基于P L C的礦井提升機電控系統(tǒng)分析

王建慶

（開灤股份呂家坨礦業(yè)分公司，河北 唐山 063106）

我國煤礦企業(yè)采用的傳統(tǒng)交流提升機電控系統(tǒng)主要由測速發(fā)電機、空氣接觸器、繼電器邏輯電路等組成，這種電控系統(tǒng)的接電線路復雜、電氣節(jié)點較多，導致該提升機電控系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性較差，易發(fā)生安全故障。基于PLC的礦井提升機電控系統(tǒng)有效克服了傳統(tǒng)交流提升機電控系統(tǒng)存在的問題，有效改善煤礦提升機電控系統(tǒng)的運行性能，對于提高煤礦企業(yè)的生產(chǎn)力有著重要的現(xiàn)實意義。

1 可編程邏輯控制PLC概述

可編程邏輯控制器PLC是一種重要的控制計算機，其可實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、過程控制、邏輯控制等綜合控制，被廣泛的應用在工業(yè)生產(chǎn)運營中。PLC主要由擴展接口、通信接口、輸出單元、輸入單元、存儲器、中央處理器CPU等組成[1]，通信接口主要用于上位計算機和PLC編程器的數(shù)據(jù)通信，輸出單元和輸入單元是連接CPU和輸入/輸出設備的接口電路，CPU是整個PLC控制系統(tǒng)的核心。PLC具有較強的抗干擾性和應用性，可靠性和安全性較高，并且可編程邏輯控制器功能完善，編程簡單、直觀，在邏輯控制方面具有明顯的應用優(yōu)勢。

2 基于PLC的礦井提升機電控系統(tǒng)

2.1 PLC軟件程序設計

PLC軟件程序設計要結(jié)合礦井提升機電控系統(tǒng)功能編寫相應的程序代碼，其功能過程主要包括提升機的停車、爬行、減速、等速、加速、啟動；根據(jù)礦井生產(chǎn)運營情況選擇合適的操作方式，控制提升機的運行狀態(tài)；根據(jù)礦井采煤需求，控制提升機設備的速度；提升機的正反轉(zhuǎn)。在礦井提升機運行過程中，PLC運行故障檢測和狀況檢測系統(tǒng)，要根據(jù)軟件程序指令完成以下功能：根據(jù)提升機運行故障類型，有針對性地采取相應措施；檢查提升機內(nèi)部裝置是否運行正常，判斷故障位置；監(jiān)測提升機運行情況等。PLC作為礦井提升機電控系統(tǒng)的控制核心進行邏輯控制，控制功能較多、靈活性和擴展功能較強，可有效提高提升機運行控制可靠性，并且PLC輸入輸出模塊設有光電隔離，這種過載保護和抗干擾措施采用靈敏的自診斷機制，便于校正提升機運行參數(shù)，實現(xiàn)對礦井提升機的柔性控制。

2.2 硬件結(jié)構(gòu)設計

礦井提升機主要由操縱臺、潤滑系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、深度指示器、制動裝置、主軸裝置、減速器和電動機等組成。提升機設備的運行狀態(tài)對于工作人員的人身安全和礦井正常生產(chǎn)有著直接的影響。因此應根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》，合理配置基于PLC的礦井提升機電控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，設計安全保護裝置、PLC主控單元、提升機速度控制模塊、監(jiān)測模塊和信號采集模塊，通過電控系統(tǒng)全面、實時的監(jiān)控提升機的運行操作狀態(tài)，確保礦井提升機的安全、穩(wěn)定運行。

2.3 基于PLC的控制過程

本文采用西門子314C-2DP型可編程邏輯控制器和主機作為礦井提升機電控系統(tǒng)的核心控制單元，該PLC內(nèi)存為96K，采用16路的輸出和輸入數(shù)字量以及2個32點的輸出和輸入容量的擴展模塊[3]，可滿足礦井生產(chǎn)運營對提升機的控制要求，主控單元是基于PLC的礦井提升機電控系統(tǒng)的核心，通過PLC控制系統(tǒng)的輸入模塊接收傳感器的檢測信號或者采集外部控制開關(guān)信號，由CPU模塊進行邏輯運算處理，由輸出模塊輸出模擬量信號開關(guān)指令，控制相應的安全保護模塊、制動回路、高壓換向器、速度控制模塊等設備做出相應的動作，實現(xiàn)提升機的停車、制動、爬行、減速、等速、加速等運行過程。

2.3.1 基于PLC的故障檢測控制

在礦井提升機運行過程中，基于PLC的電控系統(tǒng)實時監(jiān)控提升機的運行參數(shù)，提升機一旦發(fā)生運行故障，PLC安全保護模塊會立刻進行緊急控制或發(fā)出報警信號，工作人員可及時采取相應的安全防護措施，確保礦井提升機安全、穩(wěn)定的運行，消除礦井生產(chǎn)安全隱患，保障工作人員的人身安全。

2.3.2 基于PLC的提升機速度自動控制

提升機主電機運行速度和電控系統(tǒng)測速電機輸出電壓成正比關(guān)系，利用PLC電控測速電機輸出電壓信號，實現(xiàn)對提升機運行速度的控制。結(jié)合光電編碼器采集提升機脈沖反饋信號，準確計算提升機設備實時的運行速度，通過PLC單元自動控制提升機關(guān)鍵速度點，PLC電控系統(tǒng)深度指示器根據(jù)提升機的運行速度，當提升機即將達到終點停車位置時，限速裝置在減速階段可逐漸降低提升機運行速度，最大不超過2m/s[3]。

2.3.3 基于PLC的行程位置控制

光電編碼器安裝在礦井提升機主軸上，經(jīng)過PLC系統(tǒng)的運算模塊快速計算提升機的運行參數(shù)、光電編碼器的相關(guān)操作信號脈沖信號，通過PLC高速計數(shù)自動轉(zhuǎn)換為提升機的位置信號，并且在提升機達到指定位置發(fā)出開關(guān)信號，光電編碼器的計數(shù)脈沖值會自動保存在PLC系統(tǒng)高速計數(shù)器中，由深度指示器顯示當前礦機提升機的運行位置，便于操作人員實時監(jiān)控提升機的運行狀態(tài)。同時，深度指示器和PLC軟件系統(tǒng)內(nèi)部包含過卷開關(guān)，當?shù)V井提升機出現(xiàn)過卷情況時，內(nèi)部的過卷開關(guān)會自動斷開電控系統(tǒng)的安全保護回路，實現(xiàn)礦井提升機的緊急制動。

2.3.4 基于PLC的制動回路控制

礦井提升機電控系統(tǒng)的制動回路一直處于斷開狀態(tài)，當制動回路各個觸點正常閉合時，對提升機執(zhí)行開啟命令。當?shù)V井下工作人員發(fā)出提升信號后，電控系統(tǒng)對提升機進行自檢，檢查提升機運行狀態(tài)是否滿足開車運行條件，一旦發(fā)生異常，立即發(fā)出安全報警提示，操作人員及時進行處理。如果提升機滿足運行條件，則制動回路閉合所有觸點，解除安全制動，礦井提升機按照PLC的設定程序自動運行，完成礦井提升過程。

2.3.5 基于PLC的監(jiān)視系統(tǒng)控制

基于PLC的監(jiān)視系統(tǒng)控制主要是實時監(jiān)控提升機運行過程中的終端設備，為了提高礦井提升機運行的安全性和可靠性，在礦井筒安裝電子開關(guān)裝置，實時監(jiān)測礦井提升機的運行速度和運行狀態(tài)，PLC監(jiān)視系統(tǒng)采用兩套的高可靠性和高安全性的電控系統(tǒng)，實現(xiàn)提升機停車位置、運行方向、運行狀態(tài)和行程速度的監(jiān)視。

3 結(jié)束語

基于PLC的礦井提升機電控系統(tǒng)具有明顯的應用優(yōu)勢，對于實現(xiàn)礦機提升機電控系統(tǒng)的數(shù)字化和自動化控制有著非常重要的現(xiàn)實意義。通過可編程邏輯控制器PLC對礦井提升機運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控，可有效提高礦井生產(chǎn)的經(jīng)濟效益，提升煤礦企業(yè)的現(xiàn)代化、自動化管理水平。因此在未來的發(fā)展中，應積極推動基于PLC的礦井提升機電控系統(tǒng)的應用和推廣，推動我國煤礦行業(yè)的快速發(fā)展。

［1］張繼強.基于模糊專家系統(tǒng)的礦井提升機電控系統(tǒng)的故障診斷[D].西安科技大學，2012.

［2］劉成全.礦井提升機電控系統(tǒng)升級的安全技術(shù)研究及應用[D].青島科技大學，2012.

［3］董镕璇，姜海濱，張敏生.淺談西門子S7-300PLC在副井提升機上的應用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2012，04:139.