PLC技術(shù)在礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)中的應(yīng)用

趙彩霞

摘 要：礦井提升機(jī)是煤礦企業(yè)的較龐大而復(fù)雜關(guān)鍵機(jī)電設(shè)備，對(duì)礦井的安全、穩(wěn)定生產(chǎn)起著極其重要的作用。而控制系統(tǒng)是提升機(jī)的關(guān)鍵組成部分，決定著整個(gè)電控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和有效性。該文結(jié)合PLC技術(shù)提出了一種煤礦提升機(jī)電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，介紹了PLC技術(shù)在礦井提升機(jī)中的功能與應(yīng)用原理，對(duì)于礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與改造具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：礦井提升機(jī) PLC 電控系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TD564 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）05（a）-0080-01

礦井提升機(jī)是礦井提升設(shè)備中最重要的組成部分，是聯(lián)系礦井井下和地面的重要生產(chǎn)設(shè)備，在礦井生產(chǎn)中占有極其重要的地位。目前，我國(guó)礦山使用的提升機(jī)可分為兩大類：?jiǎn)卫K纏繞式提升機(jī)和多繩摩擦式提升機(jī)?！睹旱V安全規(guī)程》對(duì)煤礦提升設(shè)備規(guī)定了尤為嚴(yán)格的要求，所以電控系統(tǒng)的可靠設(shè)計(jì)是非常關(guān)鍵的。目前，我國(guó)絕大部分礦井提升機(jī)仍舊采用傳統(tǒng)的交流提升機(jī)電控系統(tǒng)，這類控制系統(tǒng)是由繼電器邏輯電路、大型空氣接觸器、測(cè)速發(fā)電機(jī)等組成的有觸點(diǎn)控制系統(tǒng)。經(jīng)過多年的使用和發(fā)展，此類提升機(jī)電控系統(tǒng)已經(jīng)形成了自身獨(dú)特的特點(diǎn)。然而其不足之處也很明顯，其缺陷是繼電器種類繁多、電氣接點(diǎn)過多、接電線路過于復(fù)雜及人工操作，這就造成了該電控系統(tǒng)安全性、可靠性差、控制精度低，提升機(jī)故障率高。采用可編程邏輯控制器（PLC）的新型電控系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制系統(tǒng)，代替了原系統(tǒng)中大量的繼電器等硬件，改由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)其各項(xiàng)功能，克服了傳統(tǒng)電控系統(tǒng)的缺陷，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，大大改善了煤礦提升機(jī)設(shè)備的工作性能。目前該新型控制系統(tǒng)已較成功的應(yīng)用于礦井提升實(shí)踐。

1 PLC簡(jiǎn)介

可編程控制器（PLC）是一種最重要、最普及、應(yīng)用場(chǎng)合最多的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，它不但代替了繼電器控制盤，而且還可以進(jìn)行邏輯控制、過程控制、數(shù)據(jù)采集等綜合控制，是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。PLC的硬件主要由中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴(kuò)展接口等部分組成。其中，CPU是PLC的核心，輸入單元與輸出單元是連接現(xiàn)場(chǎng)輸入/輸出設(shè)備與CPU之間的接口電路，通信接口用于與編程器、上位計(jì)算機(jī)等外設(shè)連接。根據(jù)PLC的硬件結(jié)構(gòu)形式，可將PLC分為整體式和模塊式兩類。如圖1所示為PLC模塊式硬件配置。PLC特點(diǎn)鮮明，應(yīng)用性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高，而且編程直觀簡(jiǎn)單，功能完善，在邏輯控制方面的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)非常明顯。

煤礦提升系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，保證煤礦提升機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)至關(guān)重要。本設(shè)計(jì)方案就是利用PLC技術(shù)在改善控制系統(tǒng)性能方面的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)，將PLC技術(shù)合理地應(yīng)用到礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)中，優(yōu)化電控系統(tǒng)的工作性能和工作效率，為煤礦企業(yè)的安全穩(wěn)定生產(chǎn)提供有效的保證。

2 礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）硬件結(jié)構(gòu)組成

礦井提升機(jī)一般由電動(dòng)機(jī)、減速器、主軸裝置、制動(dòng)裝置、深度指示器、電控系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)及操縱臺(tái)組成。提升機(jī)設(shè)備的安全可靠運(yùn)轉(zhuǎn)直接關(guān)系到礦井的正常生產(chǎn)和工作人員的生命安全，所以《煤礦安全規(guī)程》中對(duì)于提升機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用提出了嚴(yán)格的要求?；赑LC的礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)主要由提升信號(hào)系統(tǒng)、提升監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、提升速度控制系統(tǒng)、PLC主控單元、安全保護(hù)系統(tǒng)組成。該電控系統(tǒng)能完成礦井提升機(jī)工作過程中的各種控制操作，并能對(duì)提升機(jī)的整個(gè)工作過程進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，保證提升系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。該系統(tǒng)組成框圖如圖2所示。

（2）控制過程

方案選用C60P-CDR型可編程控制器主機(jī)及控制器擴(kuò)展機(jī)作為電控系統(tǒng)的主控單元，該P(yáng)LC為60點(diǎn)的輸入、輸出容量和8路的輸入、輸出數(shù)字量，內(nèi)存為4K，能夠滿足煤礦提升機(jī)自動(dòng)循環(huán)提升的控制要求。PLC主控單元是該電控系統(tǒng)的控制核心，通過PLC的信號(hào)輸入模塊采集接收各外設(shè)控制開關(guān)或傳感器檢測(cè)到的工作信號(hào)，然后經(jīng)過其CPU模塊的邏輯運(yùn)算處理后，以模擬量信號(hào)形式輸出開關(guān)指令，使相應(yīng)的速度控制系統(tǒng)、高壓換向器、制動(dòng)回路、安全保護(hù)系統(tǒng)等外部被控對(duì)象做出動(dòng)作，完成提升機(jī)的加速、等速、減速、爬行、制動(dòng)、停車等工作過程的控制。

根據(jù)提升機(jī)的工作流程，該電控系統(tǒng)具體控制過程如下：

①制動(dòng)回路的控制。一開始，制動(dòng)回路始終處于斷開狀態(tài)，只有當(dāng)回路中所有觸點(diǎn)都正常閉合時(shí)，才會(huì)執(zhí)行開車命令。當(dāng)井下發(fā)出提升信號(hào)后，控制系統(tǒng)首先進(jìn)行自檢，檢測(cè)是否符合開車運(yùn)行條件等狀態(tài)。如果發(fā)現(xiàn)不正常狀態(tài)，及時(shí)進(jìn)行安全報(bào)警提示，便于操作員進(jìn)行及時(shí)處理。若系統(tǒng)一切正常，則解除安全制動(dòng)，閉合所有回路觸點(diǎn)，提升容器就會(huì)按照事先設(shè)定的程序進(jìn)行動(dòng)作，完成提升過程。

②行程位置的控制。在提升機(jī)主軸上安裝一個(gè)光電編碼器，光電編碼器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)與部分操作信號(hào)及設(shè)定的相應(yīng)參數(shù)結(jié)合起來(lái)進(jìn)行計(jì)算，經(jīng)過PLC的高速計(jì)數(shù)，自動(dòng)轉(zhuǎn)化生成提升機(jī)的位置數(shù)據(jù)，并會(huì)在提升容器相應(yīng)的位置發(fā)出開關(guān)信號(hào)。同時(shí)計(jì)數(shù)脈沖值會(huì)傳送到PLC內(nèi)部高速計(jì)數(shù)器的存儲(chǔ)單元，通過深度指示器實(shí)時(shí)顯示提升容器在井筒中的位置，以便于提升機(jī)操作人員實(shí)時(shí)掌控提升容器在井筒中的運(yùn)行狀態(tài)。在PLC程序中和深度指示器上還分別裝有過卷開關(guān)，當(dāng)發(fā)生過卷情況時(shí)，過卷開關(guān)會(huì)立即切斷安全保護(hù)回路，實(shí)施緊急制動(dòng)。

③提升機(jī)速度自動(dòng)控制。該電控系統(tǒng)的測(cè)速電機(jī)輸出電壓與主電機(jī)的速度成正比關(guān)系，通過PLC自動(dòng)控制測(cè)速電機(jī)的電壓信號(hào)，以達(dá)到對(duì)提升機(jī)速度的自動(dòng)控制。同時(shí)根據(jù)光電編碼器的脈沖反饋信號(hào)計(jì)算出提升容器在任意時(shí)刻的運(yùn)行速度，PLC單元對(duì)各關(guān)鍵速度點(diǎn)進(jìn)行開關(guān)控制。深度指示器上裝的限速裝置會(huì)在提升容器到達(dá)終點(diǎn)停車位置前的減速階段，將提升機(jī)速度限制在2 m/s。

④故障檢測(cè)控制。在提升過程中，系統(tǒng)會(huì)時(shí)刻監(jiān)視各設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，進(jìn)行故障監(jiān)測(cè)和分析，一旦發(fā)現(xiàn)有故障發(fā)生，安全保護(hù)PLC模塊會(huì)立即發(fā)出信號(hào)或做出相應(yīng)緊急控制，確保提升機(jī)能夠穩(wěn)定可靠的投入工作運(yùn)行。endprint

3 提升機(jī)電控系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

根據(jù)提升機(jī)系統(tǒng)的工作要求，軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要保證穩(wěn)定的完成如下功能過程：（1）提升機(jī)的正反轉(zhuǎn)；（2）提升機(jī)的起動(dòng)、加速、等速、減速、爬行及停車等；（3）根據(jù)需要控制提升機(jī)的速度；（4）根據(jù)工況選擇不同的操作方式，控制運(yùn)行狀態(tài)。在提升機(jī)的運(yùn)行過程中，運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視及故障檢測(cè)系統(tǒng)要完成如下功能：①監(jiān)視運(yùn)行狀況，顯示各種狀態(tài)；②檢查各裝置、各環(huán)節(jié)運(yùn)行是否正常，判斷故障類別；③根據(jù)故障類別，分別采取相應(yīng)措施。（5）結(jié)束運(yùn)行。系統(tǒng)控制流程圖如圖3所示。

4 PLC技術(shù)在礦井提升機(jī)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

采用PLC技術(shù)設(shè)計(jì)礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)，不僅提高了礦井提升機(jī)的控制水平，而且使礦井提升機(jī)整體的自動(dòng)化程度有了很大的提高。（1）PLC作為系統(tǒng)控制核心來(lái)實(shí)現(xiàn)主要邏輯控制，靈活性強(qiáng)、控制功能多，且控制精度高、擴(kuò)展功能強(qiáng)，先進(jìn)性有較大提高。（2）PLC輸入輸出均帶有光電隔離等抗干擾和過載保護(hù)措施，自診斷機(jī)制靈敏，可靠性高。（3）由軟件程序指令來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器硬件實(shí)現(xiàn)提升機(jī)各項(xiàng)功能，便于修改校正運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了柔性控制。④自動(dòng)化的設(shè)計(jì)減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，保證了煤礦企業(yè)的穩(wěn)定高效生產(chǎn)。

5 結(jié)語(yǔ)

該文主要論述了在礦井提升機(jī)的電控系統(tǒng)中用PLC控制器來(lái)代替繼電器控制系統(tǒng)的可行性和必然性，簡(jiǎn)要地介紹了PLC技術(shù)在電控系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)組成、軟硬件設(shè)計(jì)和控制原理。結(jié)果表明，PLC技術(shù)在煤礦提升機(jī)電控系統(tǒng)中的應(yīng)用表現(xiàn)出極大的優(yōu)越性，實(shí)現(xiàn)了礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，有效地提高煤礦企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，提升了煤礦企業(yè)的自動(dòng)化、現(xiàn)代化管理水平。

參考文獻(xiàn)

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[7] 鐘肇新，范建東.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社，2005.endprint

3 提升機(jī)電控系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

根據(jù)提升機(jī)系統(tǒng)的工作要求，軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要保證穩(wěn)定的完成如下功能過程：（1）提升機(jī)的正反轉(zhuǎn)；（2）提升機(jī)的起動(dòng)、加速、等速、減速、爬行及停車等；（3）根據(jù)需要控制提升機(jī)的速度；（4）根據(jù)工況選擇不同的操作方式，控制運(yùn)行狀態(tài)。在提升機(jī)的運(yùn)行過程中，運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視及故障檢測(cè)系統(tǒng)要完成如下功能：①監(jiān)視運(yùn)行狀況，顯示各種狀態(tài)；②檢查各裝置、各環(huán)節(jié)運(yùn)行是否正常，判斷故障類別；③根據(jù)故障類別，分別采取相應(yīng)措施。（5）結(jié)束運(yùn)行。系統(tǒng)控制流程圖如圖3所示。

4 PLC技術(shù)在礦井提升機(jī)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

采用PLC技術(shù)設(shè)計(jì)礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)，不僅提高了礦井提升機(jī)的控制水平，而且使礦井提升機(jī)整體的自動(dòng)化程度有了很大的提高。（1）PLC作為系統(tǒng)控制核心來(lái)實(shí)現(xiàn)主要邏輯控制，靈活性強(qiáng)、控制功能多，且控制精度高、擴(kuò)展功能強(qiáng)，先進(jìn)性有較大提高。（2）PLC輸入輸出均帶有光電隔離等抗干擾和過載保護(hù)措施，自診斷機(jī)制靈敏，可靠性高。（3）由軟件程序指令來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器硬件實(shí)現(xiàn)提升機(jī)各項(xiàng)功能，便于修改校正運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了柔性控制。④自動(dòng)化的設(shè)計(jì)減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，保證了煤礦企業(yè)的穩(wěn)定高效生產(chǎn)。

5 結(jié)語(yǔ)

該文主要論述了在礦井提升機(jī)的電控系統(tǒng)中用PLC控制器來(lái)代替繼電器控制系統(tǒng)的可行性和必然性，簡(jiǎn)要地介紹了PLC技術(shù)在電控系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)組成、軟硬件設(shè)計(jì)和控制原理。結(jié)果表明，PLC技術(shù)在煤礦提升機(jī)電控系統(tǒng)中的應(yīng)用表現(xiàn)出極大的優(yōu)越性，實(shí)現(xiàn)了礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，有效地提高煤礦企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，提升了煤礦企業(yè)的自動(dòng)化、現(xiàn)代化管理水平。

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[7] 鐘肇新，范建東.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社，2005.endprint

3 提升機(jī)電控系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

根據(jù)提升機(jī)系統(tǒng)的工作要求，軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要保證穩(wěn)定的完成如下功能過程：（1）提升機(jī)的正反轉(zhuǎn)；（2）提升機(jī)的起動(dòng)、加速、等速、減速、爬行及停車等；（3）根據(jù)需要控制提升機(jī)的速度；（4）根據(jù)工況選擇不同的操作方式，控制運(yùn)行狀態(tài)。在提升機(jī)的運(yùn)行過程中，運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視及故障檢測(cè)系統(tǒng)要完成如下功能：①監(jiān)視運(yùn)行狀況，顯示各種狀態(tài)；②檢查各裝置、各環(huán)節(jié)運(yùn)行是否正常，判斷故障類別；③根據(jù)故障類別，分別采取相應(yīng)措施。（5）結(jié)束運(yùn)行。系統(tǒng)控制流程圖如圖3所示。

4 PLC技術(shù)在礦井提升機(jī)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

采用PLC技術(shù)設(shè)計(jì)礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)，不僅提高了礦井提升機(jī)的控制水平，而且使礦井提升機(jī)整體的自動(dòng)化程度有了很大的提高。（1）PLC作為系統(tǒng)控制核心來(lái)實(shí)現(xiàn)主要邏輯控制，靈活性強(qiáng)、控制功能多，且控制精度高、擴(kuò)展功能強(qiáng)，先進(jìn)性有較大提高。（2）PLC輸入輸出均帶有光電隔離等抗干擾和過載保護(hù)措施，自診斷機(jī)制靈敏，可靠性高。（3）由軟件程序指令來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器硬件實(shí)現(xiàn)提升機(jī)各項(xiàng)功能，便于修改校正運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了柔性控制。④自動(dòng)化的設(shè)計(jì)減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，保證了煤礦企業(yè)的穩(wěn)定高效生產(chǎn)。

5 結(jié)語(yǔ)

該文主要論述了在礦井提升機(jī)的電控系統(tǒng)中用PLC控制器來(lái)代替繼電器控制系統(tǒng)的可行性和必然性，簡(jiǎn)要地介紹了PLC技術(shù)在電控系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)組成、軟硬件設(shè)計(jì)和控制原理。結(jié)果表明，PLC技術(shù)在煤礦提升機(jī)電控系統(tǒng)中的應(yīng)用表現(xiàn)出極大的優(yōu)越性，實(shí)現(xiàn)了礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，有效地提高煤礦企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，提升了煤礦企業(yè)的自動(dòng)化、現(xiàn)代化管理水平。

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[7] 鐘肇新，范建東.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社，2005.endprint