基于PLC的矿井提升机控制系统的设计.pdf

第 2期 总第 1 7 1 期 2 0 1 2年 4月 机 械 工 程 与自 动 化 MECHANI CAL ENGI NEE RI NG＆AUTOMATI ON No ． 2 Ap r I 文章编号 1 6 7 2 - 6 4 1 3 2 0 1 2 0 2 0 1 3 9 0 2 基于 P L C的矿井提升机控制系统的设计 索 楠 ，马春燕 ，李永刚 太原理 工大学 信息工程学院， 山西 太原0 3 0 0 2 4 摘要 矿井提升机是矿 山生产 的关键设备之 一，是煤矿井上与井下联系的纽带。设计 了一种 以 P L C为核心 、 采用 变频器 的矿 井提 升机 的 自动控 制系统。使用 组态软件 Wi n C C完成上位监控 功能，使系 统的安全 性大大 提 高，同时也 降低 了成本 ，提高 了系统 的控制精度。 关键词 矿 井提升机 ；P L C；控制系统 中图分类号 T D 5 3 4 t TP 2 7 3 文献标识码 A 0 引言 矿井提升机是一种专用 大型绞车 ， 采用钢丝绳带 动容器在井 筒中升降， 完成输送物料 和人员的任务 。 传统 的提升机 T KD控制系统采用转子串接 电阻进行 调速 ， 这种方式耗电量大、 故障点多、 稳定性差， 不能保 证煤矿生产的安全。因此 ， 需 要开发可靠性、 安全性很 高的控制系统， 使提升机可以安全稳定地运行。本文采 用 P L C控制结合 变频器调速的技术， 对传统 的提升机 控制系统进行升级换代， 克服了传动电控系统的缺陷。 1 矿 井提 升机 控制 系统 的设计 1 ． 1硬件设 计 基于 P L C的矿井提升机控制系统主要由打点信 号系统 、 监测系统 、 变频器控制系统 、 操作台、 安全保护 系 统组成 。系统组 成框 图如 图 l 所 示 。 图 1 矿井提升机控制系统组成框图 提升机打点信号系统是煤矿井底与井上信息交流 的桥梁， 主要由井口信号台、 井底信号台、 绞车房信号台 三大部分组成。井 口和井底的信号 台主要负责各种提 升信号的汉字显示及语音提示、 各种信号的按钮检测； 绞车房信号台主要完成井 口、 井底提升信号的数字和汉 字显示及语音提示， 以及前一次或前几次信号的存储记 忆和显示。该系统能实时反映提升机的各种状态 ， 且井 口、 井底的输出信号一致并经确认后， 方可发送信号到 绞车房信号台。两信号台输出信号不一致或误操作， 信 号就会解除， 不能发送 ， 需要重新进行信号联络。 监测系统是操作人员和控制系统及运输系统之间 的桥梁 ， 它由触摸屏、 深度指示器、 井筒信号、 工业 以太 网等组成， 可以显示电动机的各种工作参数、 工作状态 、 故障参数和故障状态， 并对矿车的位置及速度进行实时 监控。安装在提升机上的两个轴编码器是相互监测的， 它们输出的数字脉冲与主电动机的转速成正比， 一个用 于提升机速度和行程的显示， 另一个用于速度保护。如 果它们 中有一个失效 ， 将切换到另一个继续运行。 为了能适应对负载的控制要求， 该系统采用直接 力矩控制变频器。控制系统实时监测电机轴上的负载 力矩 ， 根据负载力矩的大小控制变频器的输出电流， 使 输 出力矩 满足 负 载力 矩 的要求 ， 转 矩 控 制精 度 为 土4 。由于转矩控制是一种磁场与转矩互不干涉、 按 指令进行控制的方式 ， 因此 ， 可以实现低速时的平滑运 行和高转矩高精度的速度、 转矩控制。 本文采用转矩控制变频器的优点在于 ①变频器 会 自动识别电机参数， 确定 电机模型及 电机的所有关 键参数； ②控制系统在零伺服控制有效时， 可以使电动 收稿 日期 2 0 1 1 1 2 0 2 }修 回 日期 2 O l l 一 1 2 0 9 作者简介索楠 1 9 8 6 一 。男 ，山西原平人 。在读硕 士研究生 ，研究方向 ；系统工程 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 4 0 机 械 工 程 与 自 动 化 2 0 1 2 年 第 2期 机在转速为零的状态下也能产生 2 0 0 以上的转矩。 由于 电动 机发 出的 噪声 过 大， 所 以输 出 回路 采 用 I GB T功率模块和高载波频率正弦波 S P WM 控 制方 式来降低噪声污染。 操作台是整个矿井提升机运输系统的控制核心， 它设有两个手柄 ， 分别用于速度辅助给定及制动力给 定 ， 通过它可以设定系统的工作方式和控制方式 。系 统有手动和半 自动两种运行方式 ， 在半 自动状态下 ， 提 升机的启动由主令手动给定速度 ， 等运行到变坡点后 通过司机按半 自动运行按钮实现半 自动运行 ， 半 自动 运行时等速、 减速及停车按预先设定的速度图运行 ； 在 手动状态下 ， 提升机在操作司机的控制下运行 。 1 ． 2 安 全保 护 系统 设计 提升机的保护主要 由安全回路来实现 ， 本系统设 计了双线制安全回路 ， 即 P L C安全回路与继 电器安全 回路， 如图 2 所示。由图 2可 以看出提升机的保护分 两种， 一种是发生故 障时立 即实现一级或二级安全制 动； 另一种是在发生故障时可以完成本次提升循环而 不能进行下个提升循环的二次不能开车保护。 图 2保 护 电路 原 理 图 2 系统 软件设计 系统软件主要 由 P L C控制软件和上位组态软件 组成。上位机的应用程序采用 S I E ME NS公司的数据 采集和监控系统软件 Wi n C C开发完成 ， 主要 是对 系 统的运行状态 、 故障状态进行实时监控 ， 对运行数据 、 故 障 数 据 进 行 存 储 和 记 忆 。P L C 控 制 软 件 采 用 S I E ME NS公 司提供的 S T E P 7 标准软件包 S I MA ． T I C S 7 设计完成 。本系统以 P L C控制软件为主。 P L C的软件设计采用模块化结构， 将控制任务和 过程分解为许 多子过程和子任务， 再对其子过程和子 任务进行模块设计 ， 形成一个模块化 的程序， 程序编制 采用梯形图。在本系统中P L C的主要功能是对提升机的 启动、 加速、 减速、 停车的控制和对提升机的数据信号进 行采集与处理。提升机控制系统流程图如图 3 所示。 图 3 提升机控 制系统流程 图 3 结束语 本系统采用 P I ／ 2 与变频器控制相结合的方式， 使矿 井提升机控制系统更加完整化、 简单化、 方便化， 极大地 改善了矿井提升机的运行状况， 保障了矿山的安全生产。 参考文献 E 1 3 徐俊元， 贺永南， 付江平， 等．基于 P L C的煤矿提升机变 频控制系统的设计与应用[ J ] ．陕西煤炭． 2 0 0 9 6 7 5 7 7． [ 2 ] 王永华．现代电器控制及 P L C应用技术[ M] ．北京 北 京航空航天大学出版社 ． 2 0 0 3 。 [ 3 ] 周建荣 ， 平静．A B B矿井 提升机控 制系统及 应用[ J ] ．工 程设计 C AD及 自动化 。 1 9 9 5 1 4 O 一 4 1 ． [ 4 ] 赵禧林， 赵廷钊 ， 赵小平．直流提升机电控系统改造[ J ] ． 金属矿 山， 1 9 9 9 1 1 4 7 - 4 8 ． [ 5 ] 金晓萍， 邓志杰， 牛宏侠， 等．基于 P L C的矿井提升机交 流变频调速 系统[ J ] ． 工矿 自动化 ． 2 0 0 8 4 1 0 1 1 0 3 ． PLC- b a s e d M i n e Ho i s t Co n t r o l S y s t e m De s i g n SUO Na n．M A Chu n - y a n，LI Yo ng - g a n g Co l l e g e of I n f o r ma t i o n En g i n e e r i n g，Ta iyu a n Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y ，Ta i y u a n 03 0 0 2 4，Ch i n a Ab s t r a c t M i n e h o i s t i s t h e k e y e q u i p me n t i n mi n e p r o d u c t i o n，wh i c h i s t h e c o mmu n i c a t i o n l i n k b e t we e n g r o u n d a n d u n d e r g r o u n d ． Ta k i n g a PLC a s t h e c o r e ，a n a u t o ma t i c c o n t r o l s y s t e m i s d e s i g n e d b y u s e o f i n v e r t e r ．Us i n g t h e c o n f i g u r a t i o n s o f t wa r e Wi n CC t o a c h i e v e h o s t mo n i t o r i n g ．t h e s y s t e m’ s s e c u r i t y i s g r e a t l y i mp r o v e d，wi t h t o w C O S t a n d h i g h a c c u r a c y ． Ke y wo r d s mi n e h o i s t ；P LC；i n v e r t e r 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m