矿井提升机监控系统设计

引言

随着我国的信息技术的不断发展，在煤矿开采中也向煤矿信息化的趋势发展，煤矿信息是实现煤矿管理现代化和安全保障的重要手段，是将自动化控制技术运动到煤矿生产环节中，对生产中的各个环节进行实时监控，实现煤矿生产中的信息和资源共享。

在煤矿生产中，矿井提升机主要是提升原煤、工具、人员和物流的实施机构，在煤矿生产中起着非常重要的作用，对矿井提升机进行实时监控也是煤矿信息化的一个重要举措。本文是利用PLC控制对提升机的工作状态、参数显示和报警处理进行监控，将提升机的运行数据上传至数据库中，实现矿井提升机的实时监控，提高煤矿安全生产的效率。

1、矿井提升机监控系统的结构设计

在矿井提升机监控系统的结构设计图如下图所示，主要有信息层、控制层和对象层等3个方面，在信息层主要是提升机的上位机部分，包括人机显示、数据传输和报警系统等几部分组成，控制部分主要是采用可编程控制器，对象层主要是提升机的控制对象，包括电机、减速箱等执行机构部分和各种传感器等。

为了确保系统的安全可靠性，上位机部分采用研华公司的工控机，参数为P4双核2.8G的CPU，硬盘容量为120G，并有CRT显示器，可实时显示系统的运行信息和各项参数指标。控制器选用西门子公司的S7-300PLC，主要完成数据采集与传输等功能，在传输数据时需采用CRC校验。对象层主要是一些传感器和执行机构等等，传感器在整个监控系统中发挥着重要的作用，为了满足需求，选用SICK公司生产的位移传感器和速度传感器，其数据传输稳定性高、抗干扰能力强，调节范围宽等参数能够满足矿井提升机构的位移检测要求。

由于西门子的PLC可采用模块化设计，在提升机的监控系统中，主要的控制任务是选择合适的操作方式、处理控制命令、处理停车方式等指令，下图的系统控制流程图是以选择操作方式为目的，对PCL的控制指令进行阐述。

由于系统具有手动操作、远程操作和检修操作三种指令，其中手动操作是基于接触器的控制方式，需要工作人员在现场操作，这种方式一般不需要PLC来辅助，远程操作是指用上位机对系统进行远程控制。检修操作将设备进行封锁操作，保证检修安全。

2、矿井提升机监控系统的主要功能

2.1 监控系统保护功能

（1）主要是控制操作提升机，包括提升机的启停、滚筒的反转、提升轨道的信号锁定、提升机的位移和速度控制等功能；

（2）电气系统的运行状态监测、提升机的报警信号显示；

（3）控制提升机的启停状态位置；

（4）控制提升机的减速状态，一般当提升机要到达需要位置前，为了能够稳定停车，需要在达到位置前进行减速，若绞车司机忘记减速控制时，监控系统会及时根据提升机的运行速度和位置准确计算出减速流程，并控制电机进行减速操作，避免由于操作不当引起超车等事故。系统会实时监控提升机的提升速度是否系统允许的提升速度范围内，若发现超速情况会立即报警，系统会自动做出减速处理；

（5）过卷保护，由于电气、机械故障或者人为故障等因素造成提升机超过停车位置后，过卷保护传感器会自动报警处理，过卷保护传感器的信号会实时传输至PLC，进行紧急制动处理，以免造成安全责任事故；

（6）提升位置与线缆位置的同步校验，若出现提升位置与线缆位置不同步时，会造成驱动轮打滑，线缆松动等现象；

（7）监控并记录提升机的日提升次数。

2.2 监控系统的实时监视功能

（1）实时记录提升机的运行状态信息，系统会自动记录提升机的位置实时参数，如今系统可对提升机进行模型状态显示，将提升机的三维模型实时显示在计算机上；

（2）显示提升机的主要性能参数，主要包括启停信号、电路保护信号、电机运行状态信号、提升机运行方向信号、电流控制信号等；

（3）运行状态记录，主要是实时保存提升机的运行状态信号，并在设定的时间内上传至服务器中，运行状态信号主要包括电机电流信号、提升机位置与速度信号和各种故障信号等等；

（4） 系统电路图显示，对整个监控回路以电路图的形式显示在监视器上，绿色表示安全运行，红色表示系统报警提示。对整个电气系统进行分页显示，当系统出现故障时，分页显示功能会提示检修人员系统的故障报警点，缩短系统诊断时间。

2.3 监控系统的管理功能

监控系统的管理主要是系统设置和用户管理权限的设置，系统设置主要是对系统的各个参数进行调节、对一些常见的系统控制模块进行指令化调用以满足系统的要求；用户管理权限的设置主要是针对公司内部的人员进行不同等级的使用操作权限。一般用户在打开监控系统的系统设置之前，需要进行用户确认才能获得相关的等级权限。

3、矿井提升机监控系统的软件设计

矿井提升机监控系统的软件部分主要包括时PLC和上位机两部分，PLC部分主要实现提升机的启停控制、调速的实时数据进行采集处理，上位机主要是实时监视提升机运行工况，对实时数据进行保存、分析处理。

西门子的S7-300的PLC编程一般可通过梯形图来完成编译，系统故障处理模块的程序是控制部分的重点。PLC的主程序控制思路是系统初始化、自检模块、然后到系统故障诊断与反馈。对于系统故障诊断部分主要是对系统过载、电机保护和过卷保护等故障信号进行实时监控，若系统接收到故障信号，控制器会根据故障等级实施不同的触发信号。

上位机软件主要是通过MCGS组态里来开发，主要是实现运行状态的显示操作和分页显示，完成对各种故障信号的处理与提示，对提升机的运行状态信息、各种故障信息进行存储。MCGS组态软件具有模块化操作设计规则，运用其形象化的绘图工具指令可以快速的绘制出提升机的模拟画面，通过一般的VB脚本便可实现控制流程的编写，满足系统的使用功能。

4、结束语

随着我国煤矿开采技术的不断发展，煤矿开采中的各项实时监控技术也取得较快的进步，其中矿井提升机的监控系统在发挥出越来越重要的作用，本文主要是基于PLC控制的提升机的监控系统，主要是完成提升机的运行状态监控，还可对常见故障进行实时处理并起到安全保护的作用，对提升煤矿开采作用的安全性有着重要的现实意义。