基于西门子变频PLC的矿井提升机控制系统.pdf

第 2 9 卷第 6 期 2 0 0 8年 6 月 煤矿机械 Co a l Mi n e Ma c h i n e l v o 1 ． 2 9 No． 6 J u n．2 00 8 基于西门子变频P L C 的矿井提升机控制系统 宋爽 ，陈军 霞 1 ． 河北工业职业技术学院，石家庄 0 5 0 0 2 1 ；2 ． 河北科技大学 经济管理学院，石家庄 0 5 0 0 1 8 摘要传统的矿井提升机转子串电阻调速系统， 存在着控制方式繁琐、 可靠性低、 调速性能 差等缺点。针对这种情况提 出了一种基 于西门子变频 器 MM4 4 0和可编程控制器 P I E s 7 一3 0 0的 矿井提升机控制系统的设计方案 ， 并对这一方案进行 了分析。 关键词 系统性能 ；P IE ；变频器；变频调速 中图分类号 T P 3 4 2 ． 3 文献标志码 A文章编号 1 0 0 3 ． 0 7 9 4 2 0 0 8 0 6 - 0 1 3 1 - 0 3 Dr i v i n g Co n t r o l S y s t e m o f M i n e Ho i s t Ba s e d 0 n S I EMENS Fr e q u e n c y Co n v e r t o r a n d P L C S O N G s b l l a I l g l ， C H E N J u n 一 菇 1 ． H e b e i V o c a t i o n a l a n d T e c h n i q u e C o l l e g e ，S h ij i a z h u a n g 0 5 0 0 2 1 ， C h i n a ； 2 ． C o l l e g e o f E c o n o m i c s and Ma n a g e m e n t ， H e b e i U n i v e r s i t y of S c i e n c e and T e c h n o l o g y ， S hi j i a z h u a n g 0 5 0 0 1 8 ， C hin a Ab s t r a c t I n t h e t r a d i t i o n a l s p e e dr e g u l a t e d s y s t e m o f a mi n e h o i s t ，s p e e d i s c o n t r o l l e d b y u s i n g r o t o r r i n g r e s i s t a n c e ，the r e a r e many p r o b l e ms s u c h a s the f u s s y c o n t rol l i n g w a y ，b rea k i n g d o w n e asi l y and p o o r s p e e d c o n t roU i n g e t c ． ．A c c o r d i n g t o thi s k i n d o f c o n d i t i o n，d e s i g n a c o n t rol s y s t e m b ase d o n S I E ME NS f req u e n c y c o n v e r t o r MM4 4 0 and P L C s 73 0 0 ．and a n aly z e the s c h e me ． Ke y wo r d s s y s t e m p rop e r t y；p rog r a mma b l e l o g i c c o n t rol l e r ；f r e qu e n c y c o n v e rto r ；v a r i a b l e f r e q u e n cy c o n t r o l 1 变频调速方案 提升机在运行过程 中， 矿井井下和井 口必须用 信号联络， 信号未经确认 ， 提升机不能运行。当操作 工人听到开车信号时， 按下启动按钮， P L C控制将 A C 3 8 0 V电源接 人变频器 。提升机起动时 ， 先对 电 机施加直流制动 ， 再松开机械抱 闸， 防止溜车 ， 提升 机开始运行。在提升过程 中， 控制提升机运行 的速 度曲线可 由 P L C编程产生 ， 经过 A ／ D转换 ， 由模拟 量输出口输出， 以驱动变频器工作 ； 也可根据现场的 工况需要 ， 由操作台速度控制手柄 以人工方式进行 控制。旋转编码器可以检测电动机的转速， 并将此 信号传送给 P IE ， P L C通过该信号可以累计计算提 升机的速度及行走距离 ， 监视器可以时时显示提升 机速度 和位 置。井 口液压 站的作用是液压 机械制 动 ， 类似电磁抱 闸。此制动器用于重车静止 时的制 动 ， 停车时先通过液压站给卷筒施加机械制动力 ， 再 取消直流制动力 ， 其受 P IE 和变频器控制。控制监 视系统是操作人员 ， 控制系统及运输 系统之 间的桥 梁 ， 它可以在线监测提升机运输系统的各种工作参 数、 工作状态、 故障参数和故障状态。 2 控制系统设计 2 ． 1 系统性能特点 1 为了便于系统故障时不影响生产进行， 在使 用工频系统的基础上增加变频 系统 ， 并且可 以实现 工频 一变频的切换。 回馈至变频器的直流侧， 通过制动单元和制动电阻 泄放。并将电网侧功率因数提高到 0 ． 9 5 以上。 3 可实现性能优越的闭环控制。配合工艺， 实 现提升和下降的不同速度运行。 4 采用 P L C软件编程可实现提升机 s 形速度 给定及操作台人工速度给定， 能够实现 自动及手动 调速 ， 灵活性大 ， 易于操作。 5 N用 P L C的编程软件及变频器的功能参数 取代了大量接触器、 继电器等硬件， 使设备运行的可 靠性得到极大提高。 2 ． 2系统硬件设 计 1 变频 P L C调速主电路 变频 P L C调速主电路如 图 i 所示。 Q S i l _ 1 ． ／ R ， 、 岛 I 3 一 J／ S ／ I 、 一 ／ 一 T U 岛I l 作台 0 一 l O V 4 W 一／ 夏 O 4 ． 7 魍 岛 I2 鲎 一 o 4． 6 0 4 ． 5 O 4 ． 4 B _ 二坷 Q 4 ． 3 O 4 ． 2 8‘ B I 1 ． 1 Q 4 ．1 l 6 1 0 Q 4 ． 0 l 7 开 一 瓣 辩 捆 巍 I O ． 3 C O M 佩 器 E 0 ． 2 厂 2 0 NN Oc O 1 I 2 ．5 2 l I 2 ． 6 卜 _ 2 2 7 - 3 0 0 L I 2 4 r -- 2 2 8 5 ／ I 4 4 0 2 能够实现平滑无级调速。再生发电时电能 图1 变 频P L C 调逮系 统主电 路 一 l 3l 一 维普资讯 V o 1 ． 2 9 N o ． 6 基于西门子变频 P L C的矿井提升机控制系统宋爽， 等 第 2 9 卷第 6 期 控制系统 的核心部件为西 门子公 司的 s 73 0 0 P L C和 M M 4 4 0变频器， 采用并行连接， 其连接方式 分为模拟量和开关量连接。其中开关量连接方式抗 干扰能力强。针对 开关量连接 的控制过程 P L C的 Q 4 ． 2 输出开关量“ 1 ” ， 变频器启动， 重车加速上行， 空车同时在井口车场位置开始下行， M M 4 4 0 工作在 第 1 频率段 设为 2 5 H z ， 此阶段为过渡阶段； 时间 继 电器延时 1 5 S 后 由 P L C发出加速信号给 M M 4 4 0 ， 从而 M M 4 4 0 切换到第 2 频率段 设为 5 0 H z ， 此阶 段为稳定运行阶段。当重车快到井 口时， 重车减速 上行， 延时 2 0 S 后， M M 4 4 0 切换到第3 频率段 设为 8 H z ， 此阶段一般为低速爬行， 便于在规定位置停 车； 同样， 再延时 5 S 后， M M 4 4 0 切换到第 4 频率段 设为 0 ， 重车减速到零， 提升过程结束。 2 变频 P L C调速辅助电路 变频 P L C调速辅 助电路 主要包括 变／ 工频 切换 电路和变频器声光报警 电路 以及变频器制动控制电 路 。 ①变／ 工频切换和声光报警 电路 该 电路设计方案有 2种 一是报警设 备设 置在 P L C端 ， 即利用 Q 4 ． 6和 Q 4 ． 7 。二是设在变频器端 。 这里讨论第 2 种， 如图 2 所示。无论哪种方案均可 满足以下要求 在“ 变频运行” 时， 一旦变频器因故障 而跳闸时， 可自动切换为“ 工频运行” ， 同时进行声光 报警 。 图 2 变／ m频切换和声光报警电路 当 P L C的Q 3 ． 1 ， Q 3 ． 2输出开关量“ 1 ” ， Q 3 ． 3 输 出开关量“ 0 ” 时， 接触器 K M2动作 ， 将 电动机接至变 频器的输出端。接触器 K M 2动作后 K M1 也动作， 将工频电源接至变频器的输入端， 并允许电机起动。 同时使连接到接触器 K M 3线圈控制电路中的接触 器 K M2常闭触点断开 ， 确保接触器 K M3不能接通。 从 而系统运行于变频状态 。 在变频运行中，如果变频器因故障跳闸，则变 频器的“ N CC O M” 触点断开 ，K M1 和 K M2线圈均 失电，其主触点切断变频器与电源之间，以及变频 器与电机之间的连接。同时“ N OC O M” 触点闭合， 报警扬声器 H A和报警灯 H L 进行声光报警。同时， 时间继电器 K T P L C内 得 电，其触点延时一段时 间后闭合， 使 Q 3 ． 3 输出为“ 1 ” 并保持， 电机进入工频 运行状态 。 ②制动单元 在提升机工作过程中， 当重车减速， 由于提升机 负载惯性较大， 常常造成不能控制准确停车； 另外有 占 1 0 ％的时间单独运送货物到井下时 ， 电机长时间 处于再生发 电状态 ， 需要进行有效 的制动 。所 以应 设置动力制动单元 和制动 电阻 ， 这些是作为选 购件 提供给用户的。 2 ． 3系统软 件设 计 1 P L C控制 ①变量约定 Q 4 ． 0 _ 频 器复位 ， Q 4 ． 1 一电机 反转 ， Q 4 ． 2 一 电机正 转， Q 4 ． 3 、 Q 4 ． 4 、 Q 4 ． 5 一多 段 频 率， Q 4 ． 6 、 Q 4 ． 7 安 全报 警 ， Q 3 ． 1 、 Q 3 ． 2 、 Q 3 ． 3 一变频／ 工 频 切 换， I 2 ． 5 一故障， I 2 ． 6 -抱 闸， 1 0 ． 1 一起动， 1 0 ． 2 停 止 ， 1 0 ． 3 、 1 0 ． 4 一变 频／ 工 频切 换 ， l 0 ． 5 一复位 ， l 0 ． 6 - 上升， 1 0 ． 7 一下降， I 1 ． 0 _ _ 过卷 ， I 1 ． 1 松绳 ②部分控制流程如图 3所示 。 图 3 部分控 制流 程图 2 多段速运行 ①多段速运行 曲线 如图4 所示。提升机无论正转、 反转， 其工作过 程是相同的， 都有 4挡转速 2 5 H z 、 5 0 H z 、 8 H z 、 0 ， 对应启动、 加速、 中速运行、 稳定运行、 减速、 低速运 行、 制动停车 7 个阶段。调速可由程序控制段速运 行 ， 也可由外端子控制段速运行。以下 以外端子控 制段速运行进行说明。 - - - 1 3 2--- 图 4 多段速运行 曲线 维普资讯 第 2 9卷第 6 期 2 0 0 8 年 6月 煤矿机械 Co a l Mi n e Ma c h i n e 1 、 ． 2 9 No ． 6 J u n．2 008 箕斗提 升钢丝绳罐道中间水 平稳罐 装置研究 陈利强 ，郝群 ，王雷 ，林壮 1 ． 中国矿业大学 机电工程学院，江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 ；2 ． 柳新煤矿，江苏 徐州 2 2 1 0 0 0 摘要通过对钢丝绳罐道主井提升过程中中间水平箕斗摆动量的分析， 阐述了钢掣绳罐道 箕斗提升设置 中间水平稳罐装置的必要性 ， 设计 了一种机械手式的电动钢丝绳罐道 中间水平稳罐 装置 ， 投入使用后大大提 高了提升效率 ， 取得 了很好 的经济效益。 关键词；箕斗撂升；中间水平；稳罐装置钢丝绳罐道 中图分类号T D 5 3 4 文献标志码；A 支章绵号； 1 0 0 3 0 7 9 4 { 9 -0 0 } O g 一 0 1 3 3 0 3 S t u d y o f Ca g es t a b i l i z i n g De v i c e f o r W i r e Ro pe Gu i de I n t e r m e d i a t e Le v e l i n S k i p Ho i s t C H E N L i q i a n ， H A O Q u n， WA N G L e i ， L I N 1 ． C o rt e g e o f E l e c t m me c h a n i c al E n g i n e e r i n g ， C h i n a U n i v e m i t y o f M i n i n g a n d T e c h n o l o g y l X u z h o u 2 2 1 0 0 8 l C h i n a ； 2 ． L i u x i n C o a l M i n e ， X u z h o u 2 2 1 0 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t By a n a l y z i n g a s wa y q u an t i t y o f t h e s k i p wh i c h a d o p t s wi r e r o p e g u i d e i n h o i s t i n g p r o c e s s ，e x p o u n d s the n e c e s s i t y o f i n s t a l l i n g c a g e s t a bi l i z i n g d e v i c e i n the i n t e r me d i a t e l e v e l ，an d d e s i g n s a e l e c t r o mo t i v e c a g e s t abi l i z i n g m a c h i n e h and w h i c h i s u s e d i n the i n t e rm e d i a t e l e v e l t o f u l fi l l the g o a1．O n c e the d e v i c e i s a d o p t e d， h o i s t i n g e ffic i e n c y c a n b e g r e a t l y i mp rov e d and s o t md e c o n o mi c b e n e fi t s c a n b e a c h i e v e d ． Ke y wo r d s s k i p h o i s t ；i n t e rm e d i a t e l e v e l ；c ages t ab i l i z i n g d e vic e；wi re rop e g u i d e 0 前 言 主井箕斗担负着全矿煤炭的提升任务 ， 是煤矿 生产 的一个重要环节 ， 其 提升效率直接影响着 矿井 的产量。由于钢丝绳罐道装置具有结构简单、 节约 投资、 运行平稳等优点 ， 近年来钢丝绳罐道在煤矿立 井提升系统中应用愈来愈普遍， 随着矿井开采深度 不断加大 ， 主井钢丝绳罐道多水平提升方式愈来愈 多， 但其柔性大， 与刚性罐道相比运行过程中容器摆 动量大， 中问水平装载或直接通过的问题一直没有 得到很好地解决。因此， 研究一种简单可靠的钢丝 绳罐道中间水平稳罐装置 ， 对箕斗提升 的安全生产 和提高经济效益具有重要的意义 。 1 钢丝绳罐道中间水平稳罐装置的使用现状 目前， 国内在钢丝绳罐道提升系统中普遍使用 的中间水平稳罐方式为四角罐道稳罐 。由于四角稳 罐道与提升容器 间 的间 隙必 须 ≤1 0 m i l l 。因此 ， 在 ②多段速频率 多段速频率 的选择如表 1 。 表 1 多段频率的选择 3 变频器主要功能参数的设置 P0 7 0 02，P0 7 01 1 7，P 0 7 0 2 1 7，P 0 7 0 3 1 7， P 07 0 41．P 0 7 0 52．P 0 7 0 69 PI O 0 0 3，P1 0 012 5，P1 0 0 2 5 0，P1 0 0 3 8， P1 0 0 40．P 0 7 315 2． 3 3 结语 速且调速范围宽 ， 加速曲线呈 s形 ， 使加／ 减速平滑。 外围控制的P L C与相应传感器可构成闭环控制， 具 有良好的动静态响应特性、 带负载能力及抗干扰能 力， 友好的人机界面实时监测系统运行情况， 提高了 系统运行的可靠性。在获得 良好调速性能的同时， 节能效果十分显著。 参考文 献 [ 1 ] 李方 园 ． 变 频 器 自动化 工程 实践 [ M] ． 北京 电子工 业 出版 社 ， 2 0 0 7 [ 2 ] 谭波， 李燕林， 谭冠政 变频调速在矿井提升机中的应用[ J ] ． 电器 工业 ， 2 0 0 5 4 ． [ 3 ] 郭月英． 采用 P L C控制方式的矿井提升机电控系统[ J ] ． 科技情报 开 发与经济 ， 2 0 0 5 ， 1 5 1 6 作者简介宋爽 1 9 7 0 一 ， 女， 河北石家庄人， 讲师， 河北工业职 业技术学院信息工程与自动化系， 主要从事自动控制方面的教学与 研究工作 ， 电子信箱 s o n g s h u a n g O 1 1 1 1 6 3 C O IT I ． 提升机采用变频 P L C控制系统 ， 实现 了无级调 收稿日期 2 0 0 8 - 0 1 0 7 1 3 3 维普资讯