基于PLC的現代礦井提升機控制系統的研究

王立科

摘 要：PLC作為一種新型的自動控制裝置，廣泛應用于各控制領域。該文基于PLC作為控制核心，介紹了現代礦井提升機控制系統的基本工作原理。

關鍵詞：PLC ?礦井提升 ?研究

中圖分類號：TD53 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）10（c）-0022-01

礦井提升機作為礦井運輸系統的主要形式之一，作為井上與井下的唯一輸送通道，承擔著人員、設備、物料、矸石和煤炭等的運輸任務。礦井提升機的控制系統基本要求主要體現在：要求平滑調速且精度高、滿足四象限運行、具有行程和速度監控功能、具備完善的故障監視裝置、設置可靠地制動裝置等幾個方面。傳統的礦井提升機調速控制方式為有級調速、調速精度低、能耗大、范圍小、安全性差、維護量大且造成電能的大量浪費。PLC作為一種新型的的自動控制裝置，將PLC技術應用于現代礦井提升機控制系統中，將提升控制、通信聯網、故障診斷、監視報警等功能復合到一個綜合控制系統中，可以有效解決以上問題。

1 礦井提升機控制系統的發展與現狀

直流傳動即對直流電動機的速度控制。直流電動機具有良好的調速特性、較寬的調速范圍和易于實現四象限運行等特點，非常適合在頻繁正反轉和需要調速的礦井提升機中應用。如瑞典、德國等國家大多采用直流提升機。

交流傳動即對交流電動機的速度進行控制。20世紀70年代西門子公司發明矢量控制的交—直—交變頻原理后，標志著交流電機來代替直流電機實現調速的技術時代已經到來。在交流變頻裝置中，大都采用微機控制，由于微機功能強、速度快、易于實現監視，具有現場診斷功能。如ABB公司、AEG公司和西門子公司等利用微機實現的變頻控制，都獲得了成功。

我國在20世紀50、60年代，控制系統一般采用交流傳動方式，這種控制方式技術簡單、投資少、運行維護容易，但調速性能差、提升能力差。70年代后期，我國煤炭系統從瑞典、德國、法國等國家引進了多臺晶閘管變流器供電的直流提升機。隨著電力電子技術的發展，特別是PLC技術、變頻器技術和計算機控制的出現，使得高性能交流提升機調速系統應運而生，而且交流提升機控制系統已成為當前礦井提升機控制的主要發展方向。

2 PLC技術在礦井提升機電控系統中的研究

該控制系統以兩臺FX3U系列PLC和一臺變頻器為控制核心，兩臺PLC一主一從，以通訊的方式交換數據，實現整個系統的控制和相關保護，變頻器安裝在變頻柜中，實現對主電動機的變頻調速和低頻制動，系統配置制動單元和制動電阻，實現變頻器四象限運行。系統采用編碼器定位和激光定位系統相結合的方式，用于測定系統的深度和與深度相關的控制功能。系統框圖如圖1所示。

（1）工作原理。

系統主電機采用三相異步電動機變頻調速方式，用變頻器改變定子電源頻率實現電動機的啟動和調速。系統的制動部分采用液壓站來實現，通過改變比例電磁閥的供電電流，來調節系統油壓的大小，進而控制盤型制動器的開合程度。制動系統具有二級制動功能，保證在井筒中間提升機出現故障時采用二級制動的方式停車;在提升機到達井口附近出現故障時，為了保證事故不會繼續擴大，安全回路的任何故障，制動系統都會取消二級制動，實現緊急制動。

（2）系統設計。

提升機控制系統由電動機PLC控制回路、手動可調閘回路、液壓站控制回路、信號指示回路、故障開車回路和安全保護回路等環節組成，系統為手動、半自動和自動操作。

①操作控制系統主要完成邏輯與模擬操作控制任務。采用一臺PLC，其主要功能是執行操作程序。來自系統各部分的邏輯信號直接引入到PLC的輸入端，模擬信號經A/D轉換后引入到PLC的輸入端，通過軟件分析處理后，PLC通過輸出端將控制信號傳輸到相應的執行機構實現控制。

②行程監控部分由編碼器檢測系統和激光檢測系統構成，系統將提升速度和行程位置轉換成脈沖信號送入PLC，經PLC中的軟件計算處理后給出提升容器在井筒中的速度和實際位置，送到操作臺監視器顯示。

③安全保護系統有硬件安全回路和軟件安全回路，兩者之間相互冗余與閉鎖，一條斷開時，另外一條同時斷開。硬件安全回路通過硬件電路實現，當出現硬件故障時，無論PLC是否工作，其安全回路馬上斷開實現保護。軟件安全回路在PLC軟件中設計，與硬件安全回路相同并同時動作實現對系統的保護。

（3）現代故障診斷技術。

現代故障診斷技術以礦井提升機為研究對象，實現對提升機的運行狀態進行在線監測，判斷提升機是否出現運行質量下降或存在故障隱患。提醒工作人員進行預測性設備維護、維修，將故障排除在萌芽狀態，避免人員傷亡和巨大經濟損失，為礦井生產提供安全保障。

3 結論

綜上所述，基于PLC的現代礦井提升機控制系統克服了傳統控制系統系統的缺點和不足，將PLC技術、變頻器技術及故障診斷技術與現有電控系統相結合，滿足提升機智能化控制的要求。

參考文獻

[1] 蔣衛良.高可靠性帶式輸送、提升及控制[M].徐州：中國礦業大學出版社，2007.

[2] 周夢然.激光技術在煤礦絞車提升安全檢測中的應用[M].合肥：合肥工業大學出版社，2007.

[3] 王新.變頻調速系統的故障診斷與健康診斷[M].北京：煤炭工業出版社，2009.

摘 要：PLC作為一種新型的自動控制裝置，廣泛應用于各控制領域。該文基于PLC作為控制核心，介紹了現代礦井提升機控制系統的基本工作原理。

關鍵詞：PLC ?礦井提升 ?研究

中圖分類號：TD53 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）10（c）-0022-01

礦井提升機作為礦井運輸系統的主要形式之一，作為井上與井下的唯一輸送通道，承擔著人員、設備、物料、矸石和煤炭等的運輸任務。礦井提升機的控制系統基本要求主要體現在：要求平滑調速且精度高、滿足四象限運行、具有行程和速度監控功能、具備完善的故障監視裝置、設置可靠地制動裝置等幾個方面。傳統的礦井提升機調速控制方式為有級調速、調速精度低、能耗大、范圍小、安全性差、維護量大且造成電能的大量浪費。PLC作為一種新型的的自動控制裝置，將PLC技術應用于現代礦井提升機控制系統中，將提升控制、通信聯網、故障診斷、監視報警等功能復合到一個綜合控制系統中，可以有效解決以上問題。

1 礦井提升機控制系統的發展與現狀

直流傳動即對直流電動機的速度控制。直流電動機具有良好的調速特性、較寬的調速范圍和易于實現四象限運行等特點，非常適合在頻繁正反轉和需要調速的礦井提升機中應用。如瑞典、德國等國家大多采用直流提升機。

交流傳動即對交流電動機的速度進行控制。20世紀70年代西門子公司發明矢量控制的交—直—交變頻原理后，標志著交流電機來代替直流電機實現調速的技術時代已經到來。在交流變頻裝置中，大都采用微機控制，由于微機功能強、速度快、易于實現監視，具有現場診斷功能。如ABB公司、AEG公司和西門子公司等利用微機實現的變頻控制，都獲得了成功。

我國在20世紀50、60年代，控制系統一般采用交流傳動方式，這種控制方式技術簡單、投資少、運行維護容易，但調速性能差、提升能力差。70年代后期，我國煤炭系統從瑞典、德國、法國等國家引進了多臺晶閘管變流器供電的直流提升機。隨著電力電子技術的發展，特別是PLC技術、變頻器技術和計算機控制的出現，使得高性能交流提升機調速系統應運而生，而且交流提升機控制系統已成為當前礦井提升機控制的主要發展方向。

2 PLC技術在礦井提升機電控系統中的研究

該控制系統以兩臺FX3U系列PLC和一臺變頻器為控制核心，兩臺PLC一主一從，以通訊的方式交換數據，實現整個系統的控制和相關保護，變頻器安裝在變頻柜中，實現對主電動機的變頻調速和低頻制動，系統配置制動單元和制動電阻，實現變頻器四象限運行。系統采用編碼器定位和激光定位系統相結合的方式，用于測定系統的深度和與深度相關的控制功能。系統框圖如圖1所示。

（1）工作原理。

系統主電機采用三相異步電動機變頻調速方式，用變頻器改變定子電源頻率實現電動機的啟動和調速。系統的制動部分采用液壓站來實現，通過改變比例電磁閥的供電電流，來調節系統油壓的大小，進而控制盤型制動器的開合程度。制動系統具有二級制動功能，保證在井筒中間提升機出現故障時采用二級制動的方式停車;在提升機到達井口附近出現故障時，為了保證事故不會繼續擴大，安全回路的任何故障，制動系統都會取消二級制動，實現緊急制動。

（2）系統設計。

提升機控制系統由電動機PLC控制回路、手動可調閘回路、液壓站控制回路、信號指示回路、故障開車回路和安全保護回路等環節組成，系統為手動、半自動和自動操作。

①操作控制系統主要完成邏輯與模擬操作控制任務。采用一臺PLC，其主要功能是執行操作程序。來自系統各部分的邏輯信號直接引入到PLC的輸入端，模擬信號經A/D轉換后引入到PLC的輸入端，通過軟件分析處理后，PLC通過輸出端將控制信號傳輸到相應的執行機構實現控制。

②行程監控部分由編碼器檢測系統和激光檢測系統構成，系統將提升速度和行程位置轉換成脈沖信號送入PLC，經PLC中的軟件計算處理后給出提升容器在井筒中的速度和實際位置，送到操作臺監視器顯示。

③安全保護系統有硬件安全回路和軟件安全回路，兩者之間相互冗余與閉鎖，一條斷開時，另外一條同時斷開。硬件安全回路通過硬件電路實現，當出現硬件故障時，無論PLC是否工作，其安全回路馬上斷開實現保護。軟件安全回路在PLC軟件中設計，與硬件安全回路相同并同時動作實現對系統的保護。

（3）現代故障診斷技術。

現代故障診斷技術以礦井提升機為研究對象，實現對提升機的運行狀態進行在線監測，判斷提升機是否出現運行質量下降或存在故障隱患。提醒工作人員進行預測性設備維護、維修，將故障排除在萌芽狀態，避免人員傷亡和巨大經濟損失，為礦井生產提供安全保障。

3 結論

綜上所述，基于PLC的現代礦井提升機控制系統克服了傳統控制系統系統的缺點和不足，將PLC技術、變頻器技術及故障診斷技術與現有電控系統相結合，滿足提升機智能化控制的要求。

參考文獻

[1] 蔣衛良.高可靠性帶式輸送、提升及控制[M].徐州：中國礦業大學出版社，2007.

[2] 周夢然.激光技術在煤礦絞車提升安全檢測中的應用[M].合肥：合肥工業大學出版社，2007.

[3] 王新.變頻調速系統的故障診斷與健康診斷[M].北京：煤炭工業出版社，2009.

摘 要：PLC作為一種新型的自動控制裝置，廣泛應用于各控制領域。該文基于PLC作為控制核心，介紹了現代礦井提升機控制系統的基本工作原理。

關鍵詞：PLC ?礦井提升 ?研究

中圖分類號：TD53 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）10（c）-0022-01

礦井提升機作為礦井運輸系統的主要形式之一，作為井上與井下的唯一輸送通道，承擔著人員、設備、物料、矸石和煤炭等的運輸任務。礦井提升機的控制系統基本要求主要體現在：要求平滑調速且精度高、滿足四象限運行、具有行程和速度監控功能、具備完善的故障監視裝置、設置可靠地制動裝置等幾個方面。傳統的礦井提升機調速控制方式為有級調速、調速精度低、能耗大、范圍小、安全性差、維護量大且造成電能的大量浪費。PLC作為一種新型的的自動控制裝置，將PLC技術應用于現代礦井提升機控制系統中，將提升控制、通信聯網、故障診斷、監視報警等功能復合到一個綜合控制系統中，可以有效解決以上問題。

1 礦井提升機控制系統的發展與現狀

直流傳動即對直流電動機的速度控制。直流電動機具有良好的調速特性、較寬的調速范圍和易于實現四象限運行等特點，非常適合在頻繁正反轉和需要調速的礦井提升機中應用。如瑞典、德國等國家大多采用直流提升機。

交流傳動即對交流電動機的速度進行控制。20世紀70年代西門子公司發明矢量控制的交—直—交變頻原理后，標志著交流電機來代替直流電機實現調速的技術時代已經到來。在交流變頻裝置中，大都采用微機控制，由于微機功能強、速度快、易于實現監視，具有現場診斷功能。如ABB公司、AEG公司和西門子公司等利用微機實現的變頻控制，都獲得了成功。

我國在20世紀50、60年代，控制系統一般采用交流傳動方式，這種控制方式技術簡單、投資少、運行維護容易，但調速性能差、提升能力差。70年代后期，我國煤炭系統從瑞典、德國、法國等國家引進了多臺晶閘管變流器供電的直流提升機。隨著電力電子技術的發展，特別是PLC技術、變頻器技術和計算機控制的出現，使得高性能交流提升機調速系統應運而生，而且交流提升機控制系統已成為當前礦井提升機控制的主要發展方向。

2 PLC技術在礦井提升機電控系統中的研究

該控制系統以兩臺FX3U系列PLC和一臺變頻器為控制核心，兩臺PLC一主一從，以通訊的方式交換數據，實現整個系統的控制和相關保護，變頻器安裝在變頻柜中，實現對主電動機的變頻調速和低頻制動，系統配置制動單元和制動電阻，實現變頻器四象限運行。系統采用編碼器定位和激光定位系統相結合的方式，用于測定系統的深度和與深度相關的控制功能。系統框圖如圖1所示。

（1）工作原理。

系統主電機采用三相異步電動機變頻調速方式，用變頻器改變定子電源頻率實現電動機的啟動和調速。系統的制動部分采用液壓站來實現，通過改變比例電磁閥的供電電流，來調節系統油壓的大小，進而控制盤型制動器的開合程度。制動系統具有二級制動功能，保證在井筒中間提升機出現故障時采用二級制動的方式停車;在提升機到達井口附近出現故障時，為了保證事故不會繼續擴大，安全回路的任何故障，制動系統都會取消二級制動，實現緊急制動。

（2）系統設計。

提升機控制系統由電動機PLC控制回路、手動可調閘回路、液壓站控制回路、信號指示回路、故障開車回路和安全保護回路等環節組成，系統為手動、半自動和自動操作。

①操作控制系統主要完成邏輯與模擬操作控制任務。采用一臺PLC，其主要功能是執行操作程序。來自系統各部分的邏輯信號直接引入到PLC的輸入端，模擬信號經A/D轉換后引入到PLC的輸入端，通過軟件分析處理后，PLC通過輸出端將控制信號傳輸到相應的執行機構實現控制。

②行程監控部分由編碼器檢測系統和激光檢測系統構成，系統將提升速度和行程位置轉換成脈沖信號送入PLC，經PLC中的軟件計算處理后給出提升容器在井筒中的速度和實際位置，送到操作臺監視器顯示。

③安全保護系統有硬件安全回路和軟件安全回路，兩者之間相互冗余與閉鎖，一條斷開時，另外一條同時斷開。硬件安全回路通過硬件電路實現，當出現硬件故障時，無論PLC是否工作，其安全回路馬上斷開實現保護。軟件安全回路在PLC軟件中設計，與硬件安全回路相同并同時動作實現對系統的保護。

（3）現代故障診斷技術。

現代故障診斷技術以礦井提升機為研究對象，實現對提升機的運行狀態進行在線監測，判斷提升機是否出現運行質量下降或存在故障隱患。提醒工作人員進行預測性設備維護、維修，將故障排除在萌芽狀態，避免人員傷亡和巨大經濟損失，為礦井生產提供安全保障。

3 結論

綜上所述，基于PLC的現代礦井提升機控制系統克服了傳統控制系統系統的缺點和不足，將PLC技術、變頻器技術及故障診斷技術與現有電控系統相結合，滿足提升機智能化控制的要求。

參考文獻

[1] 蔣衛良.高可靠性帶式輸送、提升及控制[M].徐州：中國礦業大學出版社，2007.

[2] 周夢然.激光技術在煤礦絞車提升安全檢測中的應用[M].合肥：合肥工業大學出版社，2007.

[3] 王新.變頻調速系統的故障診斷與健康診斷[M].北京：煤炭工業出版社，2009.