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2018年第2 期 N o. 2 2018 煤 炭科技 COAL SCIENCE 系统优化;P L C改造设计 中图分类号T D534 文献标志码B Research on optimization and re Design of mine hoisting system LIU Ming-yu Electromechanical Plant, Xishan Coal Electricity Group Co. ,Ltd. , Taiyuan, Shanxi ,030053 Abstract In view of the shortcomings of the traditional lifting system, this paper redesigned the lifting system with PLC technology as the core, and put forward the overall re scheme, the design of fault diagnosis system, the network design and the speed regulation design, which is of great significance to the overall perance of the hoisting system. K e y words mine hoisting;system optimization； transation design ofPLC C L C n u m b e r T D534 Document identification code B 水下沉， 排水下沉应采用井点降水， 不能直接在沉 井内抽水， 沉井内水位低于地下水位时， 很容易产 生管涌、 流砂， 影响杭埠河堤防和周边村庄安全。 参考文献 [ 1 ] 叶成明， 李小杰， 刘迎娟.浅层地下水取水工程综述[J].探矿工程 岩土钻掘工程,2011,386院 29 - 32. [ 2 ] 翁修荣■ 地下水取水工程管理[J].中国水利， 20091558 - 60. [ 3 ] 郑苗.浅析水源地水环境的水质调查与评价方法J].水能经济， 201610 154. 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[ 8 ] 毛昶熙.管涌与滤层的研究管涌部分[J].岩土力学， 2005,262 209 - 215. 作者筒介许宙伟1983， 男， 安黴蚌埠人， 2007年毕 业于华北水利水电学院岩土工程专业，安黴省水利水电勘 测设计院工程师。 收 稿 日 期 院 2018-03-12 56 煤 炭 科 技 2018年第2期 我 国 的 煤 炭 资 源 消 耗 量 极 大 ， 随 着 浅 部 煤 炭 资 源 的 枯 竭 ， 深 部 煤 炭 开 采 成 为 必 然 的 选 择 ， 这 对 矿 井 的 提 升 系 统 也 就 提 出 了 越 来 越 高 的 要 求 矿 井 提 升 机 是 矿 井 中 重 要 的 运 输 设 备 ， 其 运 行 的 稳 定 性 和 可 靠 性 对 于 矿 井 高 效 生 产 、 降 低 事 故 发 生 率 都 有 重 要 意 义 。 自 动 化 及 计 算 机 技 术 的 高 速 发 展 为 矿 井 提 升 系 统 的 自 动 化 控 制 奠 定 了 基 础 ， 与 发 达 国 家 相 比 ， 我 国 矿 井 提 升 系 统 在 安 全 可 靠 性 和 自 动 化 水 平 上 还 有 较 大 的 提 升 空 间 [ 2 ] 。 基 于 此 ， 以 P L C 技 术 为 基 础 对 矿 井 提 升 系 统 进 行 了 改 造 。 1总体改造方案 采 用 P L C 技 术 对 原 矿 井 提 升 系 统 进 行 改 造 ， 增 加 了 一 套 继 电 器 系 统 ， 并 保 留 了 一 些 原 提 升 系 统 中 的 传 感 器 元 件 ， 和 原 有 的 继 电 器 系 统 形 成 两 套 相 互 独 立 的 系 统 ， 正 常 运 行 时 ， 矿 井 提 升 机 可 以 在 两 套 系 统 中 随 意 切 换 ， 改 造 后 的 结 构 组 成 如 图 1 所 示 。 | 丨 _ I机操作H I 底装载| |井口卸载|险测传感器州| H 他执行器件| 3 1 ] [ 1 1 I t I 继电器系f充 /PLC系统切| I 输入 1ln | |输出 _______1 1_____i ] [ I继 电 器 制 I I PLC控制系统 | 图 1系统结构组成 在 保 留 原 有 继 电 器 功 能 的 条 件 下 ， 为 了 使 操 作 人 员 更 加 方 便 地 掌 握 控 制 系 统 的 工 作 情 况 ， 增 加 了 一 些 节 点 和 信 号 的 显 示 [ 3 ] 。P L C 的 输 出 和 输 入 模 块 分 别 与 不 同 的 外 部 线 路 相 对 应 ， 为 了 对 模 块 的 工 作 情 况 进 行 提 示 ， 每 个 模 块 上 都 设 计 有 显 示 灯 。如 果 P L C 发 生 故 障 ， 显 示 灯 可 以 进 行 报 警 。 2基 于P L C的故障诊断系统设计 P L C 控 制 系 统 负 责 故 障 诊 断 、速 度 控 制 和 外 围 设 备 的 控 制 等 工 作 ， 是 整 个 矿 井 提 升 机 控 制 系 统 的 核 心 。P L C 控 制 系 统 的 性 能 对 矿 井 提 升 系 统 的 工 作 性 能 具 有 决 定 性 影 响 。作 为 P L C 控 制 系 统 的 一 部 分 ， 故 障 诊 断 系 统 对 保 障 矿 井 提 升 机 的 正 常 运 行 有 着 重 要 意 义 。为 了 使 系 统 具 有 更 强 的 可 靠 性 ， 设 计 了 两 套 相 互 补 充 的 自 动 化 系 统 ， 其 中 系 统 A的 主要 功 能 是 对 提 升 机 进 行 控 制 ， 系 统 B 负 责 对 系 统 进 行 监 视 和 故 障 诊 断 ， 其 结 构 如 图 2 所 示 。 通 过 两 条 回 路 工 作 ， 提 升 系 统 中 的 安 全 设 备 可 以 减 小 相 同 故 障 发 生 的 概 率 ，根 据 事 故 的 严 重 程 度 ， 由 重 到 轻 将 事 故 分 为 一 到 四 类 ， 如 果 只 是 发 生 四 类 的 轻 微 事 故 ， 系 统 不 对 提 升 机 制 动 停 车 ， 只 进 行 声 光 报 警 ； 当 出 现 三 类 故 障 时 ， 在 提 升 机 结 束 本 次 循 环 后 进 行 制 动 ， 系 统 结 束 提 升 机 的 运 行 ;如 果 发 生 二 类 事 故 ， 系 统 控 制 提 升 机 进 行 减 速 并 进 行 报 警 ， 当 提 升 机 速 度 减 小 到 安 全 速 度 时 ， 提 升 机 制 动 停 车 ;如 果 出 现 一 类 事 故 ， 系 统 通 过 对 制 动 系 统 进 行 控 制 ， 使 提 升 机 立 即 停 车 并 进 行 报 警 。 通 道 A通 道 B 传动 闭环控制 位 置 /速 度 检 测 位 置 /速 度 检 测 监控监控 PCL1PCL 安 全 回 路安 全 回 路 外 围 设 备A D FM458 S7-CUP JJr外 围 设 备B 图 2 P L C 故障诊断系统结构 通 过 计 算 机 通 信 配 套 设 备 ，系 统 接 收 各 个 传 感 器 的 信 号 4-5]， 可 以 绘 制 参 数 变 化 曲 线 ， 记 录 故 障 诊 断 的 历 史 信 息 ，并 可 以 在 显 示 器 上 实 时 显 示 提 升 机 的 运 行 参 数 ，便 于 操 作 人 员 了 解 掌 握 提 升 系 统 的 运 行 状 况 。根 据 故 障 诊 断 信 息 和 历 史 记 录 信 息 可 以 预 测 设 备 的 损 耗 情 况 ， 实 现 系 统 的 优 化 检 测 与 智 能 预 防 。 3基 于P L C的网络应用设计 通 过 网 络 技 术 ， 各 个 组 成 设 备 可 以 被 连 接 成 一 个 有 效 的 整 体 ， 从 而 增 加 信 号 在 不 同 设 备 间 传 输 的 速 度 ， 使 矿 井 提 升 系 统 的 整 体 性 能 得 到 增 强 。S 7 系 列 的 P L C 系 统 应 用 较 为 广 泛 [ 6 ] ， 对 设 备 的 要 求 极 低 ， 具 有 较 强 的 外 部 总 线 接 口 兼 容 性 ， 不 仅 可 以 适 应 井 下 潮 湿 、 粉 尘 、 高 温 的 工 作 环 境 ， 还 可 以 实 现 多 种 通 信 方 式 的 有 效 连 接 。 图 3分布式提升机控制系统网络结构 系 统 结 构 图 如 图 3 所 示 ， 由 上 至 下 可 依 次 分 为 数 据 采 集 层 、 信 息 处 理 层 和 信 息 存 储 分 析 层 ， 层 式 结 构 体 系 。数 据 采 集 层 通 过 安 装 在 设 备 上 的 传 感 器 ， 可 以 得 到 设 备 的 运 行 参 数 ， 完 成 数 据 采 集 ， 实 时 掌 握 设 备 的 运 行 情 况 。采 集 到 的 设 备 由 信 息 处 理 层 进 行 初 步 的 处 理 ， 并 判 断 和 记 录 故 障 信 息 。数 据 的 统 计 和 分 析 由 数 据 存 储 分 析 层 完 成 。 2018年第2期 刘明玉院矿井提升系统的优化改造设计研究 57 控 制 系 统 中 信 息 失 真 、 传 递 效 率 慢 、 故 障 诊 断 率 低 等 问 题 可 以 采 用 现 场 总 线 技 术 解 决 ， 该 技 术 对 于 节 省 控 制 系 统 成 本 ， 简 化 设 备 之 间 的 连 接 有 着 重 要 意 义 。 4基 于P L C变频调速设计 由 变 频 调 速 原 理 可 知 ， 电 机 的 功 率 和 转 速 会 随 着 电 机 频 率 的 改 变 而 发 生 变 化 。电 机 消 耗 功 率 随 着 电 机 转 速 的 降 低 而 减 小 ， 可 以 有 效 地 减 少 能 耗 。此 外 ， 通 过 变 频 调 速 ， 可 以 根 据 实 际 运 行 中 出 现 的 具 体 情 况 对 电 机 转 速 进 行 灵 活 调 整 ， 使 电 路 避 免 出 现 过 压 或 过 载 等 状 况 ， 提 高 提 升 机 的 稳 定 性 。 4 . 1 设计方案 为 了 确 保 系 统 的 安 全 性 和 对 速 度 进 行 有 效 控 制 ， 保 留 系 统 中 的 液 压 制 动 部 分 并 将 其 与 变 频 器 进 行 整 合 。提 升 机 驱 动 力 的 大 小 由 电 动 机 通 过 改 变 频 率 进 行 控 制 ， 变 频 器 可 以 有 效 调 节 电 动 机 的 输 出 频 率 ， 编 码 器 能 够 将 车 厢 的 情 况 和 电 机 的 转 速 在 显 示 器 上 显 示 ，操 作 台 负 责 控 制 和 调 整 系 统 的 工 作 方 式 。监 视 系 统 负 责 采 集 信 号 ， 监 视 其 他 系 统 的 运 行 状 况 并 将 故 障 状 态 和 位 置 及 时 显 示 出 来 。依 靠 PLC 系 统 可 有 效 连 接 不 同 组 成 部 分 ， 变 频 调 速 控 制 系 统 结 构 如 图 4 所 示 。 存 ， 以 便 增 强 速 度 控 制 能 力 ， 操 作 人 员 可 根 据 实 际 需 要 切 换 。 5结 语 为 了 提 升 矿 井 提 升 系 统 的 安 全 可 靠 性 和 工 作 能 力 ， 对 矿 井 提 升 系 统 进 行 改 造 ， 首 先 确 定 了 整 体 改 造 方 案 ， 即 设 置 两 套 可 切 断 的 继 电 器 系 统 ， 并 基 于 P L C 技 术 分 别 设 计 了 故 障 诊 断 系 统 、 网 络 系 统 和 调 速 系 统 ， 对 相 关 设 备 进 行 了 选 型 。 参考文献 [ 1 ] 黄文嘉， 李伏立， 钱文捃.关于PLC矿井提升机电气控制系统改造 探讨与研究[J].电子技术与软件工程， 201422248. 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