基于PLC礦山智能提升機控制系統研究

摘要：傳統的礦山提升機控制系統采用繼電器、交流接觸器進行軟啟動控制，存在著可靠性差、操作復雜、故障率高、電能浪費大、效率低等缺點。針對PLC礦山智能提升機控制系統進行研究，具體包含硬件系統分析，軟件系統S7-1500系列PLC的軟件編程、調試，以及人機交換界面、DCS控制系統設計等。

關鍵詞：PLC；智能提升機；人機交換；DCS系統

1" "硬件系統分析

1.1" " 礦山提升機系統組成

礦山提升機是礦山系統礦井中提升設備的動力部分，它是由電動機、減速器、主軸裝置、制動裝置、深度指示器、電控系統和操縱臺等組成硬件系統[1]。提升機系統組成如圖1所示。

1.2" " 提升機對控制系統的要求

本文基于PLC礦山智能提升機控制系統進行研究，主要設計了新疆雅滿蘇鐵礦提升機控制系統，在提升機內部采用互聯網模式，將數據遠程傳送到中控室，再傳送到哈密市應急服務中心。設計中，采用西門子S7-1500型PLC將速度、壓力等重要數據通過數模轉換。在公司中控室上位機，將提升機所采集的數據通過報表、曲線進行分析，以降低礦山不必要的能源耗損與浪費，從而達到節能減排的目的。

本設計主要可實現如下目標：對于提升機不同運行速度具體工況進行分析，建立合適的控制流程，設計1500系列PLC的程序及速度檢測方法。基于組態畫面構建，基于溫度參數的自整定計算及其方法的確定，基于工程結束后的成果分析。

1.3" " 設計提升機控制系統的意義

本設計基于PLC礦山智能提升機控制系統，實時調控智能礦山提升機的運行數據。再通過互聯網的模式，把提升機的各種變化反映到中控室監控中心，從而將這些信息及時反映給管理人員。管理人員實時根據礦井的具體環境和情況進行調整，從而確定最有利用礦石開采的最佳生產模式。

2" "提升機控制系統方案的設計

2.1" " 提升機控制系統運行流程

本設計系統在控制過程中不僅包括手動控制、自動控制，還應用了無線傳輸模塊DRM530實現遠程控制，其整個提升機的控制運行流程如圖2所示。控制系統有就地和遠端控制兩種工作模式，其為兩套獨立的系統，通過一個轉換旋鈕可實現功能轉換。信號采集系統首先通過傳感器將數據采集回來，再通過1500系列PLC將模擬量轉換成數字量，最終將運行速度實時變化在中控室大屏上顯示出來。

2.2" " 提升機系統的監測過程

基于PLC礦山智能提升機控制系統的監測系統由兩套上位機系統組成，通過光纖傳輸數據，再經過交換機，將采集的數據在中控室上位機組態王監控界面上顯示出來。PLC控制柜上安裝了人機交換界面，實時與上位機保持同步數據顯示，并與就地控制緊密結合。主要監測內容包括提升機停車點運行狀態及液壓站的動作流程等，監測系統框圖如圖3所示。

3" "基于PLC的軟件控制系統設計

3.1" " S7-1500系列PLC簡述

S7-1500系列PLC是目前自動化行業西門子中最新的產品，所使用的編程軟件是博途V16。由于編程軟件和PLC都是升級版本，在各行各業的使用都是相對比較多的。S7-1500系列PLC通訊功能強大，能在單獨的系統中獨立運行，或在聯機運行過程中實現復雜的控制功能[2]。S7-1500系列PLC具有強大的性能與優良的性價比，應用領域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測、自動化控制有關的工業及民用領域。在公司實踐過程中，主要應用在污水處理系統、污泥干化系統、供水系統以及智能礦山提升機系統。

3.2" " I/O 點數計算

針對工程背景及工藝流程分析，計算出開關量、模擬量點數。表1數字量輸入輸出地址分配表。

3.3" " PLC外部接線圖

相比而言，PLC在工業生產和自動化控制中是使用率非常高的集中控制設備。伴隨著西門子PLC的不斷更新，其逐步實現了智能遠程控制[3]。PLC將繼電器、交流接觸器觸點由原來的按鈕啟動更換成軟件啟動。PLC的正確接線是PLC在現場發揮功能的必要條件，因此每個技術人員對PLC的輸入輸出端子是必須要熟練。

一般情況下，PLC供電電源是交流220V，必須注意，不能將380V接入，負責接入將會燒毀PLC。一般而言，端子輸入都采用DC24V，而輸出將根據具體的實際情況而定。通常有3種情況，分別是220V、380V、24V作為[4]。PLC具體接線端子接線如圖4所示。

3.4" " 觸摸屏界面設計

提升機控制系統將分為三種工作方式，分別為手動、自動、定值。手動模式運行狀態，是由公司操作人員到提升機井口對系統進行手動就地控制。此種模式只有在自動運行系統發生故障時緊急使用。定值模式運行狀態，用于提升機系統穩定運行的狀態下對速度大小進行調節。 自動模式運行是根據公司對系統要求進行無人值守遠程控制，系統會根據不同距離進行減速、加速、停止、開門、語音播報等一系列操作[5]。

為了提高整個系統在自動運行模式下的安全性，在系統中安裝保護裝置，并在編程過程中設置了軟件保護。若系統穩定運行狀態下發生故障，則系統將會自動停止運行，并在公司總部中控室發出報警提醒。上位機中控監控如圖5所示。

4" "結語

傳統的礦山提升機控制系統采用繼電器、交流接觸器進行軟啟動控制，存在著可靠性差、操作復雜、故障率高、電能浪費大、效率低等缺點。針對PLC礦山智能提升機控制系統進行研究，具體包含硬件系統分析，軟件系統S7-1500系列PLC的軟件編程、調試，以及人機交換界面、DCS控制系統設計等。該系統不僅在人機交換界面上實現對設備的實時監控，而且通過以太網還能實現智能遠程上位機中控室監控與外網訪問系統。管理人員實時根據礦井的具體環境和情況進行調整，可確定最有利用礦石開采的最佳生產模式。

參考文獻

[1] 弭洪濤.PLC技術實用教程——基于西門子S7-300[M].電子工業出版社.2016.

[2] 弭洪濤，楊偉鴻.西門子PLC實驗實習指導書[M].2019.

[3] 苑景勝.熱水鍋爐集中供熱運行方式優化[J].科技與企業，2015" （9）：64-65

[4] 王振臣，劉薇，楊麗華，等.基于PLC的供熱網絡遠程監控系統研究[J].傳感技術學報，2019（3）：436-439.

[5] 孫清典，劉玉峰.礦山系統氣候補償變頻控制器的開發與應用"[J].建筑節能，2016（8）： 12-14.