者失效的时候，可以利用这个贮备微机单元进行检测出来信息，根据信息指示直接替代该失效单元，维修速度快；从而保障系统平稳运行，提高系统的可靠性[2]。

（二）PLC技术

PLC以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，通过程序命令来控制各种类型的机械或生产过程的逻辑操作[3]，例如：后备组件的保护，尤其是避免设备过载和过流；实现设备的自动减速、自动执行操作，对正在运行设备，实施状态显示与分析，达到全过程控制；在系统异常运行时，自动进行语音播报各种故障，降低了人工误报和不报的可能性；PLC系统的无触点操作能够实现安全操作、保护操作工人的人身安全等等。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，降低对现场电气操作维修人员的技能要求。特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。

（三）深度指示器改造

传统使用的是深度指示器，体积大、笨重，在运作过程中的误差大、灵敏度低。目前的改造技术是将原本的机械式深度指示器，改造成数字式指示器或电子式指示器，来完成监控工作。其中，电子式的指示器不仅能够显示设备运行的状态数据，还能够将数据绘制成实时状态运行图，使得监控工作被高度可视化，提高监控效果。

（四）交变频制动方式改造

交变频制动，主要是利用电力半导体元件的通断功能，将被调频的电能传送到电动机上，实现速度的调控。目前主要使用的变频器是“交流-直流-交流”结构，它适用于结构简单的电路，有效降低了电路中各种电子元件的使用消耗，拉长了设备元件更换的时长，增加了机械设备稳定运行的时间间隔。

（五）其他技术

除了贮备嵌入式微机设计技术、PLC技术、深度指示器改造、交变频制动方式改造之外，还可以在原有系统的基础之上，通过添加新组件（安装插件或实施新的控制技术）的方式，对原系统进行改造，这样可以有效降低技术改造的成本、操作难度较小。例如：（1）在系统中安装标准化电气模块，局部更新某些核心元件，在改造过程中，要注意元件之间的兼容度和通讯能力；（2）采用局域网技术，通过搭建整个系统之内的局域网进行通讯，借助信息共享，上级机位可以对下级机位进行监控；（3）采用PWM整流控制技术[4]，对变频器的前端输入进行控制，降低整个系统中的谐波干扰，提高抗干扰能力，保证安全运行，同时有利于在故障时，快速准确找到故障点，快速进行调试和维修。

结语:

机械设备的稳定运行，直接决定着该设备所服务的生产过程的生产效率和生产安全。在电气设备的自动化系统中，进行机电气自动控制系统改进，能够提高自动化程度、降低事故发生率，使得系统安全可靠、便于控制、维修和调制，提高机械设备的工作效率。笔者认为，贮备嵌入式微机设计技术、PLC技术、深度指示器改造、交变频制动方式改造、安装标准化电气模块、局域网技术、PWM整流控制技术等方式都是机电气自动控制系统进行控制改造的重要技术，能够适用于不同控制要求、不同预算约束、不同可靠性要求的电气自动化系统。

[1]陈德航.煤矿提升机电气控制系统的技术改造[J].煤炭技术,2013,07:56-58.

[2]李金利.单片机原理与应用技术. 北京高等教育出版社，2004.11.

[3]卢俊. 闸门启闭机电气控制系统实施PLC改造方案分析[J].中国高新技术企业,2015,13:27-28.

[4]韩家宁.秦皇岛港斗轮式取料机电气系统改造[D].燕山大学,2012.

[5]许登科.基于PLC矿井提升机电气控制系统改造分析[J].低碳世界,2016,17:71-72.