PLC技术在矿井交流提升机电控系统中的应用

周　柱（河北省开滦钱家营矿业公司，河北　唐山　063001）



PLC技术在矿井交流提升机电控系统中的应用

周柱
（河北省开滦钱家营矿业公司，河北唐山063001）

摘要：在深井矿山的生产环节中，矿井提升机是必不可少的设备之一，相对于其他设备，提升机的要求更为严格。基本要求有以下几点：必须绝对安全、便于操作、稳定性好。本文结合当前中国提升机电控系统的实际情况，需要走一条传统与新型结合的道路，符合中国国情的道路，那就是与PLC技术相结合。因为PLC技术可以将现有设备能力提升，表现在监测和控制功能上尤为突出，应用PLC拓展网络功能即可实现。本文旨在分析研究PLC技术的实践应用，针对交流提升机电控系统，对该技术对电控系统的控制做了有效设计，阐释了PLC技术的应用前景。

关键词：电控系统；PLC技术；矿井交流提升机；电控系统

专门为工业量身定做的PLC，是目前编程最容易、最省力、最省时的代表。同时有着卓越的性能，例如：超高性价比、稳定性强、扛干扰能力强、便于维护、较高的集成化与自动化程度，可以实现繁琐复杂的逻辑计算，是传统继电器技术与计算机相结合的产物。仅仅二十年的历史，从PLC产生直至发展应用。但这二十年间却带来了颠覆性的变化，对过时的继电器系统产生极大冲击，并且在与现代控制系统的竞争中，毫不逊色，实现了控制设备的革命。只要有工业领域的地方，就有PLC的存在。工业机器人、PLC及数控机床，是目前工业领域自动化的标志，以及现代工业的支柱。从发展角度，PLC有两大方向：实用性兼顾简单操作、性价比高、设备体积小；功能性高、稳定性好、体积大。两种方向各有特色，能够满足不同工业生产需求。

1. PLC技术的发展概况

PLC，中文译名：可编程控制器，在工业控制计算机领域，普及面、重要性、应用型都非常多。专门为工业环境而设计和生产，取代了原有的继电器控制盘，相对于原始的控制盘，PLC可以进行数据采集整合、运行过程操控、编码逻辑控制等一系列任务。其主要硬件包括：输出单元、扩展接口、通信接口、输入单元、通信模块、扩展接口、存储器以及CPU。PLC和CPU是算控核心，输入与输出是链接CPU和现场设备的电路接口。编程器和上位计算机外部链接，则通过通信接口。模块式及整体式，是两种PLC的硬件构成方式。

如图1所示：PLC模块式硬件配置。基于这样的硬件配置，实现优秀的逻辑控制，同时又能达到强力扛扰、强度应用、独具一格的效果。并且，在操作和功能上非常完善，简单直观的操作模式，反映出在逻辑控制方面的优势。要想煤矿提升机能够稳定高效地运转，就必须做好矿提升系统，这是最关键的环节。正因如此，以下的方案设计，本着合理地将PLC技术运用到矿井提升机系统上，通过改良控制系统，将性能优势最大化，进而提高工作效率和性能，旨在为生产安全的稳定和效率提升上，做出贡献。

2. PLC技术在矿井提升机中的应用

2.1矿井交流提升机电控系统组成

（1）工艺控制

主要表现在性能上的完美，例如灵活性强，方便编程等等。为保证联锁功能的稳定性，以及流程控制上的提升，在其流程操控时，不会简单采用替代法，二是将PLC的逻辑关系用多重检验和联锁。这样形成完整的监控系统，对于故障处理斩断及操控都非常方便。

（2）监视系统

监视系统在提升过程中的应用，通过井筒开关及配备PLC的电子装置，得以实现。主要体现在：速段超速监视、过卷监视、减速段速和终端监视。出于对安全性的考虑，提升机运行中监视系统的特点鲜明：

①将提升机速控装置与终端监视装置独立开，在系统之外装置安全监视。

②冗余系统稳定安全，由两套同类的系统构成PLC电子式装置。

（3）行程控制

为确保提升容器准确停在预设位置，提升机实质上更强调行程上的控制。基本利用加速度操控，这样既照顾到人在副井提升时的感觉，又能避免设备或钢丝绳的冲击力度。要想高效生产，则要降低提升时长，理想状态是无爬行控制。当今，最实用的方式，是通过光一电增量式转角一脉冲变换器，经PLC采集、处理并计算出位移，输出速度给定信号。这些都通过PLC构成数字式行程给定装置来实现。

（4）制动系统

对于制动系统来说，对其他工序的监控必不可少。当然，是在保证安全稳定的工作制动的基础上。例如，控制制动用液压站。但是考虑到安全回路和技术要求的无差别性，通常都是靠两个PLC组成，每个PLC输出必由另一台输出监视，保证发生故障时，制动阀还能照常运转。

2.2基于PLC的控制电路设计

基于PLC技术的交流提升机电控系统控制电路组成结构如图2所示。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得电，使高压信号送入主电动机定子绕组，主电动机接入全部转子电阻启动，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HSCO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HSCO的加、减计数方式。根据HSCO的计算值，就可以计算出提升行程并显示。

2.3系统设计

PLC软件设计非常周全，特殊的保护措施能维护系统稳定运转，在性能之外，兼顾安全。有几点突出表现，例如：油温油压超限、预防倒车、满煤仓、过流电动机、高低压电源失电欠压、PLC与继电器回路、松绳、方向错误、电气或机械过卷、闸瓦磨损保护。

（1）及时跳开安全回路十分必要，尤其是其中某个设备发生故障时。想做到这点，就必须将测速发电机及脉冲编码器，进行多角度实时的状态监控。因此PLC控制系统，在速度检测控制、位置监测控制尤为重要，实现了测速发电机和控脉冲编码器的互相监视。

图1

（2）为降低故障率和影响度，需要对接点进行反馈监视。诸如全速过卷或者高压电不掉电这样重大的安全事故，大多都是由于线圈故障造成的。特别是接点反馈错误，是提升机出现的大多数故障，当PLC输出信号，但接触器或继电器误动与拒动，都会造成相当严重的后果。

（3）减速点运行时间，如果运行时间超出范围，自动减速功能就会被启动。通过运算实际方位，当判定达到减速点，后备保护机制会自启动保护功能。这种情况主要出现在机械减速开关失灵，或者脉冲编码器失灵的情况下。

（4）有时会检测出逻辑上的失误，这需要靠程序逻辑错误编制系统，当检测出错误时，采取一系列安全措施来弥补。

3. PLC技术在矿井提升系统的应用前景

为提高我国矿井的现代化水平，尤其是在电控系统上。要做到两点：其一是模糊控制和智能控制，实现有针对性的局部回路。需要将电控系统与高科技控制策略技术相融合，取长补短。其二是采用网络通信技术，把电控系统进行功能扩展。

（1）网络通信。可预见的将来必须要实现参数传输，将PLC本身专用通信模块，组装成上下位机操控程序。以此来建立网络通信环境，并且不断完善和发展它。网络通信这项重要的功能，在未来高科技的控制系统中，是主方向。

（2）PLC标准化。根据PLC的设计标准，采用开放式的设计模式，将统一规范的总线、结构、编程方式、语言规则在行业内推行，做到用户接口标准化、网络协议标准化、编程接口标准化、编程语言标准化。

（3）智能控制。由于提升系统本身的复杂性，使得系统精确地控制模型难于建立，导致传统的电控系统存在控制不准确的缺陷。随着硬件技术的不断发展和先进控制策略的不断引入，有可能首先对提升电控系统的部分回路，实现智能控制，从而提高系统的控制精度。

结语

将可编程程序控制器引入矿井提升电控系统，已在国内许多矿山企业获得成功，实际应用时，考虑提升机工作环境和工作性质的特殊性，应以稳定性和可靠性为主。用PLC技术代替传统的继电器-接触器控制系统，不但可以加强系统的控制功能，加强系统对故障的判别能力，而且也将极大地提高系统的安全可靠性和生产效率；而在现有系统的基础上进一步扩充网络功能和基于先进策略的控制技术将是矿井提升机电控系统的发展方向。

参考文献

［1］国家安全生产监督管理局.煤矿安全规程［M］.北京：煤炭工业出版社，2011.

［2］蔚彩蓉.PLC在矿井提升机控制系统中的应用［J］.煤矿机械，2005（1）：112-113.

［3］贺志芳.浅谈PLC在矿井提升机上的应用［J］.科技信息，2010（8）：360.

［4］李善林.PLC技术在煤矿提升机电控系统中的应用［J］.煤炭技术，2013（5）：18-20.

［5］徐成毅.基于PLC的矿井提升机控制系统设计［Z］.2008.

［6］索楠，马春燕，李永刚.基于PLC的矿井提升机控制系统的设计［J］.机械工程与自动化，2012（2）：139-140.

中图分类号：TM76

文献标识码：A