矿井提升机电控系统的PLC技术.pdf

第 2 4卷第 8期 2 0 0 5年 8月 煤炭技 术 C o a l Te c h n o l o a v Vo 1 ． 2 4． No． 0 8 Au g， 2 O O 5 矿 井提升 机 电 控 系统 张 连 明 的 P L C技术 河 南省 义 马煤 矿职工 中专 ，河 南 义 马 4 7 2 3 0 0 摘要 介 绍 了 我 国 矿井 提 升机 电控 系统 的 现状 ， 分 析 比较 了 目前 各 种不 同的技 术 改造 方 案 ， 同 时介 绍 了 J T D K P C系 列 电控 系统 在义 马煤 业集 团矿井 生产 中 的应用 情况 。 关键 词 矿 井提 升 机 ；P L C技术 ；电控 系统 中 图分 类号 T D 6 3 3 文 献标 识码 B 文章 编 号 1 0 0 88 7 2 5 2 0 0 5 0 80 0 4 00 2 0 概述 我 国 2 O世纪 8 O年代以前 ， 绝大多数矿井提升机采用绕 线式异 步 电动 机 转子 回路 串电阻 的交 流 调 速 系统 ， 少数 则采 用发 电机 一电动 机 直 流 调速 系 统 GM 系 统 。9 O年 代 以 来 ， 投 产的 中 、 大 型 矿井 的提 升机 多 数采 用 磁 场 换 向的 晶 闸 管直 流可 逆调 速 系统 vM 系统 ， 也有 少 数 矿井 采 用 代 表 当前先进水平的交 一交变频的现代交流词速系统。 目前 ， 我国正在服务 的大多数矿井提升机电控系统 ， 主 要是转子回路 串电阻的交流调速 系统与 G M直 流诃速系 统 ， vM可逆调速系统 目前 已经广泛使用， 如交 一交变频的 交流调速系统 ， 全数字交 一直流调速 系统等 ， 但 目前这些系 统 主要用 于 新建 矿井 。 从我 国矿井 提升 机 电控 系统 的现 状来 看 ， 8 O ％ 以上 的矿 5 设 备地 一 台设 备要 实 现 设 计 要 求 ， 往 往含 有 多种 电路 ， 比如 低 电平 的信 号电路 如 高频 电路 、 数字 电路 、 模 拟 电路 等 、 高电 平 的功 率 电路 如 供 电 电路 、 继 电器 电路 等 。为 了安装 电路 板 和其 它元 器 件或 抵抗 外 界 电磁干 扰 ， 需要 设 备具 有 一定 机 械 强度 和屏 蔽效 能 的外 壳 。设备 的接 地 应 当注意 以下 几点 1 5 O H z电源 零 线 应 接 到 安 全 螺 栓 处 ， 对 于独 立 的 设 备 ， 安 全 接地 螺栓 设 在设 备金 属外 壳 上 ， 并有 良好 电连 接 。 2 为防止机壳带电， 危及人身安全， 不许用 电源零线作 地线代替机壳地线 。 3 为 防止 高 电压 、 大 电流 和 强 功 率 电 路 如供 电 电 路 、 继 电器 电路 对低 电平 电路 如 高频 电路 、 数 字 电路 ， 模 拟 电 路等 的干扰 ， 将它们 的接地分开。前者为功率地 强 电地 ， 后者为信号地 弱电地 。信号地又分为数字地和模拟地， 信 号地线应与功率地线和机壳地线相绝缘。 4 对于信号地 线可另设一信号地螺栓 和设 备外壳相 绝缘 ， 该信号地螺栓与安全接地螺栓的连接有三种方法 取 决于接地的效果 一是不连接， 而成 为浮地式 ； 二是直接连 接 ， 而成 为单 点 接地 式 ； 三是通 过 3 u F电容 器连 接 ， 而 成为直 流 浮地 式 ， 交 流接地 式 。其 它 的接地 最 后 汇 聚在 安全 接 地 螺 栓 上 该 点 应位 于 交 流 电源 的进 线 处 ， 然 后 通过 接 地线 将 接 地 极埋 在 土壤 中 。 6 系 统 地 当多 个设 备 组 成一 系统 时 ， 系 统 的接 地 应 当注 意 以下 几 点 1 参照设备的接地注意事项。 2 设备 外 壳用 设 备外 壳地 线 和机柜 外壳 相连 。 3 机 柜外 壳 用机 柜外 壳地 线 和外壳 相 连 。 4 对 于 系统 ， 安全接 地 螺栓 设 在 系统 金 属外 壳 上 ， 并有 良 好 电 连 接 。 5 当系统 内 机柜 、 设 备 过 多 时 ， 将导 致 数 字 地 线 、 模 拟 地 线 、 功 率地 线 和 机柜 外 壳 地 线 过 多 。对 此 ， 可 以考 虑 铺 设 两条互 相并 行并 和 系统外 壳绝 缘 的半 环形 接 地 母 线 ， 一 条 为 信号地母线 ， 一条为屏 蔽地及机柜外壳地母线 ； 系统 内各信 号地 就近接 到信 号地 母 线上 ， 系统 内各 屏 蔽地 及 机 柜外 壳 接 到屏蔽地及机柜外壳地母线上； 两条半环形接地母线的中部 靠 近 安全接 地 螺栓 ， 屏 蔽地 及机 柜外 壳 地母 线 接 到 安全 接 地 螺栓上 ； 信 号地母 线接 到信 号地 螺 栓上 。 6 当系统 用 三 相 电 源 供 电 时 ， 由于 各 负 载 用 电 量 和 用 电的不 同时性 ， 必然导致三相不平 衡， 造成三相 电源中心点 电位偏移 ， 为此将 电源零线接到安全接地 螺栓上， 迫使三相 电源 中心点 电位保持零电位 ， 从而防止三相电源中心点 电位 偏移 所产 生 的干扰 。 7 接 地极 用 镀锌 钢管 ， 其 外 直 径不 小 于 5 0 m m， 长度 不 小于 2 ． 0 m， 埋设时， 将接地极打入地表层 一定 深度 、 并倒人 盐水。一般要求接地电阻 4 Q； 对于移动设备 ， 接地电阻可 1 0 Q。 7 结语 为 了设 备和 人身 的安 全 ， 以及 电力 电子 设 备 正常 可 靠 的 工作， 必须研究接地技术。接地可直接接在大地上 ， 或 者接 在 一个 作为 参考 电 位 的 导体 上 。不 合 理 的 接 地 反 而会 引入 电磁干 扰 ， 导致 电力 电子 设 备 工 作 不 正 常 。因 此 ， 接地 技 术 是 电磁 兼 容 中的重要 技术 之一 ， 应 当充 分重 视 对 接 地技 术 的 研 究 。 参 考 文献 [ 1 ] 钟道隆． 通信系统中的电磁干扰与屏蔽接地 [ M ] ． 北京 国防工 业 出版 社 ． [ 2 ] 杨明． 仪器设备的接地和屏蔽技术[ M ] ． 北京 科学普及出版社． The El e c t r o ma g n e t i s m Pe r mi t s t he Co nn e c t i ng o f I n s i de a Te c hn i qu e Co n c ur r e n t l y Z HANG YO Ul i n ，WEI C h a n gi i a n g ‘ 1． S h u a n g y a s h a n C o a l Mi n e G e n e r a l Ho s p i t a l ， S h u a n g y a s h a n 1 5 5 1 0 0， C h i n a ；2． Ha r b i n C o a l Mi n e Me c h a n i c a l I n s ti t u t e， Ha r b i n 1 5 0 0 3 6， Ch i n a Ab s t r a c t P a s s t o t h e d e t ail e d i n t r o d u c ti o n t h a t c o n n e c t a g r o u n d o f c a t e g o r i e s ，g u i d e p e o p l e t o w i n e l e c ti o n t h e g r o u n d i n g mo d e t o c o n n e c t fi t l y j n t h e a c t u al a p p l i c a ti o n。i n c r e a s e pe o p l e t o c o n n e c t a g r o u n d o f t e c h n i c al c o g n i t i o n wi t h v alu e ， i n c o n n e c t i n g a g r o u n d o f t e c h nic al a p p e a fio ns ， ha v e alpi n e c o n s u l t v alu e． Ke y wo r d s e l e c t r o ma g n e ti s m i n t e r f e r e n c e；b a s i s e l e c t r i c p o t e n t i al ；c o n n e c t a r l e l e c t r i c r e s i s t a n c e ；s t a t i c e l e c t r i c i t y s h i e l d s 收 稿 13期 2 0 0 5 0 5 1 5 ； 修 订 13期 2 0 0 50 7 1 0 作者简介 张连明 1 9 6 2一 ， 男 ， 河南正阳人 ， 讲师 ， 现在河南省义马煤矿职工 中专教务科工作 ， Em a i l z h a n g l i a n m i n g - a e y o u ． 维普资讯 第 8期 张连 明 矿井提 升机 电控 系统 的 P L C技 术 4 1 井提 升机 仍 采 用继 电器 一接 触 器控 制 ， 通 过 改 变转 子 回路 串 联的附加电阻来实现调速。这种调方式是有级调速， 调速时 能耗很大， 属转子功率消耗型调速方案。在加速阶段 和低速 运行时 ， 大部分能量 转差能量 以热能的形式 消耗掉 了， 因 此电控系统的运行效率较低。同时， 这种凋速方案为了在低 同步状态下产生制动转 矩 ， 需 采用直流能耗制动方案 即动 力 ， 或采 用 低频 制 动 。但 无 论采 用何 种 方 式 ， 总需 要设 置 辅 助电源和定子绕组 的二次切换操作 。虽 然这种方案存在着 调速性能差 、 运行效率低 、 运行状态的切换死 区大及调速不 平滑 等 缺点 ， 但 目前 在 我 国 的各 种 矿 山 中 ， 这 种方 案 使 用 得 仍相 当 普遍 ， 将面 临 着技术 改 造 的问题 。 从 目前 各 种 不同 的技 术改 造方 案 的 比较看 ， 采 用 P L C技 术 与传 统 的继 电器 一接 触 器控 制系 统相 结 合 的 方案 ， 是 一条 符合我国国情的提升机 电控系统改造 的优选方案。这种基 于 P L C技 术 的电 控系 统在 我 国 2 O世纪 9 o年代 已有 不少 的产 品通 过 工业 运行 ， 都取 得 了较 好 的运 行 效果 。如洛 阳中信 重 机 自动化工程有限责任公司选用 S i e m e n s 公司的 s 7系列 P L C 研制开发生产的矿井提升机电控系统； 天津电气控制设备厂 研制 开 发生 产 的采 用美 国通 用 电器 公 司 G E一9 0 3 0系列 P L C 的 T K DP C系列 和 T K MP C系 列 矿 井 提 升 机 成 套 电 控 系 统 ； 焦作 华 飞 电子 电器 工业有 限公 司研制 开 发 生产 的选 用 日 本立 石 公 司 C 6 0 P系 列 P L C的 J T D K P c矿 井 提升 机 成 套 电 控 系统 等 。这 些采 用 P L C技 术 的新型 电 控 系统 ， 都 已较 成功 地应 用 于 矿井 提 升 实 践 ， 并 取得 了较 好 的运 行 经 验 ， 克 服 了 传 统 电控 系统 的 缺陷 ， 代表着 交 流矿 井提 升 机 电控 技 术 发展 的趋 势 。 1 J T D KP C系列 电控 系统在义煤 集 团矿井 生产 中的应用 义 煤 集 团在建 设 高产 高效 矿井 过 程 中 ， 非 常 重视 矿 井提 升机 电控 系统 改 造工 作 ， 从 2 0 0 1 年 开始 引进 J T D KP C系列 电控系统 。从运行情况看 ， 改造后 的电控系统 与传统的电控 系统相比具有如下 特点 系统具有 更完善的软硬件保 护环 节； 提升操作系统能够实现调绳 、 手动、 半 自动 、 全 自动运行 ； 除常 规 的保 护外 ， 还具 有深 度 指 示 器 断 轴 断 线 保 护 、 减速 点后备保护 、 错向保护 、 给定方 向记忆保护、 二级制动解除保 护 、 减 速段 超速 保 护 、 自动换 向等 功能 ； 安 全 回路 由 P L C内部 和外 部 AC回路 串联 实 现 冗余 ； 制 动 电 源装 置 能 实 现 脚 踏 制 动 、 速 度及 电流闭 环 ， 满 足各 种 载荷所 需 的 制 动力 矩 ； 系统 能 实现提升机全运行过程的 自动监控 ， 对提升机运行过程 中的 参数及可能危及提升机正常运行的设备进行监测 ， 并具有故 障显 示 和报警 功 能 ； 具 有 和 上 位 机 通讯 的 接 口， 实 现 远 程 诊 断和数据采集功能等。电控系统结构简单 ， 应用灵活 、 编程 方便 、 运行稳定可靠 ， 大大提高了提升机 的安全运行 ， 减少了 维 护工作 量 ， 缩短 了提升 时 间 ， 提高 了生 产效 率 。 1 ． 1 控 制 系统 结构 本 系 统采 用 日本立 石 公司 的 C 6 0 PC D R可 编程 序控 制 器 主机 及 C 6 0 PE D R可 编 程 序 控 制 器 扩 展 机 。C 6 0 PC D R 可编程序控制器具有输入、 输出容量 6 0点 ， 数字量输 入、 输 出 8路， 内存 4 K， 可以完成提升系统的各种工作要求。 矿 井提 升机 电控 系统 P L C的输 入 信 号 有 6 3个 ， 输 出有 5 2个 ， 是 根 据 T K D系 统 的工作 过 程 ， 结 合 现 场 实 际 情 况 用 编 程的方法解决各项控制和保护功能之间的逻辑关 系。各 外 设控制开关或传感 器作为输入信 号， 接到 P L C机的输入 端 子。这些信号的工作状态被 P L C机 调用 ， 经逻 辑、 时序、 微 分 、 比较、 计数等手段处理后 ， 使 P L C相应 的输 出继电器、 控 制继电器 、 加速接触器 、 高压换 向器 、 制动 回路、 信号回路等 外部被控对象动作 ， 完成提升机的加速、 等速 、 减速 、 爬行、 制 动 、 停车 、 保 护 、 信 号 、 显示 等 工作 过程 。 控 制 系统 结构 主要 由主控 柜 、 加速 接触 器 柜 、 操 作 台 、 高 压换 向柜 、 制 动电源柜等组成。各 部分相互 关 系如图 1所 示 。 图 1 控 制 系统结 构 1 ． 2系统 软件 提升机 电 控 系 统 对 提 升 容 器 进 行 加 速 、 等 速 、 减 速 、 爬 行、 保护等运行控制。根据工艺要求， 其控制过程如下 当系统加电后 ， P L C首先检查各保 护环节及输入信号状 态是 否正 常 。 如果 正 常 ， 则 解 除 安 全 制 动 ； 否则 ， 不 允 许 开 车 。其次 ， 当井下 发 出提 升 信 号 时 ， 提 升机 按 照 预定 程 序 进 行 ①启 动加 速 ， 以电流 为主 、 时 间为辅 原 则进 行 转 子 电 阻 的 切除 控 制 ； ② 等 速 运行 ， 控制 系 统 无 任 何切 换 ； ③ 减 速 阶 段 ， 投入 低频 或 动 力 制 动 电源 ， 以 速 度 原 则进 行 控 制 ； ④ 低 速 爬 行 ， 自然 过渡 到正力 运 行 ； ⑤停 车 卸载 。 在全运行过程中， P L C根据 电流、 时间、 速度、 位置等 给 定信号 ， 与实际信号进行比较 、 运算和监测 ， 发 出控制信号。 该控 制 过程 可通 过梯 形图 实现 。 2 结 束语 在现有 P L C技术的基础 上， 进一步进行 功能扩充 ， 将会 进一步提高我国矿井提升电控系统的现代化水平。 1 由实际工业运行情况看 ， 用 P L C技术对矿井提升机 电控系统进行改造 ， 不但可 以加强 系统的控 制功能 ， 加强系 统对故障的判别和处理能力， 而且也大大地提高 了系统 的可 靠 性和 安全 性 。 2 改造 后 的系 统 ， 维护 工作 量 比原 系统 减 少 了 4 0 ％ ， 耗 电量减 少 了 2 0 ％ ～ 3 0 ％ ， 节能 效果 显著 。 3 从系统的应用情 况看 ， 仍存在一些需进 一步完善 的 问题 ， 如网络通信功能先进控制技术和策略及智能控制等。 El e c t r i c Co n t r o l S y s t e m o f M i n e Ho i s t e r Ba s e d o n PLC Te c h no l o g y ZHANG Li a n mi n g Y i m a C o a l Mi n e P r o f e s s i o n al S c h o o l i n t h e O f fi c e r s a n d Wo r k e r s ， Y i ma 4 7 2 3 0 0 。 C h i n a 维普资讯