基于PLC的矿井提升机智能型电控系统的分析.pdf

自动化技术与设计 自动化技术与设计 DOI10.165210.1652S/ /j. .cnki. .cnl41134/41134/th.2020.01.080.2020.01.080 基于PLC的矿井提升机智能型电控系统的分析 王 泽 山西临汾西山生辉有限公司， 山 西 运 城044600 摘 要 为提高矿井提升的自动化程度， 基于摘 要 为提高矿井提升的自动化程度， 基于PLC控制原理， 设计一套智能型提升机电控系统。研究了提升机控制原理， 设计一套智能型提升机电控系统。研究了提升机 电控系统， 并对系统的控制程序及各硬件功能及其连接方式进行了详细介绍。该系统以电控系统， 并对系统的控制程序及各硬件功能及其连接方式进行了详细介绍。该系统以PLC控制器作为核心控制器作为核心 控制单元， 所采用的提升系统对提高工效、 保证矿井安全生产意义重大。控制单元， 所采用的提升系统对提高工效、 保证矿井安全生产意义重大。 关键词 矿 井 提 升 机 电 控 系 统 优 化 设 计关键词 矿 井 提 升 机 电 控 系 统 优 化 设 计 中图分类号中图分类号TD633 文献标识码633 文献标识码A 文章编号 1003-773 文章编号 1003-773X 202001-0182-02 202001-0182-02 引言 运输设备的可靠性及安全性是矿井生产需要保 证的环节[ 1 _ 2]。而目前矿井提升系统多采用TDK控 制方式，即采用异步电动机的转子回路对电阻进行 串联而调节电动机转速，但是这种调速方法的可靠 性及安全性较差， 且维修复杂、 提升效率较差， 不能 满足煤矿生产繁重的提升任务，所以此类提升系统 逐步被淘汰。随着科技的进步及煤矿生产要求的进 一步提高， 对矿井提升系统也提出了更高要求， 因此 采用高性能矿井提升系统对煤矿的安全生产具有重 要意义[ 3 ] 。 1提升机电控系统的设计方案 矿井提升机电控系统是矿井提升机的最重要的 组成部分，电控系统主要由变频器与核心处理器共 同控制，通过研究选用型号为S7-300的PLC处理 器。电控系统由变频电源柜、PLC控制箱、 低压配电 箱 、 制动电阻柜、 控制触摸屏等组成， 提升机电控系 统设计方案结构图如图1 所示。 电控系统各组件的功能如下变频电源柜控制 电控系统的速度， 且可以实现能量回馈;PLC控制箱 以两套PLC电控系统为核心， 其中一套PLC控制器 ♦执 行 操 作 供 电 系 统 图 1提升机电控系统设计方案图 1提升机电控系统设计方案 收稿日期收稿日期2019-10-28 作者简介王泽作者简介王泽1991 一 ， 男， 毕业于西安建筑科技大学,机电助一 ， 男， 毕业于西安建筑科技大学,机电助 理工程师， 主要从事机电管理工作。理工程师， 主要从事机电管理工作。 采用自动或手动方式控制提升机的升降、速度及闭 锁、 接受信号指示灯及安全闸等， 另一套PLC电控系 统实现对系统运行的监控功能；制动电阻柜为实现 提升机停止及减速的动力制动；触摸屏可实现系统 运行状态的画面、 指示灯及仪表等的显示， 并具有通 信功能， 画面显示功能显示提升机位置和运行状况。 2电控系统硬件的设计与选型 2.1 PLC硬件电路 通过研究选用德国西门子的S7-300硬件模块, 它有接口模块、CPU模块、 通讯模块、 电源模块及编 程设备等， 其硬件组成结构如图2 所示。CPU模块由 存储器和微处理器组成，其功能主要是采集提升机 的状态信号，实施提升机的控制程序并对设备故障 进行检测， 并对系统的运行数据及程序实时存储。 接 口模块即数据交换模块，实现各硬件直接的数据传 输。 通信模块即实施上位机、PLC控制器、I/O接口等 各设备之间的通信。设备编程采用的是STEP7.5,该 软件能实现不同文件的编辑。电源模块是为实现对 其他外部设备的电源供给，将外部的220 V的交流 电转变为设备所需的5 V或 24 V电压。 2 . 2 双PLC控制系统 使用两套PLC控制系统能明显提高提升系统的 安全性与可靠性。I/O接口信息有模拟信号和开关信 号两种， 开关信号就是数字信号， 输出与输入的数字 通 信 网 络 主 控 系 统------►执 行 操 作 一r■► 主电动机 计 算 机 电 源 模 块 接 口 模 块 其 他 设 备 其 他PLC 操 作 台 总 第2 0 1期 机械管理开发 Total 201 2020 年 第 1 期 MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT N o.l, 2020 输出模块 关关 钮开开源 按择位电 选限 器网灯 接电指申 输人模块 图 2 图 2 PLC控制系统结构图控制系统结构图 2020年 第1期王泽基于PLC的矿井提升机智能型电控系统的分析 183 信 号 为 10和 24。设计的安全回路包含两套安全回 路 ，分别为继电器开关串联组成的安全回路硬件与 PLC软件编程的回路。电气连锁是依据矿井相关安 全规程与设备安全要求而设计的电气设备连锁。 2 . 3 变频调速装置 变频调速装置是煤矿提升机控制系统的主要组 成部分， 该系统对电气控制系统有直接影响。 通过研 究 ， 考虑提升系统的运行速度及提升量， 提出采用交 直交调速变频方案，使用的变频器是德国西门子 SM150型电源压型变频器，组成全自动变频调速装 置。 该装置相对直流变频系统而言， 具有效率高且结 构简单， 能承受更大容量和电压的优点。 变频器结构 使用的为钳位三电平二极管，采 用IGBT功率器件 作为开关管， 采用SVP-WM矢量控制方式。 2 . 4 电控系统通信协议 设计系统采用MPI多点接口通信协议， 该协议 节点数目最大为32个 ，信息数据传输速度为35 kbit/s12 Mbit/s， 在通信量需求较小的情况下， 该通 信方式效果好， 且经济效益明显。 3电控系统软件的设计 软件设计部分均通过WinCC和STEP7 软件界 面编程来实现。系统采用程序结构化方式来进行编 程设计， 整个程序由各个小程序组成， 通过对各子程 序单独进行编写实现整个程序。该系统的程序结构 如图3 所示， 所有的应用程序由提升机准备、 辅助启 动 、 机车操作方式及安全回路等组成 3_1辅助启动 辅助设备包括电机、油泵、制动装置等连锁装 置， 在提升机启动前应首先对辅助设备启动， 辅助设 备的正常启动是系统安全顺利运行的前提条件。 3 . 2 提升机动作准备 该程序首先对提升机是否具有启动条件进行判 断， 启动的条件包括辅助启动与否、 零位联锁控制及 其手柄等。该程序满足时， 提升机会随即启动。 图3电控系统应用程序流程 3 . 3 安全回路 该程序主要是对前面设计的安全回路硬件及软 件进行控制， 通过对提升机进行故障检测， 发生故障 时回路会停闸操作， 并闭锁进行报警。 工作人员通过 查看储存的故障信息,排除相应故障后解除制动。 3 . 4 机车操作方式 提升系统的操作方式包括手动和自动两种方 式。手动控制是通过工人手动完成， 自动控制是通 过PLC控制器对提升方向进行自动判断并执行。 提 升机的回路方向由启动与运行操作决定。操作方向 上的回路需使所有启动条件均满足要求， 各项条件 包括有安全制动解除、 操作方向选择、 辅机启动、 发 出开车信号、 系统接收信号启动等。操作人员通过 控制手柄， 实现上述一系列动作， 最终完成提升系 统的启动。 参考文献 [1 ]李俊峰， 赵永梅,白树君， 等.矿用提升机载荷监测系统设计[J]. 2016,478116-119. [ 2 ] 孟晓兰.提升机自动控制系统在梧桐庄矿主井的应用[J]. 工矿 自动化，2017,439 106-110. [ 3 ] 徐成毅， 吴永东， 黄贺.基于PLC的矿井提升机控制系统设计 [J].可编程控制器与工厂自动化，2008 10 52-56. 编辑赵婧） Analysis of Intelligent Electronic Control System for Mine Hoist based on PLC Zhang Handong Shanxi Linfen Xishan Shenghui Co. , Ltd. , Yuncheng Shanxi 044600 Abstract In order to improve the automation degree of mine hoisting, based on PLC control principle, Malan Coal Mine adopts a set of intelligent hoist electronic control system. The system takes PLC controller as the core control unit, studies the electric control system of hoist, and introduces in detail the control program, hardware functions and connection mode of the system. The lifting system is of great significance to improve the work efficiency and ensure the safety of mine production. Key words mine hoist; electronic control system; optimization design