論機電一體化設計—ＰＬＣ提升機電控技術

李曉鑫

摘要：機電一體化顧名思義就是將機械技術與電子技術相結合。充分發揮各自的長處，彌補各項技術的不足。因為機械強度較高，輸出功率大，可以承受較大的載荷，但實現微小的運動比較困難，而在電子領域，利用傳感器和計算機可以實現復雜的檢測和控制，但只利用電子技術無法實現重載荷運動。將機械技術與電子技術相結合，是機械既能夠像動物那樣靈活動作，也能夠像人類那樣會思考判斷，也就是說利用電子技術是運動機械實現靈活化和智能化。

關鍵詞：PLC；礦井提升；機電一體化

中圖分類號：TE9

文獻標識碼：A

文章編號：1672-3198(2009)09-0304-02

當前，隨著計算機、電力電子技術及自動控制理論等的發展，機電一體化正在大踏步走進煤礦，其中礦井提升是機電一體化在煤炭行業最完美的結合之一。它是通過PLC這種先進的控制器轉化并充分實現在提升過程中提升要完成的啟動加速、等速、減速、及爬行等階段，其拖動力及速度將隨之變化，每個階段控制方式也不完全相同。

PLC即可編程邏輯控制器，它具有邏輯控制、模擬量閉環控制、數字量的智能控制、數據采集、監控、通信聯網及集散控制。如今PLC都配有A／D、D／A轉換及算術運算功能，有的還有PID功能，這些功能使PLC在模擬量閉環控制。運動控制、速度控制等方面具有了硬件基礎；許多PLC具有輸出和接收高速脈沖的功能，配合相應的傳感器及伺服設備，PLC可實現數字量的智能控制；PLC配合可編程序終端設備，可實時顯示采集到的現場數據及分析結果，為系統分析、研究工作提供依據，利用PLC自檢信號可以實現系統監控；PLC具有較強有力通信功能，可以與計算機或其他智能裝置進行通信機聯網，從而能方便地實現集散控制。PLC的應用通常可分為順序控制、運動控制、閉環過程控制、數據處理、通信聯網。它具有抗干擾能力強，可靠性高；控制系統結構簡單、通用性強、應用靈活；編程方便、易于使用；功能完善、擴展能力強；PLC控制系統設計、安裝、調試方便、維修方便、維修工作量小；結構緊湊、體積小、重量輕、易于實現機電一體化。

基于PLC技術的礦井交流提升機電控系統控制電路組成結構如圖所示，要由以下5部分組成：高壓主電路(包括高壓換向器、電動機、啟動柜、動力制動電源)、主控PLC電路、提升行程檢測與顯示電路、提升速度檢測、提升信號電路，其中高壓主電路部分仍采用傳統的繼電器控制電路。

工作過程：當井口或井底通過信號通信電路發出開車信號后，開車條件具備。司機將制動手柄向前推離緊閘位置。主電動機松閘。司機將主令控制器的操作手柄推向正向(或反向)極端位置，主控PLC通過程序控制高壓換向器首先得電，使高壓信號送入主電動機定子繞組，主電動機接人全部轉子電阻啟動，然后依次切除8段電阻，實現自動加速，最后運行在自然機械特性上。交流提升機運行時，旋轉編碼器跟隨主電動機轉動，輸出2列a／b相脈沖，分別接到主控PLC的高速計數器HSC0的a／b相脈沖輸入端，由主控PLC根據a／b脈沖的相位關系，自動確定HSC0的加、減計數方式。根據HSC0的計數值，就可以計算出提升行程并顯示。同時只根據旋轉編碼器輸出的a相脈沖，主控PLC進行加計數。根據HSC1在恒定間隔時間內的計數值，就可以計算出提升速度。

下面是PLC控制軟件主程序流程圖如圖所示。

(1)初始化子程序用于對高速計數器HSC0和HSC1進行以下操作：寫控制字、定義工作模式、清零、寫設定值、設置定時中斷、連接中斷、啟動計數。

(2)制動油泵、潤滑油泵、動力制動電源、五通閥電磁鐵、四通閥電磁鐵和安全閥電磁鐵等的控制屬于交流提升機安全運行所需輔助設備的控制。

(3)制動油過壓信號、制動油過熱信號和潤滑油過壓信號的顯示控制用于交流提升機工作狀態的顯示控制。

(4)調繩閉鎖回路是在調繩過程中起安全保護作用。雙卷簡提升機換水平調繩時，調繩轉換開關1hk－3斷開，使調繩連鎖環節串入安全回路。正常運行時，1hk－3接通，調繩連鎖不起作用。

(5)提升信號回路用于對交流提升電動機啟動或減速作好準備。

(6)位置測量子程序用于測量提升機在礦井中的位置。

(7)行程顯示子程序根據旋轉編碼器的脈沖個數來顯示當前的行程位置。

(8)減速信號回路和減速信號鈴用于減速控制并且發出鈴聲提示信號。

(9)自動換向工作回路和手動正反轉工作回路分別用于自動和手動方式下對交流提升電動機進行正反轉控制。

(10)安全回路用于防止和避免交流提升機發生意外事故。

(11)定時器控制回路和轉子電阻通斷控制用于交流提升電動機啟動或減速時的轉子電阻切換控制。

(12)動力制動回路用于動力制動電源的投入與切除控制。

(13)腳踏制動聯鎖和工作閘繼電器用于交流提升電動機制動控制。

下面簡述PLC在提升機運行過程中的重要環節(梯形圖略)；

(1)安全回路通過連鎖功能保證了提升機安全、可靠運行，當出現不正常工作狀態時PLC輸出斷電信號，安全回路運行指示燈熄滅，安全閩電磁鐵不得電，提升機進行安全制動。其中安全回路由主令控制器手柄零位連鎖觸電、工作閘制動手柄連鎖觸點、測速回路斷線監視繼電器KV的動合觸點、過速保護繼電器動合觸點、常速保護繼電器動合觸點、高壓油過壓輔助動合觸點、制動油過壓輸出動斷觸點、過卷開關松繩保護開關、閘瓦磨損保護開關、調繩開關調繩閉鎖賄賂觸電等觸電、元件完成安全保護。

(2)控制回路工作過程。

開車前的準備條件：將制動手柄至全抱閘位置(通電)，主令控制器處于中間位置(接通)，個轉換開關板至所需位置；主回路和輔助回路送電；啟動油泵；如果安全回路正常，安全回路指示燈亮，解除安全制動。

提升機啟動加速：當井口發來開車信號，將制動手柄至于松閘位置，電機啟動并完成8級啟動運行。

(3)等速階段。

(4)正力減速階段。

(5)低速爬行階段。

(6)停車：當達到停車點時，換向開關被撞開，使工作閘繼電器斷電，自動實現工作制動，同時使提升機控制只能選擇反向運轉，實現自動換向，防止過卷。

這一偉大的革新，大大減少了過去繼電器一接觸器控制方式下大量硬件接線而帶來的諸多麻煩，進一步提高提升機的安全性和可靠性，控制系統的工藝性和靈活性加強，可以說真正完成了一次控制技術的飛躍，也為微機控制應用技術在礦井生產、安全運營風環節的應用普及奠定了必要的基礎。綜上所述，礦井提升機電控技術對油田和礦山后期開發具有使用和推廣的價值。

致謝：本文得到陜西能源職業技術學院丁侯娥同志的支持和幫助，在此表示感謝。