一种基于PLC的提升机控制系统的设计

【摘要】用可编程控制器（PLC）代替传统的继电器逻辑控制回路可以提高矿井提升机的系统控制精度和可靠性，保证矿井提升机的安全运行。文章介绍了一种基于西门子变频PLC的矿井提升机控制系统。

【关键词】西门子；PLC；提升机

前言

矿井提升机是煤矿最重要的设备之一，煤的运输，物料、材料的输运，人员的运输等都离不开提升机。我国传统的矿井提升机主要采用继电器-接触器进行控制，并通过在电动机转子回路中串接附加电阻来实现启动和调速。这种控制系统存在可靠性差、故障率高、操作复杂、电能浪费大、效率低等缺点。用可编程控制器（PLC）代替传统的继电器逻辑控制回路可以用丰富的程序指令来实现原电子线路中不易完成的功能，在大大减小体积的同时，提高了系统的控制精度和可靠性，保证了矿井提升机的安全运行。

1矿井提升机变频调速系统设计

基于西门子变频PLC的矿井提升机变频调速系统的构成主要包括：变频器、操作控制、形成控制、抱闸制动和能耗制动等，如图1所示。变频器的作用在于实现提升机升降的变频调速；操作控制的作用在于完成提升机的故障复位、提升/下降启动、紧急制动等操作；行程控制的作用在于对提升机的制动、停车、变速等精确行程的控制；而抱闸控制和能耗控制的作用则是对提升机停车进行有效控制。在所设计的矿井提升机综合保护控制系统中，主控制器由PLC充当，各个模块构成可编程控制器，以实现保护系统硬件模块化，可以按照设计需要增减模块数量。在矿井提升机的电控系统中，变频其进行的变频调速主要包括行程变频调速运行、恒减速变频调速停车、恒加速变频调速启动等。变频器调速的实现是通过电动机输入电源频率的改变，进而对电动机转速作出调解来实现的，因此，其表现出很宽的调速范围。通常情况下，变频器均可达到0～60Hz，频率调解的精度为0.01Hz，从而在提升机的恒加减速方面，能够很好地满足要求。可以说，变频器的应用，从真正意义上实现了点击的平滑调速和软启动。基于西门子变频PLC的矿井提升机变频调速器同转子串电阻在调速方面有着一定的区别，不但使得转差率降低，促进了电路功率因数的提升，而且还实现了转速变化下，输出功率的相应变化。因此，这一变频调速器的设计在节点方面具有良好的效果。同时，这一变频器通过软件便可很容易的对输出转矩、目标频率、加减速实践、上下线频率作出改变。该系统数字输入及输出模块采用西门子EM223系列数字量模块，按照PLC控制系统设计要求，需要为数字输入及输出保留余量，因此该系统采用EM223系列16输入/16输出数字量混合模块。EM223数字模块性能体现在：连续电压最大值达30DC，浪涌电压35VDC时0.5s。数字量输入采用光电隔离，避免各通道间的互相干扰，采用非屏蔽电缆时传输长度可以达到300m。采用屏蔽电缆时传输长度可以达到500m。逻辑0信号最大5VDC，1mA；逻辑1信号最小15VDC，2.5mA，2线接近传感器的连接最大1mA等。

2矿井提升机控制系统设计

2.1矿井提升机控制系统的性能特点

对于基于西门子变频PLC的矿井提升机控制系统的设计应具备以下方面的性能特点：第一，为在发生系统故障时，对煤炭生产不构成影响，在工频系统基础上新增变频系统，来实现工频与变频间的有效切换；第二，能够进行平滑的无级调速，在发电过程中，当变频器直流侧接到电能回馈时，通过制动电阻和制动单位进行泄放，控制电网的侧功率因数应高于0.95；第三，能够进行有效的闭环控制，同相关工艺相配合，实现在不同提升、下降速度下的运行；第四，PLC软件编程的应用给定了操作台人工速度和提升机“S”形速度，能够进行手动、自动的双形式调速，操作简单且具有较大的灵活性；第五，变频器功能参数和PLC软件编程的应用，取代了继电器、接触器等大量硬件，极大程度上提升了设备运行过程的可靠性。

（2）辅助电路的设计

辅助电力主要包括变频器声光报警、变/工频切换、变频器制动控制3个面的电路。对于声光报警和变/工频切换电路的设计，选定在变频器端设置报警设备，设计要求应满足：在变频运行过程中，变频一旦发生故障进而跳闸时，可完成至工频运行的自动切换，并实施声光报警。在变频运行中，当发生变频器故障而跳闸时，变频器触点随即断开，线圈失电，主触点将电机与变频器之间、电源与变频器之间的连接切断。报警触点进而闭合，报警灯和报警扬声器实施声光报警。此时，时间继电器得电，延至下一时段触点闭合，电机随即进入到工频运行的状态。当重车减速过程中，因提升机自身存在着较大的负载惯性，故停车的准确性往往难以掌握。因此，进行制动电阻和动力制动单元的设置十分必要。

2.3矿井提升机控制系统的软件设计