基于PLC的礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要：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，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：基于PLC；礦井提升機(jī)；控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

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，系統(tǒng)中間繼電器、電氣接點(diǎn)、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。基于plc技術(shù)的礦井交流提升機(jī)電控系統(tǒng)具有更多的優(yōu)勢。

1.總體設(shè)計(jì)方案

基于plc技術(shù)的礦井交流提升機(jī)電控系統(tǒng)控制電路組成結(jié)構(gòu)由以下5部分組成：高壓主電路（包括高壓換向器、電動機(jī)、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(tǒng)的繼電器控制電路。

2.工作過程

當(dāng)井口或井底通過信號通信電路發(fā)出開車信號后，開車條件具備。司機(jī)將制動手柄向前推離緊閘位置，主電動機(jī)松閘。司機(jī)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(jī)定子繞組，主電動機(jī)接入全部轉(zhuǎn)子電阻啟動，然后依次切除8段電阻，實(shí)現(xiàn)自動加速，最后運(yùn)行在自然機(jī)械特性上。交流提升機(jī)運(yùn)行時，旋轉(zhuǎn)編碼器跟隨主電動機(jī)轉(zhuǎn)動，輸出2列a/b相脈沖，分別接到主控plc的高速計(jì)數(shù)器hsc0的a/b相脈沖輸入端，由主控plc根據(jù)a/b脈沖的相位關(guān)系，自動確定hsc0的加、減計(jì)數(shù)方式。根據(jù)hsc0的計(jì)數(shù)值，就可以計(jì)算出提升行程并顯示。同時只根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的a相脈沖，主控plc進(jìn)行加計(jì)數(shù)。根據(jù)hsc1在恒定間隔時間內(nèi)的計(jì)數(shù)值，就可以計(jì)算出提升速度。

3.硬件設(shè)計(jì)

3.1.提升機(jī)主回路部分設(shè)計(jì)

主回路用于供給提升電動機(jī)電源，實(shí)現(xiàn)失壓、過流保護(hù)，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向和調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。主回路由高壓開關(guān)柜、高壓換向器的常開觸頭、動力制動接觸器的常開主觸頭、動力制動電源裝置、提升電動機(jī)、電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻、加速接觸器的常開主觸頭（1jc～8jc）和裝在司機(jī)操作臺上的指示電流表和電壓表等組成。

3.2.制動回路設(shè)計(jì)

礦井提升機(jī)大多數(shù)采用繞線式異步電動機(jī)來拖動，且多數(shù)場合下采用有級切換轉(zhuǎn)子回路電阻來實(shí)現(xiàn)調(diào)速。其制動系統(tǒng)多采用可控硅動力制動和可調(diào)閘制動系統(tǒng)。前者為電氣制動，后者為機(jī)械制動。提升機(jī)在減速段運(yùn)行中，當(dāng)速度在0～5%范圍內(nèi)，電氣制動起作用，可調(diào)閘不起作用；當(dāng)超速在5%～10%范圍內(nèi)，電氣制動限幅，并維持最大制動功率，同時可調(diào)閘起作用，總制動力矩增大；當(dāng)超速10%時，過速繼電器gsj1作用于安全回路，可調(diào)閘將提升機(jī)滾筒閘住。

晶閘管動力電源裝置主要有兩部分組成，一部分為主回路，另一部分為觸發(fā)回路。本文設(shè)計(jì)中采用kzg型三相可控硅動力制動系統(tǒng)。此系統(tǒng)為單閉環(huán)動力制動系統(tǒng)，系統(tǒng)速度偏差控制和腳踏控制是“或”的關(guān)系，哪個信號大，就允許哪個信號通過，亦即相應(yīng)的控制方式發(fā)揮作用。因此，單閉環(huán)控制時司機(jī)可以腳踏制動進(jìn)行控制，而在腳踏控制時，如提升機(jī)超速，閉環(huán)系統(tǒng)又可起監(jiān)視保護(hù)作用。

3.3.速度給定回路

速度給定方式就是按行程原則產(chǎn)生速度給定信號。在礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)中，通常是采用凸輪板給定方法，即由凸輪板控制自整角機(jī)的輸出電壓。由于自整角機(jī)沒有可滑動的觸點(diǎn)，因此電壓變化較平穩(wěn)，工作較可靠，維護(hù)量較小。自整角機(jī)作為給定裝置應(yīng)用時是將激磁繞組通以單相110伏交流電，在三相同步繞組中任取兩相的輸出作為給定電壓的輸出。其輸出電壓為交流，如需要直流則應(yīng)通過橋式整流輸出。

3.4.動力制動回路

晶閘管整流器及其觸發(fā)裝置成套地裝在電源柜中，動力制動電源裝置輸出電壓的大小與觸發(fā)裝置輸入的控制信號電壓的高低有關(guān)。控制信號電壓由兩個回路組成一個或門電路，如圖5所示。只要其中之一達(dá)到觸發(fā)要求時，即可使晶閘管觸發(fā)起制動作用。這兩個回路，一個是由實(shí)際速度與給定速度形成的速度偏差值，自動控制cf3磁放大器的輸出和動力制動輸出，另一條回路由司機(jī)控制自整角機(jī)cd2的輸出以實(shí)現(xiàn)人工調(diào)節(jié)。在人工控制動力制動系統(tǒng)時，由司機(jī)控制腳踏板帶動自整角機(jī)cd2發(fā)生控制電壓。調(diào)整時應(yīng)使其與磁放大器cf3的輸出相配合。當(dāng)腳跟剛剛踩下，腳尖尚未下踏時，相當(dāng)于控制開關(guān)閉和，使dzc得電吸合，晶閘管動力制動投入，但此時自整角機(jī)cd2輸出很小，動力制動電流最小。當(dāng)司機(jī)腳尖踏下后，自整角機(jī)cd2輸出最大。在腳踏動力制動與cf3輸出回路中，分別由z1和z2兩個二極管組成一個或門電路，此兩種控制信號成并聯(lián)關(guān)系，互不影響。

3.5.行程檢測與顯示

利用旋轉(zhuǎn)編碼器將提升機(jī)的運(yùn)行位置轉(zhuǎn)化為脈沖，plc對此脈沖進(jìn)行高速計(jì)數(shù)，通過相應(yīng)的計(jì)算自動生成提升機(jī)位置的相關(guān)數(shù)據(jù)，傳送到plc內(nèi)部高速計(jì)數(shù)器的存儲單元。為了提高計(jì)數(shù)器的脈沖精度，選用日本omron公司的e6c-cwsc型可逆旋轉(zhuǎn)編碼器，其脈沖準(zhǔn)確精度高，在低速時不會丟失脈沖。 用具有鎖存，譯碼，驅(qū)動功能的芯片cd4513驅(qū)動共陰極led七段顯示器，三只cd45 -13的數(shù)據(jù)輸入端a～d共用可編程控制器的4個輸出端，其中a為最低位，d為最高位。le是鎖存使能輸入端，在le信號的上升沿將數(shù)據(jù)輸入端輸入的bcd數(shù)鎖存在片內(nèi)的寄存器中，并將該數(shù)譯碼后顯示出來。如果輸入的不是十進(jìn)制數(shù)，顯示器熄滅。le為高電平時，顯示的數(shù)不受數(shù)據(jù)輸入信號的影響。顯然，n個顯示器占用的輸出點(diǎn)數(shù)為：4+n。

3.6.輔助回路設(shè)計(jì)

輔助回路是用于對輔助設(shè)備進(jìn)行供電和控制的。輔助回路的電源電壓為交流380v，兩回路供電。輔助回路所帶負(fù)荷有：晶閘管動力制動電源裝置、制動油泵電動機(jī)、潤滑油泵電動機(jī)等。

4.結(jié)語

采用plc實(shí)現(xiàn)提升機(jī)主要控制邏輯，增加控制功能，實(shí)現(xiàn)高效自動化生產(chǎn)。其關(guān)鍵是充分發(fā)揮plc的優(yōu)勢，利用其綜合測控機(jī)制，解決好測速、保護(hù)等問題，實(shí)現(xiàn)與原系統(tǒng)的良好銜接，提高系統(tǒng)的綜合性能，達(dá)到低投入高產(chǎn)出。從系統(tǒng)的應(yīng)用情況看仍存在一些需進(jìn)一步完善的問題如：網(wǎng)絡(luò)通信功能和先進(jìn)控制技術(shù)及策略如智能控制等，在現(xiàn)有plc技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行功能擴(kuò)充，將會進(jìn)一步提高我國礦井提升電控系統(tǒng)的現(xiàn)代化水平。

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