双PLC在矿井提升机变频改造中的应用.pdf

第 6 期 2 0 0 8年 1 2月 工矿 自 动化 I nd us t r y a nd M i ne Au t omat i o n NO ． 6 De c ．2 0 0 8 文章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 0 8 0 6 0 1 2 5 0 3 双 P L C在矿井提升机变频改造中的应用 蒋新 民． 孙 文志 辽 宁石 油化 工大 学 ， 辽 宁 抚顺1 1 3 0 0 1 摘要 针对某煤矿井下提升机控制 系统的缺点， 文章提 出了一种采用双 P L C实现 的“ 双线控制” 的矿井 提升机 变频 改造 方案 ， 详 细介 绍 了“ 双 线 制” P L C控 制 系统 的设 计理 念 及 其组 成 ， 分 析 了该 系统 实现 同步控 制、 双重保护的工作原理 ， 介绍了改善 系统调速性能、 提高系统安全性和可靠性的技术措施 。 关键词 矿 井 ； 提 升机 ；变频调速 ；双 P L C； 安 全 回路 中图分类号 T D 6 3 3 文献标识码 B 0引言 目前 ， 大 多数 中 、 小型 矿井采 用 的斜井 绞车提 升 机 控制 系统普遍 采用交 流绕 线式 电机转 子 串 电阻 的 调 速方式 。该 控 制 系 统 在 调 速 过 程 中存 在 以下 缺 点 交流接触器动作频繁， 回路接点数量较多， 设备 故障率较高， 安全性较差 ； 转子外电路所串的电阻产 生相 当大 的能量损 耗 ； 该 调 速 系 统属 于 开 环 有级 调 速 ， 调速的平滑性 差， 调速 和换档 过程 中电流 冲击 大 ， 低速时机械特性较软 ， 静差率较大， 对设备产生 较大的冲击 ， 且影响提升系统的运行质量。 随着变频技术及 P L C技术的迅速发展 ， 使得矿 井 交 流 提 升 机 控 制 系 统 的 变 频 改 造 成 为 现 实 。 2 0 0 5年 ， 笔 者对抚 矿集 团老虎 台矿井 下 斜井 提 升 机 控制系统进行了技术改造， 采用双 P L C实现“ 双线 控制” ， 几年来的运行和测试表明效果 良好。 l“ 双线 制” P L C控 制理念 所谓双线制是指控制系统采用 2套 P L C作为 系统的控制核心 ， 一套作为主控系统 ， 另一套作为监 控系统 。每套 P L C系统都带有各 自独立 的位置检 测元件 轴编码 器 。正常工作时， 2套 系统 同时投 入运行 ， 对运行参数和运行状态进行同步实时监控 ， 对一、 二类故障实行双重保护。 为了确保 2套 P L C系统能同步工作 ， 在主 P L C 收稿 日期 2 0 0 8 --0 6 1 3 作者简介 蒋新 民 1 9 6 O 一 ， 男， 辽宁抚顺人 ， 讲 师 ， 1 9 8 5年毕业 于抚顺矿务局工学 院电气 自动化专业 ， 现任辽 宁石油化 工大学职业 技术学院电气 自动化教研室主任 ， 主要从事 自动化专业 的教学与研 究工作。T e l O 4 1 3 6 8 6 3 3 4 5 ， E - ma i l j x m1 0 1 5 1 6 3 ． c o m 内对 2 套 P L C系统的位置信号和速度信号进行实 时 比较 ， 一旦偏 差过 大 ， 就 会立 即报警 。 如果一套 P L C出现故障， 可在“ 应急 1 ” 或“ 应 急 2 ” 方式下 ， 由单套 P L C继续工作。在应急方式 下工作时， 所有的保护并没有缺少， 只是速度降低了 一 半 ， 且没 有 了“ 双线 制” 。 2“ 双线 制” P L C控 制系统 组成 “ 双线 制 ” P L C 控 制 系 统 的 电 路 如 图 1所 示 。 该系统的核心是 2台 P L C， 均采用 日本三菱公司的 F X 2 N 系 列 产 品。P L C1为 F X 2 N一 1 2 8 MT 型 号 ， 作为主控系统 ， P L C 2为 F X 2 N一6 4 MT型号， 作为 监控系统 。每个 P L C都配有一个模 拟量输入单元 F X 2 N一4 AD 和模 拟量输出单元 F x 2 N一4 D A 。 A1 1 为 主 P L C的模 拟 量 输 入 单 元 ， A1 2为 主 P L C 的模拟量输 出单元； A 2 1为监控 P L C的模拟量输入 单元 ， A2 2为监控 P L C的模拟量输出单元 。系统中 模拟量输入单元用于手动速度给定 来 自主令控制 器 、 变频器速度给定 来 自 P I D输 出 、 电机电流给 定 来 自 P I D输 出 、 液压站油压检测信号输入 ； 模 拟量输出单元用 于变频器速度控制 送控制板 2 、 变 频器 速度指 示 、 电机 电流指示 、 液压 站油 压指示 。 从 图 1中可看 出 ， 重 要 的保 护 和监视 、 模拟 量输入 和 输 出均采 用 双线实 施 控 制 ， 确保 系统 同步运 行 和 多 重保护 ， 以提高系统的控制效果和安全可靠性 。 3同步控 制和 监控 该控制 系统中， 实 际速度来 自 P L C 1和 P L C 2 的基本单元 中高速计数器输入端子 X0 、 X l ， 2个输 入端子分别接收轴编码器 P G1和 P G2 的脉 冲信 号 进行快速计数 ， 并选择高速计数器C 2 5 1 存储计 1 2 6 工矿 自动化 2 0 0 8年 1 2月 M l 2 1／ 上 停 车 D 1 1 O D O 0 眦l 紧 停 DO0 DI 1 0 上停车 K 3 5 K 3 5 D I l l 下 停 车 2／ D O l 上同步 3／ D 1 0 5 下停车 D I 1 1 提升 l D O 10 D 10 6 下 同 步 4／ 9-- “上 同 步 D O 1 D 『 0 5 下同步 D 1 0 6 D O1 0 K 3 c ,z t DI 1 5 l K 寅、 、 L L I DI l 2 制动手柄。 位l K 一 ， 下过卷 D I I 6 DOl 1 下放 K n 3 8 D O1 l D I I 3 事故复位 l 4／ 复 位 D I 2 4 I K 3 7- 1 L I D I 1 5 上 过 卷 ’ s l 水平调整 使能 K n 3 9 DO1 2 DI 1 6 下 过卷 K 3 o ＼ D I 2 5 D O1 2 i 跛 { 5i} 护 多 l U D I 1 7 D B1 m 制动 K n 4 1 DO1 3 ． ． I D O l 3 l U D I 2 4 复位 K 娥行 D I 5 6 竺 塑 堡 芏 B 1 ／提升 D I 6 6 1 3 0 2 4 工作闸 Kn 4 2 D O 2 4 D I 2 5 室 圈 D B6 I U DI 2 6 5 6 墼 蝰堑 D I 3 0 ／下放 D I 3 6 提升 BI l O D I 3 7 下放2～8 D I 3 7 、 一 K I ．t 制动 手 柄0 位 D I 加 墨 堡 ／P L C 2 急 停 DI 6 3 I 圜 Xl Xl l 、 I XO XO -_1 ． l 24V 24V COM COM I l l／ I l l P Gl P G2 MO M0 a 双 P L C开关量接线图 b 双 P L C模拟量接线 图 图 1 “ 双线 制” P L C控 制系统 电路 图 数脉冲。由公式 S【 一C 2 5 1 7 c D／ P可计算 出脉 冲数所对 应 的行 程值 。式 中 D 为滚筒 直径 ； P 为滚 筒转 1圈时编码 器 实 际输 出 的脉冲数 ， 用 D1 2 6 、 D1 2 7 存储该数值 。根据一定 时间内测得 的行程差 值△S与该段时间／ k t 之比即可算出编码器所产生 的速度信号 ， 用 D1 6 2存储该数值。 提升 机运行 时 ， P L C 自动 产 生 以行程 为 自变 量 的速度给定 S 和 以时 间为 自变量 的速度 给定 信号 。在等速段运行时只有 s 给定 ， 在减速 段时由 s 和 双重给定。当两者不一致时， 取 两者的最小值 。 系统 运行 过 程 中 ， 实 现 同步 控制 的方法 是 在轨 道上安装电感式接近开关或在深度指示器上安装接 近开关 。当提升机运行到指定位置时， 对应的开关 动作 ， 将开关所在位置对应的脉冲数 同步装入高速 计数器 C 2 5 1中， 对原 C 2 5 l中的值进行修正 ， 并在 2 0 0 8年第 6期 蒋新民等 双 P L C在矿 井提升机 变频改造 中的应 用 1 2 7 此基础上继续计数和运行 。通过不断修正 C 2 5 1中 的值 ， 就 可 以达 到 同步 的 目的 。 4 采用 冗余技 术实现 安全 保护 为了提高该控制系统的安全及可靠性 ， 在安全 回路 的设计上采用 3条 回路实现三重保护 l条硬 件安全电路， 2条软件安全 回路。这 3条安全 电路 相互冗余与闭锁。安全回路硬件电路和软件梯形 图 如 图 2 所示 。 制动油泵合 a 硬件 电路图 安全电磁铁 M b P L C 1的软件梯形图 等速P L C 2 松绳 错向 传动系统油压 残压 限速 超速编码2 齄幻 l 荜 保护 保护故障 过高 过高 保护 卜 _ _怍 卜4 ／ f 十 一 _ l十 F _ _ _怍 Y0 6 4 Y0 5 X0 2 5 Y0 1 7 Y0 2 7 X0 3 l YO 2 l YO 5 P L C1 安全 紧停 线圈 X 图 2中， 合主回路馈 电开关和控制系统电源开 度 ， 丰富了控制功能 ， 改善了工作性能 ， 操作方便， 显 关， 控制回路有电； 将操作方式转换开关置于复位位 示直观， 保护完善 ， 是一套既节能又提效 的矿井提升 置， 将主令控制器手柄和制动手柄置于 0位 ； 合制动 机变频控制系统 。 油泵 和润滑 油泵 开关 ； 按 事 故 复位 按 钮 ， 待 “ 硬件 紧 停” 、 “ P L C 1紧停 ” 、 “ P L C 2紧停 ， ， 指 示 灯熄 灭 后， 参考文献 3 条安全电路全部带电解除安全制动。3条安全 电 [ 1 ] 宋伯生． P L C编程实用指南[ M] ． 北京 机械工业出版 路正常时都闭合 ， 出现故 障时 ， I条安全 回路断开， 社， 2 0 0 7 ． 另 2 条安全回路也同时断开。因为 3条安全电路相 E 2 ] 于庆广． 可编程序控制器原理及系统设计[ M] ． 北京 互具有闭锁功能， 3个闭锁接点分别是 K2 5 、 K2 6 在 清华大学出版社， 2 0 0 4 P L C 1的软件梯形 图中为 Xo 5 6 ， 在 P L C 2的软件梯 [ 3 ] 吴忠智， 吴加林 变频器应用手册[ M] 北京 机械工 形图中为 X O 2 6 、 P L C 1紧停 在硬 件 电路 图中为 业出版社， O O K3 2 ， 在 P L C 2的软件梯形 图中为 X 0 2 7 5 1 P L C 2紧 [ ] 郁汉琪， 郭健 可编程序控制器原理及应用[ M] 北 硬 路 图 中 4 ，在 P L C 的 软 件 梯 形 图 嘲喜 呲 中 为 X O 6 3 ， ． ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一⋯ 因此 ， 采用 3条安全 电路从根本上保证 了提升 [ 6 ] 曹辉 ，霍 罡． 可编程序控制 器过程控制 技术 [ M] ． 机运行的安全可靠性。 北京 机械工业 出版社 ， 2 O O 6 ． 5 结语 [ 7 ] 张万忠 可编程序控制器应用技术[ M] 北京 化学工 本文提 出的矿井提升机变频改造控制系统在抚 [ 8 ] 陈立定． 电器控制与可编程序控制器原理及应用[ M] ．