礦井提升機PLC電控系統技術改造淺析

商鐵軍

(凡口鉛鋅礦, 廣東韶關市 512325)

礦井提升機PLC電控系統技術改造淺析

商鐵軍

(凡口鉛鋅礦, 廣東韶關市 512325)

針對凡口鉛鋅礦新副井提升機電控系統出現的多種問題,對提升機電控系統進行PLC控制技術改造、可編程程序控制,并提出 PLC控制系統抗干擾問題的解決方法。自改造后設備運行良好,保證了提升機安全。

繼電器;PLC控制;改造;提升機

1 設備現狀

凡口鉛鋅礦新副井采用多繩摩擦式提升機,該提升機是該礦的重要生產設備,擔負著礦山一半以上人員和材料上下井的作業任務。新副井提升機電控系統于 1999年 6月投入使用,已經服務接近 12 a,電控系統老化殘舊,可靠性變低,期間出現多次影響提升機安全運行的多種問題,可維護性能差。且電控整體設計理念不夠成熟,關鍵的主要控制器MDD I(多功能數字多功能指示器)備件非標 (需特制)且缺乏,MDD I器件為某研究院自行研制,未對礦方進行技術交底及資料移交,出現問題時技術人員難以維護,直接影響了提升機的安全高效運行。歷年來驅動 6RA24裝置也多次出現功率單元 (可控硅及快熔)燒毀影響生產事件。6月份出現減速后速度降不下來的不安全現象,檢查為減速繼電器觸點不穩定給定值懸空造成,且并聯 SITOR柜部分控制電路板缺乏,備件購買不到。信號系統通訊的可靠性也差,經常出現問題,造成信號影響電控控制。液壓制動系統沿用了老式 TS151型液壓站,只有二級制動,在提升機高速跳閘制動時不利于機械設備系統,所造成沖擊力損傷鋼絲繩,同時對乘罐人員造成很大的沖擊,不利于人身安全。總之,電控核心控制部分存在著諸多不確定的因素,不利于設備安全可靠運行,嚴重影響提升機的正常運轉。

2 PLC電控系統的應用

2.1 PLC電控系統原理

根據現場實際情況及微機保護逐漸投入電力系統控制,用 PLC控制技術替代繼電器控制是確保提升機安全運行的有效途徑之一。選用 PLC控制模塊化結合 SIEMENS7-300系列可編程控制器,組態網 STEP7監控系統。用數字技術通過預先按照一定規則 (語言)制定的計算程序進行數值和邏輯運算,由硬件結構和軟件技術兩部分組成,PLC控制模塊作為硬件是實現繼電保護功能的基礎,STEP7軟件計算程序用于實現繼電保護原理。

PLC是以微處理器為核心,綜合了計算機技術、自動控制技術和通信技術而發展起來的一種新型、通用的自動控制裝置。其工作原理為:采用 2套PLC互為冗余的控制方式,2套同時運行,互為監測,同時采集數據進行比較。行程測量采用 3個光電編碼器輸出的數字脈沖與主電機的轉速成正比進行數據比較與行程監測,為速度閉環控制提供反饋量;安全回路多重冗余,關鍵保護均為雙線形式,功能齊全,可根據提升機不同的運行狀態改變相應電控系統的工作狀態,實現必要的電氣連鎖和保護功能,具有手動、檢修、平罐、對罐等控制功能,具有上位機人機畫面實時監測與數據采集、存儲功能、故障聲光報警功能等。

2.2 PLC控制設備與現場設備相兼容

電控系統分為 5個部分:直流調速系統、操作系統、上位監控系統、閘控系統、信號系統。各子系統之間通過 PROFI BUS-DP網絡和 MPI完成數據交換。調速系統為西門子公司原裝 6RA70全數字直流調速裝置,實現磁場恒定、電樞換向并聯 12脈動控制;操作系統為西門子公司 S7-300雙 PLC控制;監控系統為品牌電腦,含液晶顯示器,激光打印機,通訊網卡;閘控系統采用德國原裝進口西瑪格液壓站,用于對液壓盤形制動器進行調整、控制與監測;信號系統為西門子公司 ET200M遠程 I/O控制,光纖通訊。

該系統數控柜選用 2套相同配置的 S7-300系列 CPU,操作臺安裝 ET200模塊;信號 PLC及ET200M子站之間通過 OLM光纖通訊方式交換數據;主控系統可實現單 PLC運行,PLC損壞可實現低速故障開車;編碼器、測速機分別獨立接入主控、監控 PLC,實現對位置、速度和減速點控制的雙線保護;具有 3條安全保護回路,軟件兩路,硬件一路。關鍵環節采用軟、硬件多重保護,如過卷、等速過速、定點過速等。

在改造時,根據現場實際情況的要求,對原有信號系統保持不變,將井筒設備里面的減速開關、定點開關、同步開關接入提升數控柜,為提升機控制系統使用。設備安裝使用前對新設備進行了高壓耐壓試驗、繼電保護整定、絕緣遙測等電氣試驗,以保證設備使用安全。將所有控制設備安裝到位后,控制程序編制成形,監控系統人機畫面制作完成。

根據現場設備實際情況、PLC控制原理、各反饋信號脈沖反饋,調整 PLC程序符合現場使用要求,硬安全回路與軟安全回路動作可靠。程序的制作根據現場設備參數的不同,與實際相結合。人機畫面制作便于操作及運行狀況查詢。

3 PLC控制系統抗干擾問題的處理

隨著科學技術的發展,PLC在工業控制中的應用越來越廣泛。PLC控制系統的可靠性直接影響到工業企業的安全生產和經濟運行,系統的抗干擾能力是關系到整個系統可靠運行的關鍵。自動化系統中所使用的各種類型 PLC,有的是集中安裝在控制室,有的是安裝在生產現場和各電機設備上,大多處在強電路和強電設備所形成的惡劣電磁環境中。要提高 PLC控制系統可靠性,一方面要求 PLC生產廠家提高設備的抗干擾能力;另一方面,要求工程設計、安裝施工和使用維護中引起高度重視,多方配合才能完善解決問題,有效地增強系統的抗干擾性能。

該系統選用的 SIEMENS7-300系列可編程控制器抗干擾的能力很強,為了確保運行正常,在安裝PLC裝置時,首先考慮到干擾來源,例如來自電源的干擾、來自信號線引入的干擾、來自接地系統混亂時的干擾、來自系統外引線的干擾、來自 PLC系統內部的干擾等。針對可能出現的干擾,采取了一定的措施。

3.1 采用性能優良的電源

在 PLC控制系統中,電源占有極重要的地位。電網干擾串入 PLC控制系統主要通過 PLC系統的供電電源 (如 CPU電源、I/0電源等)、變送器供電電源和與 PLC系統具有直接電氣連接的儀表供電電源等耦合進入的。采用具有較強的干擾隔離性能、在線式不間斷供電電源 (UPS)供電,提高供電的安全可靠性。

3.2 電纜選擇的敷設

減少動力電纜輻射電磁干擾,不同類型的信號分別由不同電纜傳輸,信號電纜應按傳輸信號種類分層敷設,嚴禁用同一電纜的不同導線同時傳送動力電源和信號,避免信號線與動力電纜靠近平行敷設,以減少電磁干擾。電源線、二次控制線分開敷設,動力電源線進行屏蔽處理。

3.3 正確選擇接地點

接地目的通常是為了安全和抑制干擾。完善的接地系統是 PLC控制系統抗電磁干擾的重要措施之一。在安裝的過程中,為了避免干擾信號對 PLC運行的不穩定因素,采取方法如下:

(1)主控 PLC與監控 PLC分離安裝。采用雙套 PLC互為冗余的運行模式,主控 PLC 2套裝置安裝在數控柜內;監控 PLC安裝在操作臺內,與工控機連接實現對 S7可編程序控制器的編程、調試,以及完成對電控設備的監控功能。數控柜和操作臺,與低壓電源柜分開安裝,在柜體底部及柜體與柜體之間墊結緣板,柜體間用絕緣隔板進行分離,確保模塊的運行不受外部電磁干擾。

(2)采用獨立的接地裝置。主控 PLC、監控PLC以及信號系統 PLC控制柜柜體底座安裝與地面用絕緣層相隔,接地線或接地裝置與大地相接,對各 PLC柜制做獨立的接地裝置,埋于地下并加裝鐵板,測試接地電阻符合標準要求。

4 結 論

通過對電控系統的改造,繼電控制微型化,采用插件式結構,提高了繼電保護動作的可靠性;故障時有上位機及時監控顯示,便于維護及故障查詢;同時提髙了維護人員、操作司機的業務技術水平,能夠更加熟練掌握設備性能結構、工作原理。自改造后設備運行正常,保證了提升機運行安全。

[1] 廖常初.S7-300/400 PLC應用技術[M].北京:機械工業出版社,2008.

[2]劉倫富.電工電子技術基礎與應用[M].北京:機械工業出版社,2009.

[3] 曾海燕.基于西門子 PLC的結構化 PI D控制器設計與仿真[J].可編程控制器與工廠自動化,2011,(1).

[4] 吳志敏,陽勝峰.西門子 PLC與變頻器、觸摸屏綜合應用教程[M].北京:中國電力出版社,2009.

[5] 牛 健.基于 PLC控制的污水處理控制系統[J].自動化技術與應用,2010,(5).

[6] 宋樂鵬,柳 果.基于 PLC控制的加熱爐溫度控制系統[J].自動化技術與應用,2007,26(10):121-122.

2011-06-15)

商鐵軍 (1981-),男,遼寧阜新人,助理工程師,從事電氣自動化工作,Email:5054511@qq.com。