论机电一体化设计——PLC提升机电控技术.pdf

No ． 9 ， 2 0 0 9 现代商贸工业 Mo d e r n B u s i n e s s T r a d e I n d u s t r y 2 0 0 9年第 9 期 论机 电一体化设计一P L C提 升机 电控技术 李晓鑫 陕西教育学 院， 陕西 西安 7 1 0 0 6 1 摘要 机 电一体化 顾名思义就是将机械技 术与电子技术相结合 。充分发挥各 自的长处 ， 弥补各 项技 术的不足 。因为 机 械强度较高， 输 出功 率大， 可 以承 受较 大的载荷 ， 但 实现微 小的运动 比较 困难 ， 而在 电子领 域 ， 利 用传 感器和计 算机可 以 实现复杂的检 测和控 制 ， 但 只利用 电子技术无 法实现重栽荷运动 。将机械技术 与电子技 术相 结合 ， 是机械既 能够像动物 那 样 灵活动作 ， 也能够像人 类那样会 思考判 断， 也就是说利 用电子技术是运 动机 械 实现灵 活化和 智能化 。 关键词 P L C； 矿 井提 升 ； 机 电一体 化 中图分类号 T E 9 文献标识码 A 文章编 号 1 6 7 2 - 3 1 9 8 2 0 0 9 0 9 - 0 3 0 4 - 0 2 当前 ， 随着计 算机 、 电力 电子技 术及 自动控 制理 论等 的 发展， 机电一体化正在大踏步走进煤矿， 其中矿井提升是机 电一体化在煤炭行业最完美 的结合之一 。它是 通过 P L C这 种先进的控制器转化并充分实现在提升过程中提升要完成 的启动加速 、 等速 、 减速 、 及爬 行等 阶段 ， 其拖动 力及 速度将 随之变化 ， 每个 阶段控制方式也不完 全相同 。 P L C即可编程逻辑控制器， 它具有逻辑控制、 模拟量闭 环控制、 数字量的智能控制、 数据采集、 监控、 通信联网及集 散控制。如今 P L C都配有 A／ D、 D ／ A转换及算术运算功 能， 有的还有 P I D功能， 这些功能使 P L C在模拟量闭环控 制、 运动控制、 速度控制等方面具有了硬件基础； 许多 P L C 具有输 出和接收 高速脉 冲的功 能 ， 配 合相 应 的传 感器 及伺 服设备 ， P L C可实现数字量的的智能 控制 ； P L C配合 可编程 序终端设备 ， 可 实时显示 采集 到的现 场数 据及分 析结果 ， 为 系统分析 、 研究工作提供依据， 利用 P I C自检信号可以实现 系统监控； P L C具有较强有力通信功能， 可以与计算机或其 他智能装置进行通信机联网， 从而能方便地实现集散控制。 P L C的应用通 常可分为顺序控制、 运动控制、 闭环过程控 制 、 数据处理 、 通信 联网 。它 具有抗 干扰 能力强 ， 可靠性 高； 控制系统结构简单、 通用性强、 应用灵活； 编程方便、 易于使 用 ； 功能完善 、 扩展 能力 强 ； P L C控制 系统 设计 、 安 装、 调 试 方便、 维修方便、 维修工作量小； 结构紧凑、 体积小、 重量轻、 易 于实现机 电一体化 。 基于P L C技术的矿井交流提升机电控系统控制电路组 成结构如图所示， 要 由以下 5部分组成 高压主电路 包括 高压换 向器 、 电动机 、 启 动柜 、 动 力制 动 电源 、 主控 P L C电 路、 提升行程检测与显示电路 、 提升速度检测、 提升信号电 路 ， 其中高压主 电路部分 仍采用传统 的继 电器控制 电路 。 实际 ， 我们 探索 出了各类 油藏 的动态 分析 方法 ， 为搞好 油藏 动态分析提供了保障。 三是强化油井工况分析。将各开发单元的五项地面管 理指标 机采系统效率、 换泵周期、 泵效、 抽油机五率和工况 合格率 合 理分解 到每个 开发单 元 ， 确定 相关单 元 的各 项 目 标值， 实现超前预测， 整体控制， 从而确保全年技术指标 的 完成。在具体的实施过程中， 通过“ 单元 目标管理和成本、 单元目标管理和单井措施、 单元 目标管理和奖金考核” 的三 个结合， 实现了“ 目标到单元、 措施到单井 、 运行到月份、 责 任到人头” 的四个到位， 并建立了“ 厂、 矿、 队、 班组” 四级单 元 目标管理体系； 完善了月度、 季度、 年度的工况分析运行 办法； 规范了 油井工况管理 等台帐， 结合 P E O f f i c e工况分 析软件， 使基层工况管理分析有数据、 工作有标准、 检查有 依据。经过几年的实施、 完善和发展， 逐步形成 了一套适合 采油厂特色 、 行之有效 的管理 办法 ， 油井 工况管 理水 平得 到 有效提高 。油井免 修期 由 2 0 0 0年 的 5 3 9天 延 长到 目前 的 5 6 8 天 ， 工况合格 率 由 6 8 ． 4 上升 到 7 O ． 5 ， 机采 系统效率 由 1 7 ． 7 ％上升到 2 2 ． 5 ， 五率 达标 率 由 9 O ． 5 上 升到 9 5 ． 6 5 ％。 3 构建油田开发管理信息平台， 提升油田开发管理水 平 。 一 是充分利用计 算 机 一体 化软 件 ， 搞 好 油水 井 日常动 态分析。为全面提高油 田开发管理水平， 我厂大力推广油 - 3 0 4 田开发业 务可 视 化平 台、 P E O f f i e e系统 、 OF M 等 一体化 软 件。一体化软件的应用实现了油藏管理人员可以随时掌握 油水井和油藏生产动态变化 ， 及时进行 日度动态分析， 极大 地提高了地质 、 工艺技术人员协同工作能力和工作效率， 在 油 田动态综合 分析 、 开发 调整 和措 施优 化 中发挥 了积极 作 用 。 二是“ 油田生产指挥系统” 框架逐步形成， 建成了从基 层 队到采 油矿 到采油厂三位 一体 的 、 畅通 的生 产信息通路 。 利用统一的平台， 各级生产管理人员可以及时了解生产信 息， 直观地了解生产单位地面工程拓扑关系和生产事件影 响到的产量 ， 准确、 全面地掌握油田生产情况， 提高了生产 组织水平和事故处理能力 ， 减少 了运作时间， 降低了运行成 本， 优化了生产运行和资源调配， 提高了生产管理系统的管 理效率 和管理水平 。 三是 开发 采油 队信息 管理平 台 ， 提高 了基 层管理水 平。 2 0 0 5 年 以来 。 我厂开发了采油队信息管理平台。基层管理 信息平台的建设， 改变了传统的管理方式。基层技术人员 通过平台提供的共享数据 ， 按照平台标准规范进行分析和 制订工作计划， 对单井、 井组 、 区块 的管理更加科学合理。 尤其是对 于新 踏人 技术 与 管理 岗位 的人员 更为 重要 ， 可 以 在最短的时间内掌握和熟悉情况。基层信息化建设的蓬勃 开展 ， 带动 了基层 队生产管理 水平 的提高 ， 促进 了信息化建 设 的进一步发展 。 现代商贸工业 Mo d e r n B u s i n e s s T r a d e I n d u s t r y 2 0 0 9年第 9期 图 I 电控系统控 制电路组成结构图 工作过程 当井 口或井 底 通过 信号 通 信 电路发 出开 车 信号后 ， 开车条 件具 备 。司机将 制 动手 柄 向前 推离 紧 闸位 置 ， 主电动机松 闸 。司机将 主 令控 制器 的 操作 手柄 推 向正 向 或反向 极端位 置， 主 控 P L C通过程 序控 制高 压换 向器 首先得 电， 使高压信号送入主 电动机定 子绕 组 ， 主 电动 机接 入全部转子 电阻启动 ， 然后依 次切 除 8段 电阻 ， 实现 自动加 速， 最后运行在 自然机械特性 上 。交流 提升 机运行 时 ， 旋转 编码器跟 随主 电动机转动 ， 输 出 2列 a ／ b相 脉冲 ， 分别 接到 主控 P L C的高速计数 器 HS C 0的 a ／ b相 脉 冲输人端 ， 由主 控 P L C根据 a ／ b脉冲的相位关 系 ， 自动确定 HS C 0的加 、 减 计数方式 。根据 HS C 0的计数 值 ， 就 可 以计 算 出提 升行 程 并显示 。同时 只 根 据 旋 转 编 码 器 输 出 的 a相 脉 冲， 主 控 P L C进行 加计 数 。根 据 HS C 1在恒 定 间 隔 时 问 内 的计 数 值， 就可以计算出提升速度。 下面是 P L C控制软件主程序流程图如图所示。 1 初始化子程序 用于对高速计数器 HS C 0和 HS C I进 行以下操作 写控制字、 定义工作模式、 清零、 写设定值、 设 置定时 中断 、 连接中断 、 启动计数 。 2 制动油 泵 、 润 滑 油 泵 、 动 力 制动 电源 、 五通 阀 电磁 铁 、 四通阀电磁铁和安 全 阀 电磁铁 等 的控 制属 于交 流 提升 机安全运行所需辅助设备 的控 制 。 3 制动油过 压信 号 、 制动 油过 热信号 和润滑 油过 压信 号 的显示控制用于交流提升机工 作状态的显示控制 。 4 调绳 闭 锁 回路 是在 调 绳 过程 中起 安全 保 护 作 用。 双卷简提升机换水 平调 绳 时， 调绳 转换 开 关 l h k 一3断 开 ， 使调绳连锁环节 串入安全 回路 。正常 运行 时 ， l h k 一3接通 ， 调绳连锁不起作用 。 塾 ．． ．．． ．． ．． ．． ．．． ．』 一 l 丛 堑 丝 壁壁 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．jL 制功油泵的启停} 制动油泵工作信 号 示 润滑 油泵 的启停 控 制 润滑 油泵工作 信号 显示 屯源控制 润和 心通 阀电磁 闭锁 l 】 路 润滑油过热信号显示 蒯用旋转编码器 调川 行程 显示 千程 序 l 墼婆 i 兰 塑l 陌面f言 _ r 一 匝圈圃 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．jI．．．．．．．．．一 T一 匮麴 匡囫圈 区 碗 屠 垂 定 时 器 控 制 回 路 I 二 二 ] 二 T - 一 匝 藤砸圃 二二工二二 『々 予电阻通 断控制 T一 图 2 P L C控制软件主程序流程图 5 提升信号回路用 于对交流提升电动机启动或减速 作 好准备 。 6 位置测量 子程 序用于测量提升机在矿井 中的位置 。 7 行程显示 子程 序 根据 旋转 编码 器 的脉 冲个数来 显 示 当前的行程位置 。 8 减速信号 回路 和 减速 信号 铃用 于 减速控 制并且 发 出铃声提示信号 。 9 自动换 向工作 回路 和手 动正 反转 工作 回路分 别用 于 自动和手动方式下对交 流提升 电动机进行正反转控制 。 1 0 安全回路用 于防止和避 免交流提 升机发生 意外事 故 。 1 1 定时器控制 回路 和转子 电阻通 断控制用 于交流提 升 电动机启动或减速 时的转子电阻切换控制 。 1 2 动力制动 回路用 于动力 制动 电源 的投入 与切 除控 制 。 1 3 脚踏制动联锁 和工作闸 继电器用 于交流提 升电动 机制动控制 。 下面简述 P L C在提升机运 行过 程 中的重要环 节 梯形 图略 1 安全 回路 通过连锁功 能保证 了提升机 安全 、 可靠运 行 ， 当出现不正 常工作状态时 P L C输出断电信号 ， 安全 回路 运行指示灯熄灭 ， 安全 阀电磁铁 不得 电 ， 提 升机进行 安全制 动。其中安全回路 由主令控制器手柄零位连锁触电、 工作 闸制动手柄连锁 触 点 、 测 速 回路断 线监 视继 电器 K V 的动 合触点、 过速保护继电器动合触点、 常速保护继电器动合触 点 、 高压 油过压辅 助动 合触 点 、 制 动油 过压 输 出动断触 点 、 过卷开关松绳保护开关、 闸瓦磨损保护开关、 调绳开关调绳 闭锁贿赂触电等触电、 元件完成安全保护。 2 控制回路工作过程。 开车前的准备条件 将制 动手柄 至全抱 闸位 置 通 电 ， 主令控制器处 于中 间位 置 接 通 ， 个 转换 开关板 至所需 位 置 ； 主回路和辅 助 回路送 电； 启 动油泵 ； 如果 安全 回路 正常 ， 安全 回路指示灯亮 ， 解除安全制 动。 提升机启动加速 当井 口发 来开 车信号 ， 将制动 手柄至 于松闸位置 ， 电机 启动并完成 8级启动运行 。 3 等速 阶段 。 4 正力减速 阶段 。 5 低速爬行 阶段 。 6 停车 当达到停 车点时 ， 换 向开关被撞 开 ， 使 工作闸 继电器断电 ， 自动实现工作制动 ， 同时使提 升机控制 只能选 择反向运转 ， 实 现 自动换 向， 防止过卷 。 这一伟大的革 新 ， 大 大减 少 了过去 继 电器 一接触器 控 制方式下大量硬件接线而带来的诸多麻烦， 进一步提高提 升机的安全性和可靠性 ， 控制 系统 的工艺性 和灵活性加强 ， 可 以说真正完成 了一 次控 制技 术 的飞跃 ， 也为微 机控制 应 用技术在矿井生 产、 安 全 运营 风环 节 的应 用普及 奠定 了必 要 的基础 。综上所 述 ， 矿 井提 升机 电控 技术 对油 田和 矿山 后 期开发具有使用和推广 的价值 。 致谢 本 文得 到 陕 西能 源职 业技 术 学院丁侯 娥 同志的 支持和帮助， 在此表示感谢。 参考文献 [ 1 ]孙政顺， 曹京 生． P L C技 术[ M] ． 北京 ； 高等教 育出版社． E 2 ]毋虎城， 裴文喜． 矿 山运 输与提升设备[ M] ． 北京 煤炭工业 出版 社 ．