多PLC變頻調速和低頻制動的礦井提升機控制系統設計

孫啟嘉

摘 要 傳統的TKD控制系統普遍存在控制效果差、節能效果差、操作繁瑣的缺點，而現有的PLC控制系統，也存在線路繁瑣、維修麻煩、制動效果差的缺點。針對現狀，提出一種新型的礦井提升機控制系統—多PLC變頻調速和低頻制動的礦井提升機控制系統。

【關鍵詞】TKD 變頻調速 低頻制動

隨著國家煤礦工業的發展，提升機作為煤礦企業的關鍵設備，是煤礦井下與地面世界聯系的重要通道，擔負煤炭、物料、工人等重要運輸責任。系統采用多PLC變頻調速和低頻制動結合的控制方式，在操作臺配置兩套S7-300 PLC，其中一套為主PLC控制，另一套為監控PLC，在變頻柜、低頻柜中各配置一套S7-300 PLC，增強了系統的穩定性。控制系統增加了低頻制動，實現提升機的平穩制動。

1 系統總體框架

礦井提升控制系統有操作臺（主PLC和監控PLC）、高壓開關柜、切換柜、變頻柜、低頻柜、變壓器、編碼器等組成。系統結構如圖1所示。

采用現場總線PROFIBUS-DP控制方式，有利于系統的維護。此外，監控PLC系統起到對系統的速度、深度、檔位等重要數據進行監控。

2 控制系統硬件設計及系統實現功能

高壓變頻調速系統采用ABB公司ACS2000系列變頻調速裝置，采用10KV電源供電，四象限運行，閉環控制功能，完成提升機的加速、勻速、減速運行的自動調節，具有過流、過壓、欠壓、過速、過載等保護功能。利用檔位編碼器高速計數功能，FM350-2高速計數模塊進行處理，經主PLC數據傳輸到從PLC，通過SM332模擬量輸出，實現無級調速。同時監控PLC裝置配有相同的編碼器裝置，實現編碼器的冗余控制。

低頻制動VACON變頻器，輸入660V低壓電源，保持頻率不變，根據PLC控制要求和給定的運行速度曲線，控制輸出電壓的大小，保證了提升機減速段的平穩制動和穩定爬行。

在變頻與低頻的切換過程中，加載切換柜，保證電氣互鎖和機械互鎖，避免變頻與低頻的同時工作。高壓柜采用VS1高壓斷路器，帶有微機保護等儀表，保證了電源的可靠性與穩定性。

控制系統保護及連鎖功能：

（1）過卷保護：深度指示器安裝有上過卷、下過卷行程開關，井口安全處、井底一定距離處裝有霍爾傳感器，罐籠超過安全線時，行程開關或者霍爾傳感器動作，安全回路動作，實現對提升機的保護，伴有聲光報警。

（2）松繩保護：提升機下放過程中，由于速度過快時，容易出現松繩等故障，伴有聲光報警。操作員應該及時減速或停車。

（3）過載保護：電機出現過載等故障而使電機電流過大時，變頻器啟動過載保護，斷開輸出，使安全回路動作，使得提升機免受損壞。

（4）液壓站保護：油壓過高、過低、濾油器堵塞、超溫時，操作臺相應指示燈點亮，提示操作員低速完成本次提升，到位時，故障消除后正常工作。

（5）提升機因發生故障在中途停車，而且提升容器位于減速段行程內時，排除故障后允許司機按原定方向開車，保持低速運行；若罐籠允許減速范圍內，重新打點開車。

（6）閘瓦磨損保護：閘瓦偏擺距離超過要求定值，操作臺指示燈報警，操作員低速完成本次提升，到位后，消除故障重新開車。

（7）深指失效：當深度指示器失效后，故障處理如有（6）所示。

（8）電源故障斷電時，由 PLC發出指令，控制液壓站，實行二級制動。

3 控制系統軟件設計

PLC 系統控制軟件由STEP7 V5.4完成，有主程序和控制子程序完成，集成了報警預處理功能模塊，保證提升機電氣控制系統的有效運行，完成提升機工作情況的巡檢和控制，圖2為礦井提升機控制系統主程序流程圖。

上位機監控系統軟件由組態王6.55完成，組態王對礦井提升機的電機參數（電流、電壓、溫度）、編碼器測量數據（深度、速度）、油壓數據（制動油壓、潤滑油壓）進行存儲與顯示。圖3為提升機監控系統主畫面。

4 結束語

本系統融合多PLC、變頻調速、低頻制動的控制方式，完成對提升機的精確控制。多PLC變頻調速和低頻制動控制系統在多家煤礦企業得到了實際應用，具有顯著的現實意義。

參考文獻

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[2]李天平，張偉，李猛，等.礦井提升機集中智能化控制系統的設計[J].工礦自動化，2010（8）：16-18.

[3]鄧小盾.基于西門子變頻PLC的礦井提升機控制系統[J].煤炭技術，2012（10）：34-35.

作者單位

岜山集團 山東省淄博市 255213