PLC與變頻技術在礦井提升機系統中的改進

陳良

摘 要

礦井提升機是礦山中一種非常重要的電氣設備，素有“礦山咽喉”之稱。茂名是全國的油城之一，在工業應用中也會應用到礦井提升機的控制設備，傳統的礦井提升機調速性能較差，對于礦井提升機在啟動、停車、邏輯控制等方面也存在一些弊端，已經不能適應現代礦井高產出、高效益的要求。PLC與變頻技術作為新型的工業技術在工控領域發揮著越來越重要的作用。高功能性和高效率的控制可以在礦井提升機的控制方面發揮出更好的優勢。本文就將從PLC和礦井提升機系統概述、控制系統的搭建和軟硬件系統等方面展開，對PLC與變頻器在礦井提升機系統進行研究與改進分析。

【關鍵詞】PLC 變頻器 智能化 高效率 穩定性 安全性

1 概述

1.1 礦井提升機系統的概述

礦井提升機系統是礦井挖掘中一個非常重要的電氣設備，它的工作正常與否直接關系著礦井的生產效率。礦井提升機系統主要作用是可以把采集到的有用的礦石、煤炭和石油等物品從礦井底部運輸到礦井的頂端。所以說，礦井提升機是開采礦井的“咽喉”。礦井提升機系統一旦出現故障，會直接的關系到礦井的正常生產，但是傳統的礦井提升機還存在一些隱患，嚴重時危及人的生命。在智能控制、高效生產和安全方面也有待提高，所以需要開發新的礦井提升機系統來實現這些要求。

1.2 PLC與變頻技術的概述

PLC與變頻技術是當前廣泛應用的一項工控自動化技術，首先，PLC的穩定性高是應用于工控自動化的原因。PLC內部自帶的光電耦合器隔離了外部的電路和內部的電路，可以很好的免去外部電路對于控制器部分的干擾問題。變頻技術則對它的多個速度和穩定性有較強的控制，避免了人為操作的時候出現的一些問題。因為都是智能化的控制系統，所以礦井提升機系統在設計和改進的過程中，取得了良好的應有效果。

2 系統的控制原理和整體構成

2.1 礦井提升機系統的主要組成部分和工作原理

礦井提升機系統是一個非常復雜的系統，它的主要組成部分包括：提升容器、提升鋼絲繩、動力部分的提升機（包括機械部分和拖動部分）、礦井提升機的井架等固定設備。除此以外，他還需要有一些輔助的系統，比如機械傳統、潤滑系統部分、觀測和控制系統以及制動系統。

傳統的纏繞式提升機設備是一種常用的設備，它由卷筒、鋼絲繩、天輪、提升容器和平衡尾繩等組成。其的工作原理是礦井提升機的動力拖動部分是安裝在地面的提升機房。提供牽引動力的鋼絲繩一頭固定在卷筒上，另一端繞過天輪（頂端的定滑輪）之后連接到提升容器的頂端。當滾筒在電力拖動部分拖動以后就會通過鋼絲繩帶動提升容器部分進行上下的目的，實現人或者物在礦井中的運輸。目前纏繞式礦井提升機一般應用在較淺井的礦井之中。

2.2 PLC與變頻技術礦井提升機系統的構成

PLC與變頻技術礦井提升機系統的系統要求主要分為兩個部分，分別是主動指令控制和自動保護控制指令。

在主動的操作指令層面，管理人員可以根據現場的工作情況和實際的需要，可以通過改變各種參數來實現礦機提升機控制系統工作狀態的改變。礦井提升機的主動指令操作主要包括電控系統工作狀態的改變，設置預定的工作流程，讓系統自動的按順序改變工作狀態。除了人為的設定系統的工作狀態還可以人為的改變單個指令。比如改變系統的啟動、停止、加速、減速、制動等都有對應的單個指令。系統下達指令以后通過PIC改變變頻器的工作狀態，實現多個速度的運行，從而實現對機械部分的控制。

另一部分是保護監視系統的指令操作。根據要求事先設定的參數，當參數不在設定的范圍時，系統的保護部分會自動的下達指令，讓系統采取措施，防止發生危險。控制系統的保護部分主要包括：速度監視、過卷監視、變頻器監視、提升容器實施監視、過載監視和深度監視這幾個部分。按照具體功能的不同，礦井提升機系統整個控制系統分為行程系統、保護系統和輔助系統三個部分。

3 礦井提升機系統的硬件構成

3.1 行程控制PLC與變頻技術的硬件構成

行程的控制是一種典型的位置控制，控制的目的是讓提升容器準確的停在指定的位置。典型的比較成熟的控制硬件配置是光-電增量式轉角-脈沖變換器。具體的安裝過程是把旋轉編碼器用聯軸器固定在提升機的驅動輪上，這樣就可以把驅動輪的轉動變成電信號采集到PLC，再利用PLC與變頻技術上下進程和時間、速度等進行控制，使PLC與變頻技術礦井提升機系統可以正常地進行運作，如圖1所示。

3.2 PLC與變頻技術礦井提升機系統保護系統的硬件構成

在這部分保護系統中要注意兩個方面的問題，一是電源模塊的供電問題，需要電源模塊可靠穩定的把220V-AC轉換為24V-DC。沒有穩定的電源PLC與變頻器輸出就不能正常的進行。另一個部分是數模-模數轉化模塊的質量，通過數字與模擬信號之間的轉換，能夠更有效、更準確的處理出PLC與變頻器輸入、輸出的信號連接口，如果定時與計算出現了問題，那么就會造成系統的癱瘓，嚴重的會造成人員傷亡和機器的損壞，如圖2所示。

3.3 PLC與變頻技術礦井提升機系統控制部分的硬件構成

通過按鈕與鍵盤的輸入控制，利用模塊之間的通信，實現數據與數據之間的轉換，對PLC與變頻技術的通信端口與輸出端口進行控制，利用指令燈系統的與感應系統的反饋，實現系統通信、運行、報警和音頻的智能控制，如圖3所示。

4 PLC與變頻技術礦井提升機系統的軟件構成

系統主要是有三個部分構成的，這里采用的是STEP7，編程環境在這里不做過多的贅述。編程采用模塊化的設計，在行程的控制部分，選擇的是三個模塊，分別是OB100、OB1和DB35。

其中，OB100模塊的作用是用來啟動的。在該模塊中設置了程序的初始化指令，相關的系統參數的設置也是在這個部分設置的，類似于單片機的頭文件。在上電初始化的時候，該模塊被執行一次，保障系統能夠正常的啟動。但是這個部分只在PLC與變頻技術礦井提升機系統啟動的過程中執行，之后不參與程序的循環。

OB1模塊為循環模塊也就是常說的主程序模塊，這個部分是程序運行時一直循環的過程。通過設計時的程序流程圖可以知道，主程序是一個主要的循環過程，在主程序循環的過程中可以調用相關的子模塊程序，SFB、SFC、FB、FC等都可以在主程序中調用出來。運用這種模塊化的程序設計可以快速的設計，而且在調試的過程中可以很快的發現問題，改動的時候也不必全部的去修改。程序主要是應用在PLC與變頻技術礦井提升機系統的工作與應用。

DB35是循環中斷的子程序。PLC中的程序是循環執行的，要想做出什么改變的時候就需要中斷了。循環的時間值設定在0到60之間，具體的設置過程需要根據實際的用戶需要進行設置。程序主要應用在PLC與變頻技術礦井提升機系統出現故障或問題時，相應程序應該出現有的中斷或中止，終端程序需要包括有：

（1）需要根據用戶當地的邏輯過程給出中斷的實際值，當需要改變程序執行狀態的時候就要進行中斷過程。

（2）當PLC受到傳感器傳來的故障信號的時候要馬上進行中斷，并調到故障處理子程序部分。

（3）采集的數據和預先設定的數值誤差過大的時候也需要調用相應的子程序模塊。變頻器技術則應用于頻率上的控制，對時間、速度、頻率上的控制與同步起到很大的幫助。

5 總結

以上是根據自己多年的PLC、變頻技術的研究和應用寫出關于PLC與變頻技術礦井提升機系統的文章，其中包含了組成的硬件部分和軟件部分的程序思路以及注意事項。這種新型的礦井提升機系統相比于傳統的礦井提升機在性能上有了很大的提升，達到了智能、高效、省時、省力、安全的效果。在參與設備的設計和改造時，產品也得到了當地單位的一致好評。當然，在新環境中設計與安裝礦井提升機系統設備時，因地制宜地應用不同的PLC及變頻器和機械設備。本文只作為部分的參考，希望能給廣大的讀者帶來一些幫助。

參考文獻

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作者單位

茂名市交通高級技工學校 廣東省茂名市 525000