基于PLC的矿井提升机电控系统研究

谢传立 杨国华 杨洪帅

摘   要：作为矿井运输的关键设备，提升机控制系统的稳定与安全跟整个矿井生产的安全性密切相关。结合煤矿安全规程的要求，明确当今矿井务必应用基于PLC的矿井提升机电控系统。为此，本文分析了基于PLC的矿井提升机电控系统实施方案、硬件和软件设计，以及基于PLC的矿井提升机电控系统检测，旨在实现提升机工作效率的提升和矿井生产的安全性。

关键词：矿井  提升机  PLC   電控系统

中图分类号：TD63+3                              文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2020）02（c）-0007-02

对于PLC矿井提升机电控系统而言，其中的PLC主控系统重点控制提升机的运行过程，且实施相应的保护，而PLC辅控系统体现协助的价值。在工作过程中，主控与辅控间结合网络通讯交互数据信息，以及进行双线控制、彼此监督，从而实现系统安全性的提升。特别是针对控制系统务必设计应急开车的功能。这样一来，当提升机存在故障的情况下，PLC依旧能够独立运行，进而确保副井工作者的人身安全。下面，笔者对基于PLC的矿井提升机电控系统进行了简要地探究。

1  基于PLC的矿井提升机电控系统实施方案

电控系统是矿井提升机的中心环节，电控系统受到变频调速系统与核心处理器的一起控制，文章运用的核心处理器为2套型号S7-300 的PLC。电控系统的整体组成部分涵盖PLC控制箱、制动电阻柜、操作台触摸屏、变频电源柜、低压配电柜等，其一系列组件的作用如下：一是PLC控制箱。电控系统的核心组成为2套PLC，一套PLC主要是监控系统，一套PLC主要是自动或手动控制提升机的安全闸、闭锁、提升、信号灯等。二是变频电源柜。其重点是控制电控系统速度，其可以回馈能量。三是制动电阻柜。其重点制动提升机停止或减速的动力。四是低压配电柜。其体现的功能在于将供电提供给外围电路与控制电路。五是触摸屏。其重点呈现画面、显示仪表、显示指示灯，其中显示画面涵盖电控系统的温度、电流、电压、位置等等。

2  基于PLC的矿井提升机电控系统硬件设计

基于PLC的矿井提升电控系统的硬件组成部分是PLC控制系统、变频调速设备、配电系统等。

2.1 PLC硬件电路

选用德国西门子的 S7-300 硬件模块，其具备编程设备、通讯模块、接口模块、电源模块、CPU模块等。其中，CPU模块的组成为微处理器与存储器，其作用为收集提升机状态信号，执行控制提升机程序，以及检测设备故障，还可以实时存储系统的工作数据。接口模块也就是交换数据模块，可以直接将数据在各硬件间传输。通信模块也就是执行I/O 接口、PLC控制器、上位机间的通信。以STEP7.5作为设备编程，此软件可以编辑各种文件。电源模块即供给其它外部设备电源，转变外部220V交流电为设备要求的电压（24V或5V）。

2.2 双 PLC 控制系统

两套PLC控制系统的应用可以使提升机的稳定与安全运行实现。其中I/O接口信息存在开关信号与模拟信号，开关信号输出与输入数字信号是10与24，输出输入数量是4与5;安全回路的设计涵盖2 套，各自是PLC软件编程回路和继电器开关串联的安全回路硬件;作为电气设备连锁的电气连锁结合设备的安全标准以及矿井的安全规程进行设计。

2.3 变频调速设备

变频调速设备的组成部分是主导的控制系统，其直接影响电气控制系统。结合分析的提升系统的提升量与工作速度，明确了实施方案，即交-直-交调速变频，应用德国西门子SM150型变频器，以使全自动变频调速设备组成。此设备跟直流变频系统相比来讲，构造简单、效率高，以及可以承受大电压与大容量。以钳位三电平二极管作为变频器构造，开关管应用IGBT功率器件，以及结合矢量控制方式SVP-WM。

2.4 电控系统通信协议

将MPI多点接口通信协议应用于系统设计中，可以实现32个最大数目的协议节点以及35 kb/s～12 Mb/s信息传输速度，当通信量需求不大时，具备理想的通信质量和显著的经济效益。

3  基于PLC的矿井提升机电控系统软件设计

软件设计以软件界面（STEP7与Win CC）进行编程。系统的编程设计方式是程序结构化，整体程序的组成是一系列小程序，单独编写一系列子程序，以使整个程序的编写实现。此系统的程序结构组成部分是辅助启动、提升机准备、安全回路、机车操作。

3.1 辅助启动

辅助设备是制动、油泵、电机等连锁设备，在启动提升机前需要启动辅助设备，正常启动辅助设备是安全运行系统的基本保障。

3.2 提升机准备

此程序先判断提升机是不是具备启动条件，启动条件涵盖手柄、零位连锁控制、辅助启动等，在满足程序时，即启动提升机。

3.3 安全回路

此程序重点是控制前面设计的安全回路软硬件，当检测提升机，存在故障情况下回路能够停闸，且执行闭锁和报警，工作者能够对存储的故障信息予以查看，且将故障排除之后，把制动解除。

3.4 机车操作

有自动与手动操作提升机系统的方式。自动控制结合PLC控制其自动判断与执行提升方向。启动和运行操作决定了提升机回路的方向。操作方向的回路要求全部的启动条件达到标准，一系列的标准涵盖选择操作方向、解除安全制动、发出开车信号、辅机启动等。操作者结合控制手柄进行以上动作，从而启动提升系统。

4  基于PLC的矿井提升机电控系统检测

为了对该控制系统的功能进行检测，立足于以上软硬件设计，对实验样机进行搭建，模拟设计的系统且执行检测。一是检查PLC控制箱、制动电阻柜、变频电源柜、操作台、低压配电柜等接线。二是为一系列柜体主体供电，然后为一系列柜体控制电路供电。三是对变频柜空载调试，结合控制需要设置有关参数，变频器自动识别电动机，之后空载运行。事实表明，此提升机在瞬间启动时冲击电流较小，能够防止大启动冲击形成的影响，以及可以稳定、迅速地运行。设置提升机转速参考值1200 r/min，而提升機能够迅速地达到实际转速值，且确保稳定地运行。鉴于此，设计的基于PLC的矿井提升机电控系统具备优良的性能，可以实现工程的实际需要。

5  结语

综上所述，为了实现矿井提升机生产稳定性与效率的提升，本文设计了一种于PLC的矿井提升机电控系统，其核心处理器选择了2套S7-300型号的 PLC，电控系统的整体组成涵盖操作台、制动电阻柜、PLC控制箱、低压配电柜、变频电源柜等。并且，搭建实验样机检测系统的实际运行情况，最终表明该系统的设计可以实现工程的实际需要。

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