基于PLC的提升机控制系统设计

王猛

摘 要： 现如今，随着我国经济的快速发展，PLC的提升机控制系統设计越来越受到关注。我国在矿用提升机的应用当中，驱动电机是通过交流异步电机，然后配置了继电器以及接触器相应的部件，整体的控制系统结构相对简单化，调速的性能比较差，应用中也比较容易出现问题，并对后期的维护工作也会增加难度。为能够更好的适应市场发展需求，就要注重矿用提升机控制系统的优化设计，为井下作业提供支持。

关键词： PLC;提升机控制;系统设计

【中图分类号】TD534 【文献标识码】A 【文章编号】1674-3733（2020）03-0168-02

引言：铁矿提升机作为铁矿最重要的大型机电设备之一，承担着提升人员、材料、煤炭的任务，其安全、可靠、稳定的运行至关重要。PLC以其可靠性高、编程容易、安装方便等显著优点，用于铁矿提升机控制系统，可以满足安全与可靠性的要求，且节能环保，方便操作与维护。

1 我国矿用提升机发展现状及控制系统设计需求

1.1 我国矿用提升机的发展现状

我国在对矿用提升机的应用发展上有着显著的提升，但发展中也存在着一些不足之处，从矿用提升机的应用现状能发现，我国提升机的应用七成是通过串电阻调速交流拖动的方式，主要有单绳以及多绳的系列，使用改变转差率调速的方式，调速的时候会产生转差功率，这样就造成了电能的大幅向好转子附加电阻，调速的效果比较差。很少提升机通过串级调速的方式，其调速的范围相对比较窄，投资的规模也相对大。

1.2 我国矿用提升机控制系统设计需求

矿用提升机的控制系统的设计有着其需求，从提升机设备的应用来看，使用比较多的是TKD系统，这是通过继电器有触点逻辑控制，通过磁放大器作为核心所组成的模拟量闭环调节，继电器控制系统当中完成控制任务所进行支配控制系统工作程序是各分立元件通过导线连接实现的。这一控制系统在实际的应用过程中还存在着诸多不足，这就需要对控制系统进行优化设计。该系统的应用当中采用大量继电器以及接触器和其他的分立电子元件等，系统的体积相对比较大，接线也较为复杂化，容易在工作当中出现故障，控制系统的应用可靠稳定性相对比较差，控制的精度也很难满足实际工作的需求。系统启动时候由于罐笼的载重量存在不同，加速中不是按照预定参数实施，所以会出现停车不准以及提前停车的现象问题。该控制系统中是磁放大器为核心的调节控制方式，线性度比较差，稳定性不强，这就对调速的精度不能得到有效保障，并且系统的安全保护不全，故障显示也不直观。为能够满足矿用提升机的实际应用需要，这就需要对控制系统进行科学的设计。

2 PLC系统结构设计

可编程控制器又称为PLC（ProgrammableLogicCon-troller），是现代工业自动控制领域中应用最为广泛的控制器。目前，90%以上的大型电气自动化控制系统采用的均是PLC。本文所提出的提升机控制系统采用ABBAC800M。AC800M系列PLC控制器由CPU、输入输出模块、可扩展IO接口、电源以及内部集成的各功能模块构成，通过计算机的CBM软件编程并将程序写入PLC控制器的CPU中，便可驱动PLC实现自动控制。AC800M的CPU内置多个功能模块，主要用于对时间要求苛刻、存储器容量要求较大的任务，主要包括计数器模块、闭环控制模块、步进电动机定位模块、伺服电动机定位模块以及位置输入模块、超声波位置解码器等工业标识模块。电源系统用于给CPU、扩展IO接口电路以及编码器、显示器、变频器和各类传感器供电。AC800M处理器最多可扩展模块达到32个，在本系统中用于扩展变频器、光电编码器、温度传感器、红外定位传感器、触摸显示屏、声光报警系统以及各类开关及继电器、电磁阀等。PLC系统具体控制流程：系统启动时，PLC控制器收到上位机发送的开车指令，PLC随即将变频器接入电源。同时控制液压制动系统处于松开状态，提升机开始工作。光电编码器检测电机转速，PLC控制器根据检测信号发出速度控制信号，并由D/A转换通道将数字信号转化为模拟信号，进而控制变频器进行调速。当故障监测系统检测到设备发生松绳、过卷、超速等情况时，PLC控制器可以快速做出调速或者制动反应，必要时还可人工采取紧急停车措施。同时PLC控制器设置了可供人工操作的液压制动手柄和提升下放手柄，可以人工控制提升机的工作状态。

3 系统软件设计分析

上位机监控软件选用组态软件WINCCV7.0进行编写，主要功能为数据搜集和流程操控，是实现提升机操控人机有效交互的必要保障，也是构成整个提升机控制系统的关键组分。该软件不仅可以实现同PLC处理装置的有效通讯，实现各项数据的可视化操控，并将所有数据进行分类归档，从而让操作者获得完善的数据信息，而且能有效接收操作者所发出的操控指令，并将指令传输至PLC芯片，实现对提升机运行的操控。结合具体使用需求，所设计系统软件结构示意图如下图1所示，其主要功能主要包括6个方面：a）数据库系统。软件具备良好的数据存储和管理功能，可将提升机运行过程中的各项数据进行有效分类存储，以便于后续的随时查阅;b）监控界面。软件系统中设计有专门的人机交互界面，包括运行状态实时显示、历史曲线显示、故障预警、行程校对等功能;c）同PLC通讯。软件能够通过以太网同PLC芯片进行有效通讯，实现远程集中的双向控制;d）记录查询。该功能囊括运行记录、报警记录、操控记录等，基于软件所具备的优良的数据分类存储能力实现，有助于操作者对系统运行状态进行判定，及时排除故障，提升运行稳定性和可靠性;e）权限管理。系统可针对不同使用者设定相应的操作权限，从而提升设备运行的安全性;f）报表打印。可根据实际需求，将设备运行某一时期的数据自行生成相应报表后打印，以便于管理者开展系统分析。

4 控制系统安全回路设计

除了在主回路内部设置了安全保护装置外，在整个系统中还设置了独立的安全回路，其动力源的切断一般通过外部的行程开关来实现，其内部结构包括复位开关、继电器线圈组、预警灯以及继电器托架等。整个安全回路设计的较为紧密，能够在系统出现电流、电压过载等危险情况时及时作出反应，继电器触点在第一时间内处于闭合状态，提前断开整个回路，确保了设备的正常运转以及连续作业，极大程度地提高了整个系统的安全性与稳定性。

结语：本煤矿提升机系统是基于PLC设计的控制系统，包含了控制台，变频模块，电源模块，动力模块和PLC模块，满足速度调节要求，很好地满足了现代工业对节能和效率提升的要求，并解决了传统继电器低安全性、低性价比的缺点。最重要的是可根据实际情况及时修改程序，以符合生产要求。其使用的变频调速系统可使提升机更加平稳、可靠地运行，并减少机械冲击，并且操作简单，运行效率高，维护投入小，其明显的优势成为该行业的新方向。

参考文献

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[2] 陈召磊，张豪.基于塔式立井提升机卸载煤仓矸石处理的改进研究与应用[J].煤矿机械，2018，39（6）：116-118.

[3] 郑光辉.变频调速技术在某提升绞车改造中的应用探讨[J].福建建材，2018（2）：88-90.