礦井提升機(jī)PLC電控系統(tǒng)中安全回路雙線制技術(shù)的應(yīng)用分析

范江鋒

摘要：目前，山西省大部分礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)正逐步由早期的以TKD邏輯電路為代表的電控系統(tǒng)向PLC可編程序控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。TKD控制系統(tǒng)是由繼電器邏輯電路、大型空氣接觸器、測速發(fā)電機(jī)等組成的有觸點(diǎn)控制系統(tǒng)。經(jīng)過多年的發(fā)展，TKD-A系列提升機(jī)電控系統(tǒng)雖然已經(jīng)形成了自己的特點(diǎn)，然而其不足之處也顯而易見，它的電氣線路過于復(fù)雜化，安全回路保護(hù)系統(tǒng)不完善（單線制）、系統(tǒng)中間繼電器多、電氣接點(diǎn)多、電氣聯(lián)線多，造成提升機(jī)因電氣故障停車事故不斷發(fā)生。采用PLC技術(shù)的新型電控系統(tǒng)都已較成功的應(yīng)用于礦井提升實(shí)踐，其具有硬件簡潔、軟件靈活性強(qiáng)、安全保護(hù)齊全（雙線制）、調(diào)試方便、維護(hù)量小等特點(diǎn)，并取得了較好的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，克服了傳統(tǒng)電控系統(tǒng)的缺陷，代表著交流礦井提升機(jī)電控技術(shù)發(fā)展的趨勢。

關(guān)鍵詞：礦井提升機(jī);PLC控制;電控系統(tǒng);安全雙回路;控制原理

1、PLC控制系統(tǒng)安全回路雙線制的設(shè)計(jì)

1.1提升機(jī)安全保護(hù)裝置的要求

⑴、防止過卷裝置當(dāng)提升容器超過正常終端停止位置0.5m時(shí)，應(yīng)自動(dòng)斷電，并能使保險(xiǎn)閘發(fā)生作用;

⑵、防過速裝置當(dāng)提升速度超過最大速度15%，應(yīng)能自動(dòng)斷電，并能使保險(xiǎn)閘發(fā)生作用;

⑶、限速裝置當(dāng)最大速度超過3m/s時(shí)，應(yīng)裝設(shè)限速裝置，保證提升容器到達(dá)終端位置時(shí)速度不超過2m/s。如果限速裝置為凸輪板，旋轉(zhuǎn)角度應(yīng)不小于270°;

⑷、閘間隙保護(hù)裝置當(dāng)閘間隙超過規(guī)定值時(shí)，應(yīng)能自動(dòng)報(bào)警或自動(dòng)斷電;

⑸、松繩保護(hù)裝置纏繞式提升機(jī)應(yīng)設(shè)置松繩保護(hù)裝置，并接入安全回路和報(bào)警回路;

⑹、滿倉保護(hù)裝置箕斗提升的井口煤倉倉滿時(shí)應(yīng)能報(bào)警;

⑺、減速功能保護(hù)裝置當(dāng)提升容器（或平衡錘）到達(dá)設(shè)計(jì)減速位置時(shí)，應(yīng)能示警并減速;

⑻、深度指示器失效保護(hù)裝置當(dāng)指示器失效時(shí)，在加速、等速段應(yīng)自動(dòng)報(bào)警;減速度，應(yīng)報(bào)警并自動(dòng)斷電;

⑼、過負(fù)荷和欠壓保護(hù)裝置主回路開關(guān)柜內(nèi)過電流繼電器應(yīng)靈活可靠;

⑽、防止過卷裝置、防止過速裝置、限速裝置和減速功能保護(hù)裝置應(yīng)設(shè)置為相互獨(dú)立的雙線形式。

1.2 PLC控制的雙線制形式分類及原理

目前山西省礦井提升機(jī)PLC電控的安全回路雙線形式設(shè)計(jì)主要有兩種如圖1所示：一種是以中信重機(jī)和洛陽源創(chuàng)為代表的單編碼器與測速電機(jī)和凸輪板結(jié)合的雙PLC電控;另一種是以焦作華飛和科達(dá)自控為代表的雙編碼器的雙PLC電控。

第一種單編碼器與測速電機(jī)和凸輪板結(jié)合的雙PLC電控設(shè)計(jì)原理是：①防止過卷保護(hù)裝置雙線制是一套通過編碼器脈沖計(jì)數(shù)指示運(yùn)行距離在程序中標(biāo)記過卷位置來實(shí)現(xiàn)的、另一套回路是通過由繩端容器碰撞安裝在井筒軌道上的機(jī)械式過卷開關(guān)或者是深度指示器指針碰撞深度指示器上安裝的機(jī)械過卷開關(guān)來實(shí)現(xiàn)的;②防止過速保護(hù)裝置雙線制是一套通過編碼器轉(zhuǎn)速脈沖來實(shí)現(xiàn)速度監(jiān)控、另一套回路是通過測速發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓值也就是所謂的強(qiáng)電信號來實(shí)現(xiàn)速度監(jiān)控（此強(qiáng)電信號進(jìn)入電控柜后通過一塊轉(zhuǎn)換板將強(qiáng)電信號轉(zhuǎn)換為弱電信號傳輸給PLC主機(jī)進(jìn)行信號處理）;③減速功能保護(hù)裝置雙線制是一套通過編碼器脈沖計(jì)數(shù)指示運(yùn)行距離在程序中標(biāo)記過減速點(diǎn)位置來實(shí)現(xiàn)、另一套回路是通過深度指示器指針碰撞深度指示器上安裝的機(jī)械減速開關(guān)來實(shí)現(xiàn)的;④限速裝置（最大速度超過3m/s時(shí)安裝），限速裝置是在減速功能保護(hù)之后的保護(hù)裝置，其作用是在減速保護(hù)發(fā)生作用之后如果速度降不到2m/s以下將投入工作強(qiáng)制降速，其雙線制是一套通過編碼器脈沖計(jì)數(shù)指示運(yùn)行距離在程序中標(biāo)記限速點(diǎn)位置來實(shí)現(xiàn)的;另一套是通過測速電機(jī)和凸輪板來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)減速保護(hù)發(fā)生作用后如果測速電機(jī)監(jiān)測到速度未降到2m/s以下，則凸輪板自整角機(jī)投入，其信號值與測速電機(jī)信號值比較并發(fā)生作用將速度強(qiáng)制降到設(shè)定值以下。

另一種雙編碼器的雙PLC電控設(shè)計(jì)原理是：①防止過卷保護(hù)裝置雙線制是通過兩套編碼器脈沖計(jì)數(shù)指示井筒深度在程序中標(biāo)記過卷位置來實(shí)現(xiàn)的，并且有些廠家也將井筒軌道和深度指示器上的機(jī)械過卷開關(guān)一并接入到過卷保護(hù)回路中實(shí)現(xiàn)硬件過卷;②防止過速保護(hù)裝置雙線制是通過兩套編碼器轉(zhuǎn)速脈沖來實(shí)現(xiàn)速度監(jiān)控的，兩套編碼器中一個(gè)為高速編碼器一般安裝于電機(jī)軸端作為主用編碼器，另一個(gè)為低速編碼器一般安裝于滾筒主軸端作為輔助編碼器（有的也安裝于深度指示器傳動(dòng)軸端）;③減速功能保護(hù)裝置雙線制是通過兩套編碼器脈沖計(jì)數(shù)指示井筒深度在程序中標(biāo)記減速點(diǎn)位置來實(shí)現(xiàn)的，并且有些廠家也將深度指示器上的機(jī)械減速開關(guān)一并接入到減速保護(hù)回路中實(shí)現(xiàn)硬件減速;④限速裝置（最大速度超過3m/s時(shí)安裝），其雙線制是通過兩套編碼器脈沖計(jì)數(shù)指示運(yùn)行距離在程序中標(biāo)記限速點(diǎn)位置來實(shí)現(xiàn)的。

上述兩種PLC電控安全回路雙線設(shè)計(jì)理念都是一樣的都是為了能實(shí)現(xiàn)防止過卷裝置、防止過速裝置、限速裝置和減速功能保護(hù)裝置的雙線形式，但是其采樣點(diǎn)設(shè)計(jì)不同。第一種是由數(shù)字量和模擬量相結(jié)合的控制方式即由弱電與強(qiáng)電相結(jié)合的控制方式，測速電機(jī)和凸輪板自整角機(jī)參與過速保護(hù)和限速保護(hù)采集強(qiáng)電信號輸入控制柜轉(zhuǎn)換板由轉(zhuǎn)換板轉(zhuǎn)換為弱電信號分為兩路輸入主備PLC中進(jìn)行處理比較;另一種是完全由數(shù)字量來控制，兩套軸編碼器采樣（還有些廠家安裝三個(gè)軸編碼器，電機(jī)軸處安裝一個(gè)高速編碼器，滾筒主軸和深度指示器處安裝兩個(gè)低速編碼器，兩個(gè)低速編碼器的功能基本一致，提升機(jī)運(yùn)行過程中三個(gè)編碼器同時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋給PLC主機(jī)進(jìn)行數(shù)值比較，一旦有編碼器故障則PLC主機(jī)將立刻報(bào)警提示）將每只編碼器采集的數(shù)字量分為兩路分別輸入主備PLC中進(jìn)行處理比較。主備兩套PLC主機(jī)在提升機(jī)運(yùn)行中主PLC參與整個(gè)提升控制過程的數(shù)據(jù)處理和保護(hù)監(jiān)控，備PLC只參與監(jiān)測不進(jìn)行主要數(shù)據(jù)處理也就是我們平時(shí)說的一人工作一人監(jiān)督，一旦主PLC發(fā)生故障則備PLC馬上投入工作完成提升任務(wù)。

3結(jié)束語

礦井提升機(jī)PLC電控系統(tǒng)中安全回路雙線制技術(shù)對于礦井提升機(jī)安全運(yùn)行具有十分重要的作用，上述兩種雙線制控制形式其基本理念都是相同的，目的都是為了實(shí)現(xiàn)保護(hù)的雙線監(jiān)測做到有備無患。一種采用數(shù)字量與模擬量相結(jié)合的控制原理，保留了原來TKD電控中的一些采樣形式，其優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，缺點(diǎn)是調(diào)整繁瑣、維護(hù)量大;另一種是完全采用數(shù)字量控制原理，其優(yōu)點(diǎn)是調(diào)整簡單、維護(hù)量小，缺點(diǎn)是抗干擾能力弱一些?？梢妰煞N控制形式各有其優(yōu)缺點(diǎn)，在以后的生產(chǎn)中我們要利用其各自優(yōu)點(diǎn)改善其缺點(diǎn)，充分發(fā)揮PLC電控技術(shù)優(yōu)勢，提高系統(tǒng)綜合性能，為我國礦井安全生產(chǎn)做貢獻(xiàn)。

4參考文獻(xiàn)

[1] 張鳳珊.電氣控制及可編程序控制器.2版 [M].北京： 中國輕工業(yè)出版社，2003.

[2] 《工廠常用電氣設(shè)備手冊》編寫組.工廠常用電氣設(shè)備手冊.2版 [M].北京： 中國電力出版社，1998.

[3] 史國生.電氣控制與可編程控制器技術(shù) [M].北京： 化學(xué)工業(yè)出版社，2003.