变频器PLC在矿山采矿系统中的应用

摘要：矿山采矿系统从最初由机械结构逐渐发展，到后来电气的发展加入，现今已经达到由电气系统控制而成为机电一体化系统。随着电气行业的不断发展，其控制系统正在逐渐完善。近年来，PLC在工业上应用范围越来越广，取代传统的继电器接触器，降低能耗，节约空间，提高电气系统整体效率，而且便于维护。系统更新升级时只需链接计算机，对相应程序进行修改即可改变系统运行方式，通过串行端口直接给予电信号工作，节省更新系统时大量时间，提高效率。变频器是PLC近几年发展的新型自动控制技术，通过改变系统电源的频率，实现电动机无极变速，可以在电机运行过程中根据负载状态反馈随时调节，使其时刻处于最佳运行状态。

关键词：变频 调速 PLC 控制系统

中图分类号： TM344 文献标识码： A

第一章 概述

1.1 系统设计的意义

矿山采矿系统中电铲和钻机占据非常重要的地位，目前比较先进技术就是采用交流变频调速、PLC进行控制和人机界面进行管理。

变频器PLC具有容易编程和控制简单可靠的优点。用变频传动优化系统速度调节性能，过程中变速调节，转向等功能，工作过程中更加平稳可靠。参数调节范围广使其适应性更强，而且PLC控制系统比照原本继电器接触器系统更加节能。从以上几点看，变频器PLC在矿山采矿系统中有明显的应用优势。

1.2 设计方案

1.2.1 拖动分析

矿山提升机工作过程中所受负载为摩擦性负载，即恒转矩特性的负载。上升过程中，起动时电机所提供动力用来客服负载阻力与起动时产生的静摩擦力，此时提升机处于加速状态下，电机受负载力较大，电机所需动力也相应增大。在提升机正常运行状态下，所受动摩擦力阻力比静摩擦力阻力要小，且受力状态恒定，此时提升机则处于匀速运动状态，电机负载恒定且负载力较小，电机所需动力较小。提升机上升到固定位置需要停止时，负载阻力需要大于动力，此时电动机可以减少动力或者反转提供阻力来帮助减速直至停止。由对重载受力分析可知，在不同状态下电机需要提供的动力是不一样的，那么重载的平稳运行就需要电机在动力提供时状态平稳不间断，这点则需要PLC变频器来调节，达到平稳无极变速的要求。

1.2.2 调速方式

PLC通过改变变频器频率，再由变频器再这一频率下使电机工作，从而控制电机的工作状态。而PLC闭环控制系统的反馈信号可以回馈给PLC内部，进行运算调整后进行变频器控制调整，再电动机运动过程中，通过PLC不断地给出指令，反馈，调整，最终控制电机使重载达到平稳运行。

第二章 重要元部件选择

2.1 PLC的选择

S7-200系列节约空间，售价便宜，功能完善，且容易装配，市场上也容易买到，在损坏后也便于维修和更换。

2.2 变频器的选择

（1）按照实际电流值筛选变频器。在选择MM4变频器应充分考虑变频器的输出高次谐波比较高，高次谐波会使电动机的功率因数和效力变坏。所以在选择电动机和变频器时，应考虑到这类环境，恰当留有余量，以避免温升太高，影响电动机的使用寿命。

（2）按照负载特征选择变频器。如负载为恒转矩负载需选siemensMM4变频器，如果是负载为风机、泵类负载需选择MM430变频器。

（3）必要长电缆变频器运行的，应采纳办法按捺长电缆对地耦合电容的影响，制止变频器着力不敷。

（4）对一些高环境温度、高开关频率（尤其是在楼宇自控等对噪音限定较高的利用场合使历时需注意）、高海拔高度等，此时会引起变频器的降容，变频器需放大一档选择。如果变频器的供电电源是自备电源，最好加上进线电抗器。

（5）应用变频器驱动齿轮减速电动机时，应用规模受到齿轮改变有些滑腻方式的制约。滑腻油滑腻时，在低速范围内没有束缚；在超出分外转速以上的高速范围内，有可能发生滑腻油用光的危害。因此，不要超出最高转速允许值。

（6）变频器驱动绕线转子异步电动机时，大多是利用已有的电动机。绕线电动机与凡是的鼠笼电动机比力，绕线电动机绕组的阻抗小。因此，容易发生由于纹波电流而致使的过电流跳闸表象，以是应遴选比凡是容量稍大的变频器。凡是绕线电动机多用轮力矩GD2较大的场所，在设定加减速时间时应多重视。

（7）变频器驱动同步电动机时，与工频电源比力，会降落输出容量10%～20%，变频器的连续输出电流要大于同步电动机分外电流与同步牵入电流的标幺值的乘积 。

（8）关于压缩机、振念头等转矩摆荡大的负载和油压泵等有及早负载状态下，如果遵照电念头的分外电流或功率值遴选变频器的话，有可能发生因及早电流使过电流保护行动表象。因而，应知道工频运转状况，挑选比其最大电流更大的额外输出电流的变频器。

它采取高机能的矢量节制手艺，供给低速高转矩输出的杰出动态机能，同时具有超强的过载本领，以知足普遍的利用场所。变频器参数：

表2-1 变频器调试设置

注：设定P0010=30；P0970=1。设定P0003=3，P0010=1，P0003=3，允许访问扩展参数。设定P0010=1，再设定电机参数，完成设定P0010=1。[2]

2.3 电机的选择

电动机选用三相交换笼型异步电动机。交换电动机功率由转矩决议，转矩由负载转矩节制。

第三章 电路图接线

系统从L1、L2、L3端子接线到变频器上，变频器接线到三相交流电机，保护系统有串联熔断器、接触器、热继电器组成。

PLC与变频器之间用I/O接线方式，S7-200输出开关信号控制变频器的停止与起动，输出模拟量控制频率，PLC输入模块采集反馈信号。

第四章 系统程序设计

4.1 控制程序流程

PLC主节制体系举行中枢运算，经由过程反馈旌旗灯号举行体系查验，妨碍处置，输出旌旗灯号节制调速体系及平安庇护。

图3-1 控制程序流程图

4.2 编程

系统程序采用珠子程序模块化顺序结构编程，主程序调用子程序循环执行，控制系统由程序自动控制输出量，实现提升机的自动化。PLC编程灵活，修改方便，容易日常维护，梯形图程序简单直观易于理解，不管是研发还是应用都很便捷。

（1）起动停车

开机按下I0.0，继电器KM1吸合，变频器电机上电，可随时根据PLC输出信号工作；减速通车后，电机制动，变频器电机电源断开，按停止钮I0.2，继电器KM1失电。

（2）上升下降

继电器K1、K2互锁。下降时，按IO.6，继电器K2吸合，REV与CM链接，电机反转下降，同时K1断开，下降闭锁。上升时，按I0.5，K2吸合，K1断开，形成上升闭锁，FWD与CM链接，电机正传上升。

（3）变频

正常变频运行时，KM2得电，KM3失电，KM2常开点为闭合状态，在变频器之后的KM3常开点断开，变频器接入，PLC信号传输到变频器，再由变频器控制电机进行调速。当出现故障时，按I0.3，KM2成断开状态，此时KM3闭合，电机成工频状态，等待维修。

4.3 抗干扰

1、PLC抗干扰措施：使用可屏蔽电缆线、电源线信号线分开固定、机柜操作台接地、安装位置远离干扰源、传输线等级分类、系统外部环境良好无粉尘无腐蚀阴凉干燥处置放、系统软件标准化、定期安全检测等

2、变频器防滋扰办法：公道布线、减弱滋扰源、路线屏障办法、断绝滋扰旌旗灯号和接地等。

第五章 结论

本文通过在矿山提升机中对PLC变频器调速的应用作为实例，详细阐述PLC变频器在矿山系统中的具体应用。由文中应用可知PLC变频器在矿山系统中应用可行性很高，并且优势明显。虽然在整个矿山采矿系统中不只有提升机一种机电一体化设备，但是PLC变频器的引入相信可以在其他设备上也得到应用，运用得当甚至可以达到更好的效果。

参考文献

[1]MM4变频器选型八个事项.朗特威自动化

[2]西门子MM440变频器调试.中华工控网

作者简介

袁中康：（1984.07）男，山东临沂，助理工程师，本科，主要从事电气自动化。

张红艳：（1986.03）女，内蒙古包头，助理工程师，本科，主要从事电气技术。