淺談西門子S7-300PLC在副井提升機上的應用

董镕璇姜海濱張敏生

（1.江西省豐城市豐龍礦業(yè)有限責任公司，江西 豐城 331100；2.江西省建新煤礦，江西 豐城 331100）

1 概述

提升機在礦井生產(chǎn)中素有咽喉設備之稱，提升機對于礦井的安全生產(chǎn)有著至關(guān)重要的作用。提升機電力傳動系統(tǒng)復雜，控制系統(tǒng)要實現(xiàn)的控制功能較多，因此對于提升機的控制系統(tǒng)的設計，需要能夠滿足提升機頻繁制動和不同工作狀態(tài)相互轉(zhuǎn)換的功能需求。針對提升機如此復雜的控制要求，傳統(tǒng)的電氣控制難以實現(xiàn)，因此，必須借助于PLC自動控制實現(xiàn)。本論文主要結(jié)合西門子S7-300在副井提升機自動控制系統(tǒng)上的應用，對提升機自動控制系統(tǒng)進行詳細的分析設計研究，以期從中能夠找到合理可靠的提升機控制系統(tǒng)設計應用方法，并以此和廣大同行分享。

2 礦井提升機控制系統(tǒng)應用現(xiàn)狀分析

(1)我國提升機控制技術(shù)應用現(xiàn)狀

我國礦井提升機一直承擔著井下與地面之間輸送人員或者貨物的重任，因此一直素有礦井咽喉設備之稱。我國礦井提升機控制技術(shù)相較于國外處于落后階段，國外已經(jīng)發(fā)展到智能實時監(jiān)控提升機并實現(xiàn)故障智能診斷技術(shù)，而目前我國提升機控制系統(tǒng)的技術(shù)，還普遍停留在原始的電氣控制階段，對于數(shù)字化控制技術(shù)、計算機智能控制技術(shù)目前還處于研究探索階段。縱觀我國的提升機電控系統(tǒng)控制技術(shù)的應用，發(fā)展緩慢，多數(shù)是借鑒或者仿制國外的電控系統(tǒng)，并且電控系統(tǒng)在實際應用中也存在一定的問題。

(2)我國提升機控制系統(tǒng)應用中存在的問題

①我國提升機電控系統(tǒng)沒有專業(yè)的生產(chǎn)廠家。這是我國目前提升機控制系統(tǒng)和控制技術(shù)發(fā)展的最大瓶頸。我國的提升機電控系統(tǒng)，要么直接從國外公司進口，這樣成本十分高昂，且后期設備維護維修十分不便；國內(nèi)現(xiàn)有的提升機電控系統(tǒng)均是高校科研院所自發(fā)研制的電控系統(tǒng)，多數(shù)并不具備通用性。②我國提升機電控技術(shù)落后。目前僅僅在一些大型煤礦上的先進提升機才采用了計算機、PLC或者數(shù)字控制技術(shù)，傳統(tǒng)的提升機電控系統(tǒng)都是采用電氣化控制系統(tǒng)，繼電器、接觸器控制廣泛使用，導致能耗過高，控制不可靠，嚴重制約了我國提升機電控系統(tǒng)的發(fā)展應用。③我國提升機控制系統(tǒng)安全性和可靠性較差。目前我國礦井提升機僅僅在上下井口端采用切除電阻的方法實現(xiàn)提升機運行速度的制動，制動能耗過高，造成提升機電控系統(tǒng)負荷太大，由此導致我國提升機控制系統(tǒng)安全性和可靠性較差。對于提升機運行過程中的關(guān)鍵工作參數(shù)、狀態(tài)參數(shù)及運行參數(shù)根本沒有實現(xiàn)實時監(jiān)控，經(jīng)常發(fā)生過卷或者超速等安全事故。鑒于以上問題，我國必須要大力發(fā)展提升機在運行過程中的電控系統(tǒng)的自動化、智能化控制，逐步形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的提升機電控系統(tǒng)。

3 西門子S7-300在副井提升機上的應用分析

3.1 基于PLC的控制系統(tǒng)設計。利用西門子S7-300構(gòu)建提升機電控系統(tǒng)，根據(jù)提升機的工作模塊，將PLC電控以網(wǎng)絡化模式進行布控，分為主控PLC、監(jiān)控PLC和信號PLC三個主從式控制PLC，其具體結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。

圖1 基于PLC的副井提升機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理

如圖1所示，信號PLC作為整個電控系統(tǒng)的信號管理站，負責對提升機工作過程中的狀態(tài)參數(shù)、環(huán)境參數(shù)及其必要參數(shù)做信號管理，統(tǒng)一發(fā)送至控制主站；監(jiān)控PLC主要對提升機的關(guān)鍵控制參數(shù)，如井深、進口提升速度等指標進行實時監(jiān)控，并受主控PLC統(tǒng)一調(diào)度管理；主控PLC一方面實現(xiàn)對監(jiān)控PLC和信號PLC的控制管理，并對由監(jiān)控PLC和信號PLC發(fā)送過來的數(shù)據(jù)信號進行整合管理，并發(fā)送至上位機進行集中管理、顯示、數(shù)據(jù)存儲等功能，以提高提升機工作過程的管理效率；另一方面主控PLC通過交流變頻調(diào)速裝置實現(xiàn)對同步電機的控制，進而實現(xiàn)提升機速度的電氣化控制，同時將提升機的工作參數(shù)再反饋回信號PLC和監(jiān)控PLC，從而實現(xiàn)了PLC網(wǎng)絡控制系統(tǒng)對提升機的閉環(huán)控制。

3.2 基于PLC實現(xiàn)的提升機速度控制應用

提升機控制系統(tǒng)最為關(guān)鍵、也是最難實現(xiàn)的技術(shù)要點，就是對提升機運行速度的控制。借助于西門子S7-300的PLC，能夠很方便的實現(xiàn)對提升機速度的控制。

基于PLC實現(xiàn)的提升機運行速度的具體控制方案設計如下：（1）在井口與井底分別放置接近傳感器，一旦提升機到達接近傳感器，即可認定提升機即將到達井口或者井底，從而進入預定的制動階段。（2）利用光電傳感器和深度指示器配合使用，實時監(jiān)控提升機當前所處巷道中的位置，并將位置轉(zhuǎn)化為數(shù)字量傳送至監(jiān)控PLC，利用監(jiān)控PLC與主控PLC的通信實現(xiàn)對提升機位置的實時監(jiān)控。（3）一旦提升機觸發(fā)接近傳感器，由主控PLC發(fā)出調(diào)速指令給交流變頻調(diào)速裝置，由交流變頻調(diào)速裝置實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，進而實現(xiàn)對提升機運行速度的調(diào)節(jié)與控制。（4）主控PLC利用監(jiān)控PLC監(jiān)測到的提升機當前運行速度與深度指示器的位置信號進行交叉運算，得出調(diào)速幅度，并將調(diào)速幅度指令傳輸給交流變頻調(diào)速裝置，從而實現(xiàn)無極調(diào)速；另一方面，監(jiān)控PLC通過實時監(jiān)測提升機的運行速度并反饋回主控PLC，主控PLC根據(jù)反饋回來的運行速度和程序中的預設值進行對比，結(jié)合PID調(diào)節(jié)算法實現(xiàn)對提升機運行速度的閉環(huán)調(diào)節(jié)與控制。

結(jié)語。提升機作為礦井安全生產(chǎn)的樞紐設備，其安全性對于整個礦山生產(chǎn)的安全起著舉足輕重的作用。我國目前提升機電控系統(tǒng)理論研究較為深入，但是實際技術(shù)應用還有待進一步提高和挖掘。本論文結(jié)合西門子PLC對提升機控制系統(tǒng)進行了設計分析，對于提升機電控系統(tǒng)及其控制技術(shù)的應用研究，不論是在理論研究方面，還是在實際技術(shù)應用方面，都具有一定的指導意義。當然，關(guān)于提升機電控系統(tǒng)方面的更多技術(shù)，還有賴于廣大礦井科技工作人員的共同努力，才能夠最終實現(xiàn)我國提升機電控系統(tǒng)及其控制技術(shù)的提高應用。

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