礦山提升機(jī)控制系統(tǒng)中PLC應(yīng)用的價(jià)值分析

柴興偉，許躍龍

[摘? ? 要] PLC為可編程邏輯控制器，是采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。隨著該技術(shù)的不斷發(fā)展，并密切配合直流調(diào)速電控或交流變頻調(diào)速電控，使用不同的組合應(yīng)用，通過PLC的執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作功能對(duì)提升機(jī)控制效果顯著提升，使礦井提升機(jī)具備優(yōu)越的控制性能?；谖覈?guó)科學(xué)技術(shù)水平的提升，我國(guó)礦井提升機(jī)越發(fā)朝著裝備大型化，深度、速度值大，控制系統(tǒng)自動(dòng)化、信息化程度高方向發(fā)展，可編程邏輯控制器技術(shù)可對(duì)提升機(jī)安全進(jìn)行提升，并顯著提升提升機(jī)的可靠性和安全性，解決傳統(tǒng)礦井提升機(jī)不夠可靠的問題，改善電能耗費(fèi)情況，降低故障率，對(duì)礦井本質(zhì)化安全和運(yùn)輸效率有效提升，從而增加經(jīng)濟(jì)效益。

[關(guān)鍵詞]礦山提升機(jī)控制系統(tǒng);PLC;應(yīng)用價(jià)值;變頻調(diào)速

[中圖分類號(hào)]TD633 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2022）02–00–03

Value Analysis of PLC Application In mine Hoist Control System

Chai Xing-wei，Xu Yue-long

[Abstract]PLC is also referred to as programmable logic controller. It uses a type of programmable memory to store programs in its internal storage to perform user-oriented instructions such as logic operations， sequence control， timing， counting and arithmetic operations， and pass digital Or analog input/output control various types of machinery or production processes. With the continuous development of this technology， and close cooperation with DC speed control or AC frequency conversion speed control， different combination applications are used， and the logic operation， sequence control， timing， counting and arithmetic operation functions of PLC are used to control The control effect of the hoist is significantly improved， so that the mine hoist has superior control performance. Based on the improvement of the level of science and technology in my country， mine hoists in our country are increasingly developing in the direction of large-scale equipment， greater depth and speed， and high degree of automation and informatization of the control system. In order to improve the safety of the hoist， the programmable logic controller technology And significantly improve the reliability and safety of the hoist. Solve the problem that the traditional mine hoist is not reliable enough， improve the electricity consumption rate， reduce the failure rate， and effectively improve the intrinsic safety and transportation efficiency of the mine， thereby increasing economic benefits.

[Keywords]mine hoist control system; PLC; application value; frequency conversion speed regulation

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，PLC功能更加完善和全面，利用可編程邏輯控制器的控制功能，并在此基礎(chǔ)之上，結(jié)合變頻器和PLC控制器，簡(jiǎn)化控制線路，使其對(duì)提升機(jī)的控制需求和自動(dòng)化需求更加適應(yīng)。多數(shù)礦井中的工作人員在操作礦井提升機(jī)時(shí)，采用自動(dòng)化控制方法，并且控制效果良好。我國(guó)在計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域近年來得到十分迅速的發(fā)展，工業(yè)結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)在未來具有良好的發(fā)展前景。將PLC新型技術(shù)運(yùn)用于礦井提升控制中，對(duì)生產(chǎn)效率顯著提升，并節(jié)約人工成本，對(duì)傳統(tǒng)生產(chǎn)中的缺點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，使提升系統(tǒng)集成度更高，操作監(jiān)控界面人機(jī)融合度更好。

1 PLC控制技術(shù)發(fā)揮的作用和優(yōu)點(diǎn)

PLC技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，將PLC技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，可以充分發(fā)揮機(jī)電一體化的功能。當(dāng)前我國(guó)科學(xué)水平迅速提升，機(jī)電一體化顯著提升，因此在計(jì)算速度和產(chǎn)品儲(chǔ)存量上，具備越來越嚴(yán)格的要求。PLC技術(shù)可以有效改善以上問題，進(jìn)而使人們的生活更加便利。與其他技術(shù)對(duì)比，PLC技術(shù)在器件設(shè)備中運(yùn)用，其自身的抗干擾性能更加優(yōu)質(zhì)。統(tǒng)計(jì)研究目前礦井提升機(jī)生產(chǎn)水平，以及PLC技術(shù)在其中的實(shí)際運(yùn)用狀況，發(fā)現(xiàn)在PLC技術(shù)中運(yùn)用大規(guī)模集成電路技術(shù)，能夠增強(qiáng)大規(guī)模集成電路的可靠性。

研究發(fā)現(xiàn)，PLC可編程邏輯控制器若為西門子公司生產(chǎn)，其在沒有故障的前提下工作時(shí)間較長(zhǎng)。這其中的原因主要是可編程邏輯控制器生成期間，其硬件可實(shí)施自我檢測(cè)，若在檢測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)問題，可以將警報(bào)及時(shí)發(fā)布，從而可以快速處理問題?；诎雽?dǎo)體材料和集成電路的迅速發(fā)展，極大提升了芯片集成度，并且芯片上電路元件的集成度提升顯著。所以，PLC具有十分豐富的功能，可對(duì)工業(yè)控制中的不同需要進(jìn)行滿足。并且，器件自身邏輯處理功能和數(shù)據(jù)運(yùn)算功能完整，在應(yīng)用上具有一定優(yōu)勢(shì)。

2 礦井提升機(jī)的類別

實(shí)際施工中采用礦井提升機(jī)，基于對(duì)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的科學(xué)使用，能夠使提升機(jī)的工作質(zhì)量和工作效率顯著提升，并且還會(huì)對(duì)設(shè)備運(yùn)行中的穩(wěn)定和安全造成影響。因此，應(yīng)在了解實(shí)際情況的前提下，全面掌握礦井提升機(jī)特點(diǎn)。

2.1 依據(jù)提升機(jī)用途分類

礦山生產(chǎn)期間，基于用途的不同，會(huì)采用符合實(shí)際情況的提升機(jī)，基于提升機(jī)用途，對(duì)其進(jìn)行分類，主要包括副井和主井兩類。主井提升機(jī)的作用就是開采期間，對(duì)礦石進(jìn)行提升。如礦井年生產(chǎn)量超過30萬t，選擇箕斗作為提升容器，礦井若為小型，年生產(chǎn)量不超過30萬t，可選擇串車、罐籠作為提升容器。副井提升機(jī)大部分用來提升人員、設(shè)備、廢料、運(yùn)輸矸石等。

2.2 依據(jù)提升類型分類

基于提升類型對(duì)提升機(jī)進(jìn)行分類，包括多繩摩擦式和單繩纏繞式。開發(fā)生產(chǎn)傳統(tǒng)礦山期間，提升機(jī)主要為變直徑滾筒提升機(jī)，根據(jù)拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)，分為直流拖動(dòng)提升機(jī)和交流拖動(dòng)提升機(jī)，近年來我國(guó)科學(xué)技術(shù)發(fā)展十分迅速，改變了礦井提升機(jī)，目前主要采用單繩纏繞式提升機(jī)，類型為直徑圓柱型滾筒，保證提升機(jī)的工作質(zhì)量和工作效果，順利完成礦山生產(chǎn)。

2.3 依據(jù)井筒傾角的分類

基于礦井提升機(jī)井筒傾角分類，可分為斜井式和立井式，一般情況下，罐籠和箕斗為立井提升機(jī)的提升容器，斜井提升機(jī)的提升工作通過斜井箕斗、提礦車進(jìn)行。若斜井具有較大規(guī)模，或者具有特殊性質(zhì)，為了對(duì)礦井提升工作順利完成，可采用膠帶輸送機(jī)。

3 PLC提升機(jī)控制系統(tǒng)的組成

PLC提升機(jī)控制系統(tǒng)由提升機(jī)動(dòng)力裝置、主電機(jī)裝置、變頻調(diào)速器、液壓站、控制監(jiān)控系統(tǒng)、操作臺(tái)組成。在提升機(jī)中采用PLC控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)變頻微調(diào)，為了對(duì)微調(diào)遙控控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，應(yīng)結(jié)合其他系統(tǒng)和動(dòng)力裝置，對(duì)提升機(jī)使用效果進(jìn)行顯著提升，該動(dòng)力裝置系統(tǒng)組成為滾筒、減速器、主電機(jī)?；诘鬃麟姍C(jī)供應(yīng)電能，并在減速器的滾筒基礎(chǔ)上，對(duì)牽引動(dòng)力系統(tǒng)效果進(jìn)行提升。

互通物料、物力、人力，獲取核心動(dòng)力，對(duì)綜合運(yùn)輸任務(wù)順利完成。作為提升機(jī)整個(gè)動(dòng)力來源，主電機(jī)裝置和控制監(jiān)控系統(tǒng)在提升機(jī)中具有重要作用。液壓站的制動(dòng)力在可編程邏輯控制器系統(tǒng)中，為主要制動(dòng)力，這種制動(dòng)力可對(duì)礦井提升機(jī)的可靠性和安全性進(jìn)行保證，改善工作環(huán)境，并對(duì)過剩動(dòng)力有效控制，基于安全標(biāo)準(zhǔn)的前提下實(shí)施工作。作為動(dòng)力的反作用力，制動(dòng)力在可編程邏輯控制器中作用顯著。

變頻調(diào)速器模式主要為微調(diào)，加速可編程邏輯控制器提升機(jī)控制單元能量較為強(qiáng)大，可轉(zhuǎn)換輸入的公頻電能，變成頻率可調(diào)節(jié)電能。其在PLC礦井提升機(jī)中作用顯著，可對(duì)各種類型的控制指令進(jìn)行發(fā)布，并控制提升機(jī)運(yùn)行，效果顯著，提升提升機(jī)平穩(wěn)性。不但能夠顯著提升目前提升機(jī)的啟動(dòng)效果，還可以快捷減速停車，保證緊急制動(dòng)之后的安全性。優(yōu)化這些能量控制單元和綜合控制因素，對(duì)PLC提升機(jī)進(jìn)行調(diào)配，提升PLC提升機(jī)的高效性和平穩(wěn)性，確保其良好運(yùn)行。

作為礦井內(nèi)部重要組件，操作臺(tái)組件單元通過操作臺(tái)，可下達(dá)礦井提升機(jī)新的指令，保證提升機(jī)可以無停頓、平穩(wěn)的啟動(dòng)。對(duì)礦井提升機(jī)下達(dá)減速命令或者啟動(dòng)命令時(shí)，會(huì)通過緊急制動(dòng)系統(tǒng)，由控制核心發(fā)出指令，操作人員通過監(jiān)控對(duì)其進(jìn)行查看，管理運(yùn)輸系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，需要專門的監(jiān)視操作工作者來完成，基于監(jiān)控，對(duì)監(jiān)控核心訴求和工作狀態(tài)完善這一目標(biāo)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。在對(duì)故障參數(shù)進(jìn)行修正的過程中，按照系統(tǒng)運(yùn)行情況對(duì)礦井提升機(jī)運(yùn)行中的控制系統(tǒng)狀況進(jìn)行判斷。礦井提升機(jī)具有多種類型的控制系統(tǒng)，為了對(duì)研究準(zhǔn)確性和研究深度進(jìn)行提升，通過實(shí)際案例進(jìn)行分析，對(duì)PLC技術(shù)的運(yùn)用進(jìn)行分析，對(duì)其側(cè)重點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)分析。

3.1 系統(tǒng)硬件組成

在考慮到采礦行業(yè)特點(diǎn)的前提下，此次設(shè)計(jì)過程中采用的PLC機(jī)型生產(chǎn)公司為歐姆龍公司，該機(jī)型為中小型機(jī)，1184點(diǎn)為最大控制I/O點(diǎn)數(shù)。選擇PLC系統(tǒng)作為提升機(jī)口控制系統(tǒng)核心，對(duì)傳統(tǒng)儀表控制中的缺點(diǎn)進(jìn)行改善，用戶按照自己的實(shí)際情況，采用PLC技術(shù)，利用變成對(duì)輸出信號(hào)和輸入信號(hào)的連鎖進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，若有故障發(fā)生，儀器可快速反應(yīng)，對(duì)控制系統(tǒng)的可靠性和安全性顯著提升。使用晶閘管作為系統(tǒng)單元，晶閘管還可以當(dāng)做電子開關(guān)，利用功率擴(kuò)展板完成觸發(fā)，控制加熱器通斷，可編程邏輯控制器中通過熱電偶對(duì)反饋信號(hào)輸入進(jìn)行測(cè)量，對(duì)一個(gè)完整的閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建。

3.2 人機(jī)互動(dòng)模塊分析

在開關(guān)量模塊中，輸入模塊主要對(duì)選擇待類型進(jìn)行承擔(dān)，使用C200H-ID212。選擇C200H-OC225輸出模塊，用于輸出報(bào)警信息和故障信息。利用觸摸屏塊對(duì)人機(jī)界面提升機(jī)的停止和啟動(dòng)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，并對(duì)參數(shù)、品種等進(jìn)行選擇，在故障或報(bào)警發(fā)生時(shí)，可對(duì)故障的產(chǎn)生原因和位置直接顯示。

3.3 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)內(nèi)容

設(shè)計(jì)過程就是控制提升機(jī)的物理量，例如控制單元、速度、深度等。運(yùn)行提升機(jī)過程中，若出現(xiàn)重大故障或者輕型故障，控制系統(tǒng)能夠?qū)嵤┳晕以\斷，并且實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行狀況以及相關(guān)參數(shù)。舉例如下：提升設(shè)備在礦井中的速度和深度等情況。運(yùn)行環(huán)境和組態(tài)環(huán)境之間存在一定關(guān)聯(lián)性，但又互相獨(dú)立，這就是提升機(jī)的組態(tài)軟件。軟件部分為提升機(jī)系統(tǒng)組成中的重要部分，提升機(jī)系統(tǒng)操作環(huán)境為全中文，對(duì)黏貼操作和微軟系統(tǒng)操作支持，可對(duì)操作人員的編程效率進(jìn)行提升。該軟件結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)過程中，需要提前對(duì)其工藝控制要求進(jìn)行了解，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控該系統(tǒng)的運(yùn)行情況，以及礦井提升過程。

3.4 注意事項(xiàng)分析

在礦井提升機(jī)中采用可編程邏輯控制器技術(shù)具有重要作用，這種運(yùn)用方式未來具有良好的發(fā)展前景，設(shè)計(jì)工作者基于目前礦井提升機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行情況，可有效完善計(jì)算機(jī)組網(wǎng)，健全PLC電氣控制系統(tǒng)。PLC技術(shù)發(fā)展迅速，并廣泛運(yùn)用于各個(gè)領(lǐng)域，因?yàn)镻LC技術(shù)具有廣泛的網(wǎng)絡(luò)布局，因此具備較大密度，可有效運(yùn)用于機(jī)電一體化中。未來電氣設(shè)備中會(huì)更加廣泛地使用PLC技術(shù)，完善通訊工具，提升控制系統(tǒng)操作的簡(jiǎn)潔性和便利性。

PLC通訊和監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)均采用西門子S7-300PLC通訊適配器，無需使用其他通訊設(shè)備，將RS232端口在上位機(jī)端中運(yùn)用，PLC處在PLC的MPI端口接入。采用SIMATIC WinCC視窗控制中心作為監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)軟件，其為最新的三十二位技術(shù)的過程監(jiān)視系統(tǒng)，靈活性和開放性較強(qiáng)，Wincc組態(tài)軟件具有十分強(qiáng)大的功能。監(jiān)控畫面：報(bào)表、趨勢(shì)圖、運(yùn)行記錄、主回路、安全回路監(jiān)控、主開車等畫面。監(jiān)控畫面對(duì)井筒中配重和箕斗的位置實(shí)時(shí)顯示，并監(jiān)控和現(xiàn)顯示編碼器、掛鉤檢測(cè)、井筒內(nèi)井筒開關(guān)、閘盤處煙霧傳感器、主電機(jī)溫度液壓站壓力、等部位的傳感器數(shù)據(jù)，并可以在主開車畫面中對(duì)當(dāng)日的提升機(jī)產(chǎn)量和運(yùn)行勾數(shù)進(jìn)行查詢，便于系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)隨時(shí)查詢和記錄，并且還可以計(jì)算卷徑和調(diào)繩的快捷通道，可視化指揮相關(guān)工作人員的檢修作業(yè)，運(yùn)行記錄功能可在主開車畫面最下方顯示。安全回路畫面能夠?qū)\(yùn)行期間提升機(jī)的磁場(chǎng)電流數(shù)據(jù)和電樞電流進(jìn)行顯示，還可對(duì)測(cè)速機(jī)反饋、編碼器、調(diào)速裝置的實(shí)時(shí)速度進(jìn)行顯示，便于提升機(jī)操作人員對(duì)比數(shù)據(jù)，若速度出現(xiàn)明顯差異時(shí)，操作人員應(yīng)對(duì)編碼器狀態(tài)和調(diào)速裝置測(cè)速電機(jī)狀態(tài)及時(shí)檢查，防止產(chǎn)生速度超差和等速超速故障報(bào)警。

畫面中還能夠?qū)Π踩芈饭ぷ鳡顟B(tài)進(jìn)行觀察，若安全回路故障出現(xiàn)時(shí)，可以對(duì)安全回路斷開這一現(xiàn)象出現(xiàn)的原因進(jìn)行直觀判斷，提供檢修作業(yè)技術(shù)支持，縮短故障點(diǎn)查找的停車檢修時(shí)間。運(yùn)行記錄畫面可對(duì)一個(gè)月內(nèi)所有運(yùn)行故障進(jìn)行記錄，提供系統(tǒng)運(yùn)行事故責(zé)任認(rèn)定和查詢相關(guān)證據(jù)和有力保證。趨勢(shì)圖畫面能夠?qū)μ嵘龣C(jī)運(yùn)行期間的提升機(jī)速度曲線、磁場(chǎng)電流曲線、電樞電流曲線進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，基于曲線的平滑度對(duì)勵(lì)磁裝置以及調(diào)速裝置的工作穩(wěn)定性能進(jìn)行反映，提供過程控制和行程控制更好的參考建議，并且，還能夠?qū)χ骶總€(gè)月的提升量進(jìn)行查看，并對(duì)廢石提升量、每班的礦石、當(dāng)日礦石進(jìn)行查詢，對(duì)礦調(diào)度指揮中心礦巖石產(chǎn)量日?qǐng)?bào)需求進(jìn)行滿足，并提供礦云平臺(tái)數(shù)據(jù)庫原始數(shù)據(jù)記錄功能。

4 結(jié)束語

為了企業(yè)生存和更好的發(fā)展，市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)越來越激烈，對(duì)各個(gè)行業(yè)均造成沖擊。將PLC技術(shù)特點(diǎn)應(yīng)用于機(jī)電生產(chǎn)行業(yè)中，利用PLC的執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作功能顯著提升提升機(jī)控制效果，促進(jìn)我國(guó)礦井提升機(jī)朝著裝備大型化，深度、速度值大，控制系統(tǒng)自動(dòng)化、信息化程度高方向發(fā)展，通過運(yùn)用PLC技術(shù)，可以有效提升礦井本質(zhì)化安全和運(yùn)輸效率，促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

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