基于PLC的矿井提升机电控系统应用研究

【摘要】可编程控制技术（PLC技术）以其安全可靠性高、可编程、便于维护等优势，在煤矿机电设备控制系统中得到大量的应用。本文探讨了矿井提升机的电气要求，在此基础上提出由欧姆龙公司开发的CPM1A型PLC和ABB公司DCS800变流器构成的矿井提升机电控系统，并给出了相应的软硬件设计思路。

【关键词】矿井提升；PLC技术；DCS800；电控系统

引言

近年来，我国的煤矿生产能力得到很大的提升，特别是以机电、电子计算机、控制技术相互交叉的煤矿机电成套设备系统得到了广泛的应用，为煤矿安全高效生产做出了突出的贡献。同时矿井机电设备造成的安全事故也时常发生，矿井提升机作为煤矿“大机电设备”之一的运输提升设备，担负着不间断的提升煤炭、人、物料的运输重担。提升机的传动需求复杂、正方向运转变换频繁、停开不断转换，且由于提升任务繁重，经常发生提升机运转异常故障。提升机的停运时常给煤矿正常的生产带来了严重的影响，造成井下的原煤开采停滞，更有甚者，造成设备损坏和安全事故。如何提高矿井提升机的自动化水平、安全性是当前煤矿机电设备研发的重要方向之一。可编程控制技术（PLC技术，Programable Logical Controller）是电力电子技术发展的重要产物之一，其安全可靠性高、可编程、便于维护等优势，在煤矿机电设备控制系统中得到大量的应用。本文基于PLC技术，研究了矿井提升机的电控系统。

1、矿井提升机电气控制系统要求

矿井提升机是矿山运输系统中的主要设备之一，主要用于矿井提升矿石（主井）或人员、材料（副井）。提升机由于其特殊的应用环境，对于启停和加速都有着苛刻的要求，各个运动阶段都存在着突变，对加速曲线都有着严格的要求。矿井提升机电气控制系统原理图见图1。相关研究表明，矿井提升机还需要满足以下的几点要求：

1）S形加速曲线。S形加速曲线能够有效的控制电机的启动电流，减少对提升机系统的不利影响，而且由于电流变化是平缓线性，对应的电力拖动也是连续的，消除了钢丝绳的应力突变，有效控制了钢丝绳的抖动。同时平缓线性的电流变化，也有利于对控制电流的整流元器件的保护。

2）动、静态性能――提升机四象限运行要求。与S形加速曲线对应的是要求电力拖动的实现，为了实现S形曲线，电气传动系统的工作状态要及时根据负载变化而发生变化，即要求电气传动系统应能够满足四象限运行。

3）显示和故障监视装置。为方便提升机司机操作，电控系统必须配备有可靠的显示提升容器在井筒中的位置的装置（也即是深度指示器）。矿井提升机控制系统要求必须设置完善的故障监视装置。通常提升机的故障监视内容少则几十项，多则数百项。

2、矿井提升机电控系统设计

本系统采用采用欧姆龙公司开发的CPM1A型40点PLC实现提升机离开控制系统的半自动控制。同时采用ABB公司的DCS800，主要完成提升机速度和电流双闭环调节，并实现电枢回路和磁场回路的各种保护。其主回路电枢恒定，磁场可逆，带有过电压、风压及其它必须的各种保护功能。它可以通过软件设定所需要的S形速度图形，调试十分方便。

基于PLC+DCS800的矿山主井提升机电控系统实现提升机运行速度给定，系统运行状态监控，过程信号的采集和数据的集中处理，在上下两个井口端减速区段进行逐点速度监视和故障处理，即当提升机发生故障时，判断故障性质，并根据当时的提升机运行状态做出相应的处理，同时判断首发故障并一记录，便于现场人员查找和排除故障。该系统具有对各行程开关量的逻辑运算控制，对各种行程模拟量的控制以及对来自过程的行程脉冲计数等功能。通过上位机能对行程、故障、速度等信号进行显示和打印。系统实现框图如图2所示。

主控制系统主要包括：直流调速柜、直流切换柜、低压辅助电源柜、主控柜、主控操作台和检测开关。其中主控柜包含主控PLC以及监控PLC，主控PLC主要控制直流传动装置、液压制动装置、位置判定等检测设备。主控操作台负责发送接收信号、实时监视提升的运行状态。监控PLC用西门子PLC，当主控PLC出现异常或主控检测点异常时，监控PLC亦可发出警报信号和动作安全回路。

3、提升机行程控制软件设计

S形加速曲线能够有效的控制电机的启动电流，消除了钢丝绳的应力突变，也有利于对控制电流的整流元器件的保护。行程控制算法：在启动加速段采用时间给定，其基本公式都是时间的函数，算法简单，容易实现；为了减速段的可靠运行、准确停车，在减速运行过程中应按行程原则来确定给定速度。S形速度给定曲线的产生，在加速度段采用加速度变化率对时间的双积分形式给出，即时间给定方式，而在减速段则按照行程原则来控制。图3所示为速度曲线控制程序流程图。

4、结束语

本系统采用采用欧姆龙公司开发的CPM1A型40点PLC实现提升机离开控制系统的半自动控制。在设备的配套方面，优化设计各种计算机的配置，本着先进、可靠、安全、经济的原则，选用ABB公司的DCS800全数控晶闸管整流装置；以可编程控制器实现提升机的程序控制；采用先进的PC计算机和高性能软件实现了提升系统的实时监视。随着电子科学技术的进一步发展，矿井提升机的电控系统也会不断的改进，为煤矿安全高效生产保驾护航。

参考文献

[1]何凤有，谭国俊.矿井直流提升机计算机控制技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，2003.

[2]盛飞霞.矿井提升机全数字电控系统的行程和速度控制[J].湖南有色金属，2007，23（4）：62-64.

[3]谭国俊，熊树.矿井提升机全数字新型电控系统[J].煤矿机电，2006，（l）：4-6.

作者简介

刘运武（1985-），男，安徽淮南人，本科学历，工程师，主要从事煤矿机电工作。研究方向：大型固定设备的电气自动化控制、提升机直流、变频电气拖动、ABB闸控原理等。