機電氣控制系統的技術改造方案分析

文/張君 金燁建設有限公司 廣東廣州 510000

董明 贛州城市開發投資集團有限責任公司 江西贛州 341000

機電氣控制系統的技術改造方案分析

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機電氣控制系統是保障工程機械設備的自動化系統平穩運行的重要系統。本文總結了傳統所使用的機電氣控制系統所存在的不足，機電氣控制系統技術水平差、系統故障率高、系統穩定性差，直接影響了工業生產效率，而采用貯備嵌入式微機設計技術、PLC技術、深度指示器改造、交變頻制動方式改造、安裝標準化電氣模塊、局域網技術、PWM整流控制技術等方式等改造方案，均能夠提高電氣自動化系統的系統控制能力，實現系統平穩安全運行。

電氣自動化；機電氣控制系統；技術改造

機電氣控制系統，是機械自動化系統中的保障體系，能夠確保機械平穩運行。目前，機電氣控制系統已經廣泛運用在煤礦提升機設備、啟閉機、大型裝卸設備中。這些設備的主要特點是：有固定的工作周期和循環；工作過程中，對可靠性和安全性的要求高，強調平穩和連續工作。在現代化和智能化工業生產的發展趨勢下，機械設備的運行也需要滿足數字化和自動化的要求。在這一過程中，機械設備需要在電氣系統中進行技術改造，安裝機電氣控制系統，保證設備的可靠運作和可控。本文首先介紹了當前機電氣控制系統存在的問題，并分析了當前使用廣泛的貯備嵌入式微機設計技術、PLC技術、深度指示器改造、交變頻制動方式改造、安裝標準化電氣模塊、局域網技術、PWM整流控制技術這七種常用的機電氣控制系統技術改造方案，以便于電氣控制人員進行合理的技術改造方案選擇。

一、機電氣控制系統存在的問題

目前，我國的大型機械設備安裝機電氣控制系統的比例較大，機械自動化程度和安全控制水平較高。雖然取得一定成果，但是仍然存在一些問題。

（一）機電氣控制系統技術水平差

現階段，我國的大型機械設備大部分都設置了機電氣控制系統來保證設備的安全平穩運行，但是現有的系統，往往技術含量較低、在操作過程中的局限性很大。目前，大部分都是采用80年代使用以繼電接觸控制系統為主自動控制和機械式指示器實施監控和保護，因此該系統的調控性能較差，監控能力的精確程度低。

（二）機電氣控制系統故障率高

機械設備一旦出現異常運行，很容易引發電氣故障。設備的任何部件所引發的電氣故障，都會影響到機電氣控制系統的運行，有可能制動介入故障和報警故障?！爸苿咏槿牍收稀钡闹饕丝刂葡到y發生鋼絲繩過卷事故、探測器斷軸事故、制動油路故障等等；而“報警故障”主要是在產生異常情況時，機電氣控制系統錯判或未判該故障，錯誤發出或沒有發出聲光報警，從而延遲和耽誤事故的處理。

（三）機電氣控制系統的穩定性差

在機械設備運行過程中，環境條件的變化、參數設置的變化、溫度和壓力等的變化、電源穩定性，都會導致機電氣控制系統無法適應環境的要求，需要進行不斷調試；開機、關機、復位、變速等操作[1]，都需要通過命令控制器來完成。這些操作難度大，系統穩定性差；同時，調控工作需要耗費大量的人力和技術，操作成本也較高，對維修技工人員的技術素質也要求比較高。

二、機電氣控制系統的技術改造

改造傳統的機械設備的電氣自動化系統，增設或更新其機電氣控制系統，有很多技術改造方案可以選擇。不同的方案，有不同的優勢條件，適用于不同的機械設備條件和技術要求。

（一）貯備嵌入式微機設計技術

貯備嵌入式微機系統是一種以應用為中心、以微處理器為基礎，它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統以及用戶的應用程序等四個部分。嵌入式微機硬件由一種集成電路芯片，是采用大規模集成電路技術把具有數據處理能力的中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統、定時器/計數器等功能（可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、A/D轉換器等電路）集成，構成的一個小而完善的微型系統；當微機收集到外圍硬件設備信息后通過系統軟件進行處理，指令輸出控制并監測輸出后完成的結果。這種貯備嵌入式微機多以模塊化單元到原本的電氣系統中，一般而言，嵌入式微機單元工控型尋址范圍大，運算能力強；具備了檢測功能。當某一個外圍電器元件運作異?；蛘呤У臅r候，可以利用這個貯備微機單元進行檢測出來信息，根據信息指示直接替代該失效單元，維修速度快；從而保障系統平穩運行，提高系統的可靠性[2]。

（二）PLC技術

PLC以微處理器為核心的數字運算操作的電子系統裝置，專為在工業現場應用而設計，它采用可編程序的存儲器，用以在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時/計數和算術運算等操作指令，并通過數字式或模擬式的輸入、輸出接口，通過程序命令來控制各種類型的機械或生產過程的邏輯操作[3]，例如：后備組件的保護，尤其是避免設備過載和過流；實現設備的自動減速、自動執行操作，對正在運行設備，實施狀態顯示與分析，達到全過程控制；在系統異常運行時，自動進行語音播報各種故障，降低了人工誤報和不報的可能性；PLC系統的無觸點操作能夠實現安全操作、保護操作工人的人身安全等等。PLC是微機技術與傳統的繼電接觸控制技術相結合，它克服了繼電接觸控制系統中的機械觸點的接線復雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用了微處理器的優點，降低對現場電氣操作維修人員的技能要求。特別是PLC的程序編制，不需要專門的計算機編程語言知識，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學；調試與查錯也都很方便。

（三）深度指示器改造

傳統使用的是深度指示器，體積大、笨重，在運作過程中的誤差大、靈敏度低。目前的改造技術是將原本的機械式深度指示器，改造成數字式指示器或電子式指示器，來完成監控工作。其中，電子式的指示器不僅能夠顯示設備運行的狀態數據，還能夠將數據繪制成實時狀態運行圖，使得監控工作被高度可視化，提高監控效果。

（四）交變頻制動方式改造

交變頻制動，主要是利用電力半導體元件的通斷功能，將被調頻的電能傳送到電動機上，實現速度的調控。目前主要使用的變頻器是“交流-直流-交流”結構，它適用于結構簡單的電路，有效降低了電路中各種電子元件的使用消耗，拉長了設備元件更換的時長，增加了機械設備穩定運行的時間間隔。

（五）其他技術

除了貯備嵌入式微機設計技術、PLC技術、深度指示器改造、交變頻制動方式改造之外，還可以在原有系統的基礎之上，通過添加新組件（安裝插件或實施新的控制技術）的方式，對原系統進行改造，這樣可以有效降低技術改造的成本、操作難度較小。例如：（1）在系統中安裝標準化電氣模塊，局部更新某些核心元件，在改造過程中，要注意元件之間的兼容度和通訊能力；（2）采用局域網技術，通過搭建整個系統之內的局域網進行通訊，借助信息共享，上級機位可以對下級機位進行監控；（3）采用PWM整流控制技術[4]，對變頻器的前端輸入進行控制，降低整個系統中的諧波干擾，提高抗干擾能力，保證安全運行，同時有利于在故障時，快速準確找到故障點，快速進行調試和維修。

結語:

機械設備的穩定運行，直接決定著該設備所服務的生產過程的生產效率和生產安全。在電氣設備的自動化系統中，進行機電氣自動控制系統改進，能夠提高自動化程度、降低事故發生率，使得系統安全可靠、便于控制、維修和調制，提高機械設備的工作效率。筆者認為，貯備嵌入式微機設計技術、PLC技術、深度指示器改造、交變頻制動方式改造、安裝標準化電氣模塊、局域網技術、PWM整流控制技術等方式都是機電氣自動控制系統進行控制改造的重要技術，能夠適用于不同控制要求、不同預算約束、不同可靠性要求的電氣自動化系統。

[1]陳德航.煤礦提升機電氣控制系統的技術改造[J].煤炭技術,2013,07:56-58.

[2]李金利.單片機原理與應用技術. 北京高等教育出版社，2004.11.

[3]盧俊. 閘門啟閉機電氣控制系統實施PLC改造方案分析[J].中國高新技術企業,2015,13:27-28.

[4]韓家寧.秦皇島港斗輪式取料機電氣系統改造[D].燕山大學,2012.

[5]許登科.基于PLC礦井提升機電氣控制系統改造分析[J].低碳世界,2016,17:71-72.