基于PLC的無極繩絞車電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

吳姍姍

【摘 要】隨著無極繩絞車被廣泛應(yīng)用在煤礦運(yùn)輸系統(tǒng)中，其對(duì)電氣控制的要求也越來越高。本文提出的一種基于PLC的無極繩絞車電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，不僅可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)無極繩絞車運(yùn)行狀態(tài)，還能在發(fā)生故障時(shí)及時(shí)報(bào)警提示，防止事故發(fā)生。與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)穩(wěn)定性強(qiáng)、成本低，具有良好的市場(chǎng)前景。

【關(guān)鍵字】PLC;無極繩絞車;電氣控制

中圖分類號(hào)： TD52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）01-0106-002

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，煤碳工業(yè)已成為我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)中的重要行業(yè)。然而伴隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展，煤礦輔助運(yùn)輸在煤礦運(yùn)輸系統(tǒng)中的重要性日益凸顯[1]。作為煤炭輔助運(yùn)輸?shù)闹匾M成部分，煤礦輔助運(yùn)輸設(shè)備的安全性也越來越受到人們的重視。我國(guó)煤礦輔助運(yùn)輸設(shè)備多采用絞車、蓄電池機(jī)車等，但煤礦井下環(huán)境多變復(fù)雜，使用傳統(tǒng)的運(yùn)輸方式無法將運(yùn)料、設(shè)備直接運(yùn)送到采煤工作面。無極繩絞車適用于煤礦井下復(fù)雜環(huán)境的運(yùn)輸，具有載重量大的特點(diǎn)。它能將運(yùn)料和設(shè)備從地面或者井下車場(chǎng)直接運(yùn)送到采煤工作面，解決了傳統(tǒng)運(yùn)輸方式無法實(shí)現(xiàn)的難題[2]。無極繩絞車作為煤礦運(yùn)輸?shù)闹匾O(shè)備被廣泛應(yīng)用于煤礦運(yùn)輸中，因此設(shè)計(jì)出一個(gè)穩(wěn)定性強(qiáng)，安全性高的電氣控制系統(tǒng)控制其安全穩(wěn)定地運(yùn)行，以保證煤礦運(yùn)輸?shù)陌踩兊镁陀葹橹匾１疚奶岢隽艘环N基于PLC的無極繩絞車電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。該系統(tǒng)具有工作運(yùn)行穩(wěn)定，可靠性強(qiáng)，成本低的特點(diǎn)。

1 基于PLC的無極繩絞車電氣控制系統(tǒng)的組成設(shè)計(jì)

本文提出的基于PLC的無極繩絞車電氣控制系統(tǒng)針對(duì)煤礦安全運(yùn)輸實(shí)際情況設(shè)計(jì)的。該系統(tǒng)包含了PLC控制箱、操作面板、速度傳感器、過卷開關(guān)、觸摸顯示屏、語音報(bào)警單元等部分[3]。該系統(tǒng)通過PLC控制箱對(duì)無極繩絞車運(yùn)行進(jìn)行控制，將速度傳感器等檢測(cè)到的信號(hào)轉(zhuǎn)化處理，由觸摸顯示屏實(shí)時(shí)顯示，實(shí)現(xiàn)了對(duì)無極繩絞車的實(shí)時(shí)監(jiān)控。其不僅可以控制無極繩絞車的啟動(dòng)停止、調(diào)速、正反轉(zhuǎn)以及自動(dòng)加減速，還可以對(duì)機(jī)頭機(jī)尾過卷、超速、欠速以及急停等進(jìn)行報(bào)警保護(hù)，而且具有打點(diǎn)、通話、起車預(yù)警、岔道告警等功能，在絞車出現(xiàn)故障時(shí)能夠及時(shí)停車，保證絞車安全有效地運(yùn)行。與傳統(tǒng)的無極繩絞車電氣控制系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)具有低成本，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高的特點(diǎn)。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1 PLC控制箱

PLC控制箱由PLC控制模塊、模擬量輸入模塊和電源模塊組成。速度傳感器采樣的模擬量通過模擬量輸入模塊送入到PLC中，PLC經(jīng)過處理后發(fā)送信號(hào)來控制外部設(shè)備動(dòng)作。電源模塊實(shí)現(xiàn)給PLC控制模塊提供電源的功能。

2.2 控制面板

控制面板分別設(shè)置了啟停、輕載、重載、復(fù)位、急停、上過卷旁路、下過卷旁路等按鈕。操作人員通過控制面板的各個(gè)按鈕向PLC發(fā)出控制要求，PLC根據(jù)接收到的信息來控制絞車的運(yùn)行。根據(jù)控制要求和控制對(duì)象的不同，可以在控制面板上設(shè)置不同的控制按鈕以滿足用戶不同的需求。

2.3 速度傳感器和過卷開關(guān)

速度傳感器產(chǎn)生脈沖信號(hào)并發(fā)送給PLC控制箱，PLC控制箱接收后進(jìn)行分析處理，根據(jù)分析結(jié)果產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)絞車位置和速度的實(shí)時(shí)檢測(cè)[4]。絞車的機(jī)頭，機(jī)尾和起始位置都各自安裝一個(gè)過卷開關(guān)，在其運(yùn)行到起始位置時(shí)，開關(guān)動(dòng)作位置清零，避免了產(chǎn)生累計(jì)誤差而造成的錯(cuò)誤停車;PLC控制箱一旦檢測(cè)到過卷信號(hào)，機(jī)頭、機(jī)尾的過卷開關(guān)就會(huì)相應(yīng)動(dòng)作，PLC控制箱發(fā)出停止信號(hào)，絞車停止運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)絞車的過卷保護(hù)。

2.4 觸摸顯示屏

觸摸顯示屏選擇的是型號(hào)KC01-102T的本安型觸摸顯示屏。該顯示屏相較于傳統(tǒng)的液晶顯示屏，具有操作簡(jiǎn)單、安裝攜帶方便的特點(diǎn)。通過其與PLC控制箱連接通信，操作人員能實(shí)時(shí)查看絞車運(yùn)行情況，對(duì)各個(gè)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，真正實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互。

2.5 語音報(bào)警模塊

PLC控制箱通過RS485通信接口向語音報(bào)警模塊發(fā)送狀態(tài)信息，語音報(bào)警模塊接收到信息后做出語音報(bào)警。絞車運(yùn)行到上坡、下坡等位置時(shí)語音報(bào)警模塊會(huì)發(fā)出語音報(bào)警提醒操作人員，操作人員可根據(jù)語音報(bào)警內(nèi)容做出相應(yīng)的操作，從而保證了絞車在井下運(yùn)行的安全性。絞車運(yùn)行過程中突發(fā)故障時(shí)，語音報(bào)警模塊會(huì)發(fā)出報(bào)警，通知操作人員緊急停車。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

3.1 觸摸顯示屏軟件設(shè)計(jì)

觸摸顯示屏軟件使用的ExibⅠ組態(tài)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。在絞車運(yùn)行時(shí)，井下操作人員可以通過觸摸屏模擬的絞車運(yùn)行情況實(shí)時(shí)查看絞車的位置、速度及其他狀態(tài)信息，如圖2所示。當(dāng)絞車遇到超速、欠速、過卷和急停等緊急情況時(shí)，組態(tài)畫面會(huì)做出報(bào)警動(dòng)畫并進(jìn)行報(bào)警，生成報(bào)警記錄表，而且還會(huì)對(duì)操作人員的操作進(jìn)行記錄并生成歷史記錄表。

3.2 PLC控制箱軟件設(shè)計(jì)

PLC控制箱軟件使用梯形圖編寫。系統(tǒng)經(jīng)過初始化設(shè)置后，接收到啟動(dòng)信號(hào)，啟動(dòng)絞車電機(jī)正反轉(zhuǎn)[5]。當(dāng)絞車運(yùn)行觸碰到過卷開關(guān)時(shí)，系統(tǒng)立刻向變頻器發(fā)出信號(hào)，控制變頻器頻率，防止事故發(fā)生。當(dāng)系統(tǒng)收到停機(jī)，故障和復(fù)位等信號(hào)時(shí)，就會(huì)報(bào)警并及時(shí)做出反應(yīng)，確保絞車在井下安全運(yùn)行。圖3是PLC控制程序流程圖。

4 結(jié)語

本文提出的基于PLC的無極繩絞車電氣控制系統(tǒng)，不僅可以提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，而且可以對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，在絞車出現(xiàn)故障時(shí)能及時(shí)做出停車反應(yīng)，保證絞車在井下工作的安全性和可靠性。在速度采樣中選擇算術(shù)平均值法對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算來減少電磁干擾對(duì)采樣數(shù)據(jù)的影響。該系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法成本大幅減少，可靠性增強(qiáng)，在市場(chǎng)上具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

【參考文獻(xiàn)】

[1]唐介.電機(jī)與拖動(dòng)[M].高等教育出版社，2010：114-117.

[2]于方洋，鄧國(guó)強(qiáng).礦用無極繩絞車變頻控制系統(tǒng)及其應(yīng)用[J].工礦自動(dòng)化，2011（11）：90-92.

[3]陳和權(quán).變頻調(diào)速控制器在煤礦無極繩絞車中的應(yīng)用[J].煤礦機(jī)械2010（3）：188-189.

[4]曹如彥，翟強(qiáng)，杜中慶.ZBJW綜合保護(hù)裝置在無極繩絞車中的應(yīng)用[J].煤炭工程，2010（3）：58-59.

[5]錢軍，毛洪泉，溫小松，等.礦用無極繩連續(xù)牽引車監(jiān)控裝置的設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)電，2011（5）：79-80，83.

[6]楊克遠(yuǎn)，周麗佩，趙越，劉書國(guó).一種改進(jìn)的數(shù)字濾波方法[f].大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，2.

[7]向紅軍，雷彬.基于單片機(jī)系統(tǒng)的數(shù)字濾波方法的研究[J].電測(cè)與儀表，2005，9.